НЕЙТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ДЛЯ СКВАЖИННОЙ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
Ю.Н. Бармаков, Ю.П. Боголюбов, И.Г Курдюмов, И.А. Титов, Т.О. Хасаев (ВНИИА)
Основой аппаратурного оснащения импульсного нейтронного каротажа является портативный импульсный нейтронный генератор, который входит в состав скважинного прибора. Технические и эксплуатационные характеристики нейтронного генератора определяют геофизические возможности и технико-экономическую эффективность каротажной аппаратуры в целом.
Отсутствие надежных и относительно недорогих скважинных нейтронных генераторов, узкий диапазон технических характеристик выпускавшихся ранее генераторов являются одними из причин того, что методы импульсного нейтронного каротажа не получили пока должного развития.
Однако в настоящее время ситуацию с разработкой и промышленным производством нейтронных генераторов для скважинной аппаратуры удалось существенным образом улучшить.
Во Всероссийском научно-исследовательском институте автоматики (ВНИИА) на основе серийной нейтронной трубки ТНТ-141 разработан нейтронный генератор ИНГ-101 для скважинных приборов диаметром от 43 мм. Генератор, выполненный в корпусе диаметром 34 мм и длиной 1,3 м, обеспечивает нейтронный поток 1х108 н/с при частоте генерации 20 Гц. Средний ресурс работы нейтронного генератора - более 100 часов, потребляемая мощность - около 20 Вт, допустимая температура окружающей среды - 120 °С. Нейтронный генератор ИНГ-101 выпускается серийно, причем объем поставок в 1996 г. составил 60 шт.
В настоящее время ведутся работы по модернизации генератора в направлении увеличения частоты генерации нейтронных импульсов (до 50 - 100 Гц), надежности и температуростойкости.
На базе этого генератора во ВНИИА завершается разработка аппаратурного комплекса АИНК-43 со скважинным прибором диаметром 43 мм для импульсного нейтронного каротажа. В процессе разработки в 1996 г. было поставлено различным потребителям 9 комплектов аппаратуры, из которых 6 эксплуатируются в трех производственных организациях.
В 1997 г. завершается разработка генератора ИНГ-11 с техническими характеристиками, близкими характеристикам ИНГ-101, но меньшим (27 мм) диаметром.
Нейтронные генераторы на вакуумных нейтронных трубках относительно дешевы, малогабаритны, надежны и удобны в эксплуатации. Однако некоторые характерные особенности этих генераторов - низкая частота генерации нейтронных импульсов (до 30 Гц), невысокая стабильность нейтронного потока, невозможность регулирования нейтронного потока и ряд других - ограничивают возможности геофизической аппаратуры на их основе.
С целью расширения круга геофизических задач, решаемых с помощью нейтронных методов, во ВНИИА были предприняты усилия по созданию нового (для нашей страны) класса нейтронных генераторов для скважинной аппаратуры, в которых обеспечена возможность регулирования в широких пределах параметров нейтронного потока: частоты генерации, длительности и интенсивности нейтронных импульсов.
Для таких генераторов в нашем институте разработан параметрический ряд газонаполненных нейтронных трубок с ионным источником Пеннинга. Газонаполненные нейтронные трубки имеют в несколько раз больший ресурс работы и обеспечивают существенно большую стабильность нейтронного потока, чем вакуумные нейтронные трубки.
В настоящее время завершается разработка нейтронного генератора ИНГ-06 диаметром 70 мм на газонаполненной нейтронной трубке типа ГНТ1-32. Генератор ИНГ-06, обеспечивающий нейтронный поток 1х108 н/с при частоте 10 кГц, предназначен для аппаратуры С/О-каротажа либо другой спектрометрической аппаратуры. Несколько образцов таких генераторов были поставлены в геофизические организации Твери и Октябрьского, где они проходят испытания в составе аппаратурных комплексов, разрабатываемых этими организациями.
Одна из модификаций генератора ИНГ-06 может работать на любой из фиксированных частот в диапазоне от 400 до 1000 Гц, что позволяет их использовать в аппаратуре нейтронного каротажа по времени спада тепловых нейтронов. Генераторы этого типа также поставлены некоторым геофизическим организациям России, причем сегодня такая аппаратура уже вышла на уровень практического использования на нефтепромыслах.
Последняя наша разработка в области высокочастотных генераторов на газонаполненных трубках связана с созданием генератора ИНГ-08 диаметром 34 мм для скважинного прибора диаметром 43 мм. Генератор находится в стадии разработки, и мы надеемся создать первые образцы к середине 1997 г. Наиболее известным аналогом такого прибора является американский генератор TDT фирмы Schlumberger.
Завершая краткий обзор современного состояния разработок нейтронных генераторов для скважинной аппаратуры и возможности обеспечения потребности в них геофизических организаций России, следует отметить:
Созданные в последнее время нейтронные генераторы по техническим характеристикам не уступают зарубежной аппаратуре аналогичного назначения, но существенно (во много раз) дешевле их. По ряду параметров наша аппаратура существенно превосходит зарубежные аналоги. Особенно важным достижением является низкое энергопотребление нейтронных генераторов. По этому параметру они превосходят лучшие зарубежные аналоги в 1,5 - 2 раза, что исключительно важно для каротажной аппаратуры, работающей в условиях плохого теплообмена с окружающей средой.