ІМПУЛЬСНИЙ НЕЙТРОННИЙ КАРОТАЖ У СВІТІ ТА В УКРАЇНІ: ВИТОКИ, СТАНОВЛЕННЯ, СУЧАСНІСТЬ

Олег ПЕТРОКУШИН; Ірина БЕЗРОДНА

doi:10.17721/1728-2713.109.04

Автор(и)

Олег ПЕТРОКУШИН Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0003-0953-2858
Ірина БЕЗРОДНА Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-6835-5276

DOI:

https://doi.org/10.17721/1728-2713.109.04

Ключові слова:

імпульсний нейтронний каротаж, Sigma-каротаж, С/O-каротаж, MCNP-моделювання, багатодетекторні імпульсні нейтронні прилади

Анотація

Вступ. Нині більшість нафтових і газових родовищ в Україні виснажені, що вимагає від операторських компаній в Україні постійного моніторингу рівнів насичення та руху флюїду в колекторах, оскільки це є важливою інформацією для оптимізації та планування подальших стратегій видобутку.

Метод. Відображено розвиток та сучасний стан імпульсного нейтронного каротажу як одного з основних методів контролю за розробкою нафтових і газових родовищ.

Результати. Акцентовано увагу на історії становлення ІНК починаючи з 1949 р. Подальший розвиток технології включає створення генераторів нейтронів, вдосконалення методик і апаратури, а також появу сучасних багатодетекторних приладів. Розглянуто два основні види ІНК: імпульсний нейтрон-нейтронний каротаж (ІННК) і імпульсний нейтронний гамма-каротаж (ІНГК), кожен з яких має свої переваги і недоліки. Важливим етапом розвитку імпульсного нейтронного каротажу стало створення приладів Sigma-каротажу у 1960-х рр., які вимірюють поперечний перетин захоплення нейтронів і використовуються для оцінки нафтонасичення пластів. Значну увагу у статті приділено аналізу розвитку C/O-каротажу, що вперше застосований у 1971 р. і визначає відношення карбону до оксигену для оцінки нафтонасичення порід. Розвиток багатодетекторних приладів дав змогу здійснювати дослідження через насосно-компресорні труби, що значно розширило можливості імпульсного нейтронного каротажу. Також представлено здобутки вітчизняних геофізиків з розвитку імпульсного нейтронного каротажу в Україні. Сучасні дослідження зосереджені на використанні багатодетекторних приладів і MCNP-моделей для кількісного визначення газонасиченості порід-колекторів. Використання цих приладів показало високу ефективність на родовищах Дніпровсько-Донецької западини та Передкарпатського прогину.

Висновки. Імпульсний нейтронний каротаж відіграє ключову роль у дослідженні та моніторингу обсаджених нафтогазових свердловин. Запропоновано подальші кроки для розвитку цієї технології в Україні, включаючи впровадження нових детекторів, збільшення кількості детекторів та використання MCNP-моделей для більш точного визначення насиченості пластів.

Посилання

Advancements in shale reservoir characterization optimize capital expenditures. (2019). https://www.worldoil.com/magazine/2019/march-2019/features/advancements-in-shale-reservoir-characterization-optimize-capital-expenditures/

Ansari, R., Mekic, N., Chace, D., Rust, M., & Starr, M. (2009). Field Applications Of A New Cased Hole Gas Saturation Measurement In Tight Gas Reservoirs. In SPWLA 50th Annual Logging Symposium. The Woodlands, Texas.

Arnold, D.M., Schultz, W.E., & Smith, H.D. Jr. (1973). Pulsed Neutron Logging System, US Patent No. 3,780,302.

Bertoli, S., Borghi, M., Galli, G., Oprescu, A., & Riley, S. (2013). Field Trials of a new Array Pulsed Neutron Formation Gas Measurement in Complex Completions. In Offshore Mediterranean Conference and Exhibition. Ravenna, Italy.

Briesmeister, J.F. (1987). MCNP–A General Monte Carlo Code for Neutron and Photon Transport, Version 3A, National Technical Information Service, US Department of Commerce, Springfield, Virginia. https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/18/044/18044302.pdf

Cavalleri, C., Akashev, Y., Ahmad, S., Yuras, S., Karpyn, V., & Abdelatif, I. (2021). Advanced Formation Evaluation Approaches in Complex Low-Resistivity Thin Shale Sand Laminations: Success Case Histories from Western Ukraine. https://doi.org/10.2118/208513-ms

Fearon, R.E., & Thayer, J.M. (1955). Method for Neutron Well Logging, US Patent No. 2,712,081.

Fedoryshyn, D. D., & Pyatkovska, I. O. (2012). Complex interpretation of pulsed neutron-neutron logging results and parameters of mathematical statistics to increase gas production from reservoir rocks of thin-layered Neogene deposits. Oil and Gas Energy, 2(2). http://nbuv.gov.ua/UJRN/Nge_2012_2_3 [in Ukrainian].

Fitz, D. E. (2023). Evolution of Casedhole Nuclear Surveillance Logging Through Time. Petrophysics, 64(4), 473–501. https://doi.org/10.30632/pjv64n4-2023a1

Flynn, J., Conley, S., Frost, E., & Fertl, W. H. (1981). Cased Hole Exploration and Recompletions in West Texas Based on the Continuous Carbon/Oxygen (C/O) Log. https://doi.org/10.2118/9714-ms

Gilchrist, W. A., Prati, E. J., Pemper, R., Mickael, M., & Trcka, D. (1999). Introduction of a New Through-Tubing Multifunction Pulsed Neutron Instrument. https://doi.org/10.2118/56803-ms

Gilchrist, W.A., Pemper, R.R., Trcka, D., Frost, E. Jr., & Wilson, W. (2000). Initial Field Applications of a New 1.7-Inch Pulsed Neutron Instrument. In Transactions, SPWLA 41st Annual Logging Symposium. Dallas, Texas, USA.

Gyllensten, A., Al-Arfi, S., Al Hammadi, M., Al Marzouqi, K., Madjidi, A., Mauborgne, M.L., & Weller, G. (2009). Advances in LWD Sigma Measurements and Application to Real-Time Formation Evaluation in Carbonate Reservoirs. In SPWLA 50th Annual Logging Symposium.

Hertzog, R. C. (1980). Laboratory and field evaluation of an inelastic neutron scattering and capture gamma ray spectrometry tool. SPE Journal, 20(05), 327–340. https://doi.org/10.2118/7430-pa

Hopkinson, E. C., Fertl, W. H., & Oliver, D. W. (1982). The continuous carbon/oxygen log basic concepts and recent field experiences. Journal of Petroleum Technology, 34(10), 2441–2448. https://doi.org/10.2118/9613-pa

Iuras, S., Ahmad, S., Cavalleri, C., & Akashev, Y. (2021). Logging optimization and data analysis enabling bypass pay identification and hydrocarbon quantification with advanced pulsed neutron behind casing. https://doi.org/10.2118/208512-ms

Jacobson, L. A., & Wyatt, D. F. (1996). Elemental yields and complex lithology analysis from the pulsed spectral gamma log. The Log Analyst, 37(1), 50–64.

Jacobson, L. A., Etheridge, R., & Simpson, G. (1998). A new smalldiameter, high-performance reservoir monitoring tool. In Transactions, SPWLA 39th Annual Logging Symposium. Society of Petrophysicists and Well-Log Analysts.

Kulinkovich, A. E., Kosachenko, V. D., & Linnik, K. V. (2008). Testing of the method of pulsed neutron-neutron logging in the modification of temporal sounding in the computer technology "Geosearch" on the material of oil and gas wells of the Dnipro-Donets Basin. Geoinformatika, 4, 33-38 [in Ukrainian].

Lock, G. A., & Hoyer, W. A. (1971). Natural gamma-ray spectral logging. In Transactions, SPWLA 12th Annual Logging Symposium. Society of Petrophysicists and Well-Log Analysts.

Mekic, N., McIlroy, C., Hill, F., & Guo, W. (2016). Multidetector pulsed-neutron technology for low-porosity reservoir-interpretation methodology. In SPWLA 57th Annual Logging Symposium. Society of Petrophysicists and Well-Log Analysts.

Menge, P. R., Gautier, G., Iltis, A., Rozsa, C., & Solovyev, V. (2007). Performance of large lanthanum bromide scintillators. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 579(1), 6–10. https://doi.org/10.1016/j.nima.2007.04.002

Mickael, M., Trcka, D., & Pemper, R. (1999). Dynamic multi-parameter interpretation of dual-detector carbon/oxygen measurements. https://doi.org/10.2118/56649-ms

Odom, R. C., Tiller, D. E., & Wilson, R. D. (2002). Geometrically optimized fast neutron detector. US Patent No. 6,495,837.

Odom, R. C., Tittle, C. W., Wilson, R. D., & Soran, P. D. (1992). Quantitative use of computer models in calibration of the Computalog pulsed neutron thermal decay tool (PND). In Transactions, SPWLA 33rd Annual Logging Symposium. Society of Petrophysicists and Well-Log Analysts.

Odom, R., Dahlin, T., Dolliver, D., Elizondo, E., Seeds, E., Starnes, J., & Wilson, R. (2008). Design and initial field-test results of a new pulsed neutron logging system for cased reservoir characterization. In Transactions, SPWLA 49th Annual Logging Symposium. Society of Petrophysicists and Well-Log Analysts.

Oliver, D. W., Frost, E., & Fertl, W. H. (1981). Continuous carbon/oxygen (C/O) logging – instrumentation, interpretive concepts and field applications. InTransactions, SPWLA 22nd Annual SPWLA Logging Symposium. Society of Petrophysicists and Well-Log Analysts.

Pemper, R. (2020). A history of nuclear spectroscopy in well logging. Petrophysics – the SPWLA Journal of Formation Evaluation and Reservoir Description, 61(6), 523–548. https://doi.org/10.30632/pjv61n6-2020a1

Petrokushyn, O., Abliakimov, L., & Kuznetsov, V. (2024). Cased Hole Reservoir Evaluation in Old Wells with Complex Completion and Lithology – A Case Study from a Mature Gas Field in the Dnieper-Donets Basin, Ukraine. IPTC-24445-MS. https://doi.org/10.2523/iptc-24445-ms

Randall, R. R., Lawrence, T. D., Frost, E., & Fertl, W. H. (1985). PDK-100 Log Examples in the Gulf Coast. In Transactions, SPWLA 26th Annual Logging Symposium (Paper XX).

Randall, R. R., Oliver, D. W., & Fertl, W. H. (1986). The PDK-100 Enhances Interpretation Capabilities for Pulsed Neutron Capture Logs. In Transactions, SPWLA 27th Annual Logging Symposium (Paper JJJ).

Roscoe, B. A., Stoller, C., Adolph, R. A., Boutemy, Y., Cheeseborough, C., Hall, J. S., McKeon, D. C., Pittman, D., Seeman, B., & Thomas, S. R. (1991). A New Through-Tubing Oil-Saturation Measurement System. SPE-21413-MS. https://doi.org/10.2118/21413-ms

Rose, D., Zhou, T., Beekman, S., Quinlan, T., Delgadillo, M., Gonzalez, G., Fricke, S., Thornton, J., Clinton, D., Gicquel, F., Shestakova, I., Stephenson, K., Stoller, C., Philip, O., La Rotta Marin, J. M., Mainier, S., Perchonok, B., & Bailly, J-P. (2015). An Innovative Slim Pulsed Neutron Logging Tool. In Transactions, SPWLA 56th Annual Logging Symposium (Paper XXXX).

Ruchko, V. O., & Ruchko, K. O. (2016). Determination of the nature of saturation of low-resistance collectors according to the data of the pulsed neutron-neutron method. Mineral Resources of Ukraine, 2, 29–33 [in Ukrainian].

Schmid, G. J., Pemper, R., Dolliver, D. D., Mekic, N., & Musselman, J. (2018). A Diffusion-Corrected Sigma Algorithm for a Four-Detector Pulsed-Neutron Logging Tool. SPE-191738-MS. https://doi.org/10.2118/191738-ms

Schultz, W. E., Smith, H. D., Jr., Verbout, J. L., Bridges, J. R., & Garcia, G. H. (1983). Experimental Basis for a New Borehole Corrected Pulsed Neutron Capture Logging System (TMD). In Transactions, SPWLA 24th Annual Logging Symposium (Paper CC).

Scott, H. D., Stoller, C., Roscoe, B. A., Plasek, R. E., & Adolph, R. A. (1991). A New Compensated Through-Tubing Carbon/Oxygen Tool for Use in Flowing Wells. In Transactions, SPWLA 32nd Annual Logging Symposium (Paper MM).

Smith, H. D., Jr., Arnold, D. M., & Peelman, H. E. (1983). Applications of a New Borehole Corrected Pulsed Neutron Capture Logging System (TMD). InTransactions, SPWLA 24th Annual Logging Symposium (Paper DD).

Vyzhva, S. A., & Onyshchuk, I. I. (2012). Nuclear geophysics: textbook. Kyiv University Publishing and Printing Center. [In Ukrainian]

Vyzhva, S. A., Onyshchuk, V. I., Onyshchuk, I. I., & Shabatura, O. V. (2023).Nuclear-geophysical methods of well research: textbook. Kyiv University Publishing and Printing Center. [In Ukrainian]

Wahl, J. S., Nelligan, W. B., Frentrop, A. H., Johnstone, C. W., & Schwartz, R. J. (1970). The Thermal Neutron Decay Time Log. Society of Petroleum Engineers Journal, 10(04), 365–379. https://doi.org/10.2118/2252-PA

Westaway, P., Hertzog, R., & Plasek, R. E. (1983). Neutron-Induced Gamma Ray Spectroscopy for Reservoir Analysis. Society of Petroleum Engineers Journal, 23(03), 553–564. https://doi.org/10.2118/9461-PA

Wichman, P. A., Hopkinson, E. C., & McWhirter, V. C. (1976). The Carbon/Oxygen Log Measurement. The Log Analyst, 17(6), 25–29.

Wichman, P. A., McWhirter, V. C., & Hopkinson, E. C. (1975). Field Results of the Natural Gamma Ray Spectralog. In Transactions, SPWLA 16th Annual Logging Symposium (Paper O).

Wyatt, D., Jacobson, L. A., Durbin, D., & Lasseter, E. (1992). Logging Experience With a New Induced Gamma Spectrometry Tool. In Transactions, SPWLA 33nd Annual Logging Symposium (Paper Y).

Youmans, A. H. (1954). Static Atmosphere Ion Accelerator for Well Logging (US Patent No. 2,689,918).

Youmans, A. H., Bishop, W. D., & Wichmann, P. A. (1970). Applications of the Neutron Lifetime Log in New Wells. In Transactions, SPWLA 11th Annual Logging Symposium (Paper N).

Youmans, A. H., Millis, C. W., Hopkinson, E. C., & Bishop, W. D. (1964). The Neutron Lifetime Log. In Transactions, SPWLA 5th Annual Logging Symposium (Paper M).

Zett, A., Webster, M., Seccombe, J., Colbert, C., Rafay Zahid Ansari, & Chace, D. (2011). Extending Production Petrophysics Applications in Monitoring Complex Recovery Mechanisms. SPE-146662-MS. https://doi.org/10.2118/146662-ms

Zhou, T., Rose, D., Quinlan, T., Thornton, J., Saldungaray, P., Gerges, N., Bin Mohamed Noordin, F., & Lukman, A. (2016). Fast Neutron Cross-Section Measurement Physics and Applications. In Transactions, SPWLA 57th Annual Logging Symposium (Paper EE).