CN102692654B - 一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井方法，其是利用D-T脉冲中子源和3个热中子探测器（第一热中子探测器、第二热中子探测器和第三热中子探测器）记录不同位置处的热中子计数，利用第一热中子探测器计数与第三热中子探测器计数比值和第二热中子探测器计数与第三热中子探测器计数比值的差值能够定量确定地层含气饱和度，且其灵敏度要比利用其它不同探测器比值或比值的差值都要高，可用于致密气藏含气饱和度评价。

Description

一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井方法及设备

技术领域

本发明涉及一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井方法以及该方法中所使用的测井设备，属于矿场地球物理测井技术领域。

背景技术

近年来，常规石油产量已进入下降趋势，并随着国际油价居高不下，非常规能源的勘探开发已引起国内外能源界的高度重视。非常规油气在全球油气产量所占的比重越来越大，已经在全球能源结构中扮演着重要的角色。

致密气是一种重要的非常规天然气资源，是指在低孔-低渗甚至超低孔渗砂岩储层中，没有自然产能或者自然产能很低，需要通过压裂或者特殊手段才能形成工业气流的天然气藏。但是，由于致密气储层骨架矿物复杂、非均质性强等特点，在致密气藏评价中存在很大的困难。

国内外学者曾利用储层性能检测仪（RPM）、热中子衰减时间测井仪（TDT）、过套管电阻率测井（CHRF）、核磁共振测井（NMR）等测井仪器和技术评价致密气藏，但是评价效果不佳，不能对致密气藏含气饱和度定量评价。

发明内容

本发明的任务在于提供一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井方法及设备，其能够定量确定地层含气饱和度，可用于致密气藏含气饱和度评价。

其技术解决方案是：

一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井方法，其选用1个脉冲中子源和3个热中子探测器，根据3个热中子探测器分别记录的热中子计数对致密气藏含气饱和度进行定量评价。

上述3个热中子探测器分别为第一热中子探测器、第二热中子探测器与第三热中子探测器，第一热中子探测器距脉冲中子源最近，第二热中子探测器距脉冲中子源较远，第三热中子探测器距脉冲中子源最远。

进一步的，第一热中子探测器距离脉冲中子源20~25cm，长度为5cm；第二热中子探测器距离脉冲中子源45~50cm，长度为10cm；第三热中子探测器距离脉冲中子源70~80cm，长度为15cm。

优选利用第一热中子探测器记录的热中子计数与第三热中子探测器记录的热中子计数比值R₁₃和第二热中子探测器记录的热中子计数与第三热中子探测器记录的热中子计数比值R₂₃的差值D定量确定地层含气饱和度。

上述脉冲中子源为D-T脉冲中子源，脉冲宽度为20μs。

上述热中子探测器为He-3计数管。

一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井设备，其包括1个脉冲中子源和3个热中子探测器，所述3个热中子探测器分别为第一热中子探测器、第二热中子探测器与第三热中子探测器，第一热中子探测器距脉冲中子源最近，第二热中子探测器距脉冲中子源较远，第三热中子探测器距脉冲中子源最远。

进一步的，第一热中子探测器距离脉冲中子源20~25cm，长度为5cm；第二热中子探测器距离脉冲中子源45~50cm，长度为10cm；第三热中子探测器距离脉冲中子源70~80cm，长度为15cm。

上述脉冲中子源为D-T脉冲中子源，脉冲宽度为20μs。

上述热中子探测器为He-3计数管。

本发明的有益技术效果是：

本发明利用D-T脉冲中子源产生中子，利用3个热中子探测器（第一热中子探测器、第二热中子探测器和第三热中子探测器）记录不同位置处热中子计数，根据热中子计数能够定量确定地层含气饱和度；尤其优选利用第一热中子探测器计数与第三热中子探测器计数比值和第二热中子探测器计数与第三热中子探测器计数比值的差值定量确定地层含气饱和度，其灵敏度要比利用其它不同探测器比值或比值的差值都要高，可用于致密气藏含气饱和度评价。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明测量时测井设备中D-T脉冲中子源和3个热中子探测器的相对位置示意图；图中：1为脉冲中子源，2为第一热中子探测器，3为第二热中子探测器，4为第三热中子探测器；

图2为套管井条件下蒙特卡罗计算模型；图中：5为井眼，6为套管，7为水泥环，8为地层；计算条件为：井眼5直径为20cm，井眼5内充满淡水；套管6厚度为0.7cm；水泥环7为CaSiO₃，密度为1.95g/cm³，厚度为3cm；地层8为圆柱形，径向厚度为70cm、高度为140cm；本发明测井设备贴井壁，脉冲中子源1距离模型底部25cm，脉冲宽度为20μs；第一热中子探测器2、第二热中子探测器3和第三热中子探测器4距离脉冲中子源分别为22.5cm、42.5cm和72.5cm；

图3为利用图2中的数值计算模型得到的不同孔隙度条件下第一热中子探测器2计数与第三热中子探测器4计数比值R₁₃和第二热中子探测器3计数与第三热中子探测器4计数比值R₂₃的差值D与含气饱和度S_g关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都属于本发明的保护范围。

一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井方法，其选用1个脉冲中子源和3个热中子探测器，所述3个热中子探测器分别为第一热中子探测器、第二热中子探测器与第三热中子探测器，第一热中子探测器距脉冲中子源最近，第二热中子探测器距脉冲中子源较远，第三热中子探测器距脉冲中子源最远，根据第一热中子探测器、第二热中子探测器与第三热中子探测器分别记录的不同位置处的热中子计数，对致密气藏含气饱和度进行定量评价。优选利用第一热中子探测器记录的热中子计数与第三热中子探测器记录的热中子计数比值R₁₃和第二热中子探测器记录的热中子计数与第三热中子探测器记录的热中子计数比值R₂₃的差值D定量确定地层含气饱和度，其灵敏度比利用其它不同探测器比值或比值的差值都要高，可用于致密气藏含气饱和度评价。

图1示出本发明测量时测井设备中D-T脉冲中子源和3个热中子探测器的相对位置，如图所示，脉冲中子源1采用D-T脉冲中子源，脉冲宽度为20μs；第一热中子探测器2、第二热中子探测器3和第三热中子探测器4都采用He-3计数管；第一热中子探测器2距离脉冲中子源1的距离为20~25cm，长度为5cm；第二热中子探测器3距离脉冲中子源1的距离为45~50cm，长度为10cm；第三热中子探测器4距离脉冲中子源1的距离为70~80cm，长度为15cm。D-T脉冲中子源和3个热中子探测器位于同一直线上。

下面对差值D可以有效的用于致密气藏含气饱和度定量评价进行证明。

根据热中子空间分布，可以得出第一热中子探测器2计数与第三热中子探测器4计数比值R₁₃和第二热中子探测器3计数与第三热中子探测器4计数比值R₂₃分别为：

$R_{13}=N_1/N_3=\frac{r_3}{r_1}{e}^{-(r_1-r_3)/L_f}$

$R_{23}=N_2/N_3=\frac{r_3}{r_2}{e}^{-(r_2-r_3)/L_f}$

式中，r₁、r₂、r₃分别为第一热中子探测器2、第二热中子探测器3和第三热中子探测器4距离脉冲中子源1的距离；

N₁、N₂、N₃分别为第一热中子探测器2、第二热中子探测器3和第三热中子探测器4的计数；

L_f为快中子减速长度。

第一热中子探测器2计数与第三热中子探测器4计数比值R₁₃和第二热中子探测器3计数与第三热中子探测器4计数比值R₂₃的差值D为：

$D=R_{13}-R_{23}=N_1/N_3-N_2/N_3=\frac{r_3}{r_1}{e}^{-(r_1-r_3)/L_f}-\frac{r_3}{r_2}{e}^{-(r_2-r_3)/L_f}$

差值D取决于快中子减速长度L_f，而快中子减速长度L_f又取决于地层孔隙度φ和含气饱和度S_g。所以当地层孔隙度一定时，利用差值D可以定量确定地层含气饱和度S_g。该分析从理论上说明利用差值D可以定量确定地层含气饱和度S_g。

更进一步的，利用蒙特卡罗数值方法建立套管井条件下的计算模型，如图2所示。在孔隙度为2%、5%、8%和10%条件下分别改变含气饱和度S_g为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%，模拟计算第一热中子探测器2、第二热中子探测器3和第三热中子探测器4的计数，得到不同孔隙度条件下第一热中子探测器2计数与第三热中子探测器4计数比值R₁₃和第二热中子探测器3计数与第四热中子探测器4计数比值R₂₃的差值D与含气饱和度S_g的关系曲线如图3所示。由图3可以看出，地层孔隙度一定时，差值D随着地层含气饱和度S_g的增加而降低，利用差值D能定量确定地层含气饱和度S_g。对图3中的数据点进行二元回归，得到定量确定含气饱和度S_g的公式为：

S_g=429.9-358.01*LnD+2199.4*φ+53.597*(LnD)²-6755.7*φ²

式中，φ和Sg单位为%。

定义地层含气饱和度S_g灵敏度为：

S=(R_w-R_g)/R_w

式中，R_w为地层孔隙中饱含淡水时不同热中子探测器比值或不同探测器比值的差值；

R_g为地层孔隙中饱含气时不同热中子探测器比值或不同探测器比值的差值；

利用如图2所示的蒙特卡罗数值计算模型，地层孔隙中分别饱含淡水或气，改变地层孔隙度分别为2%、4%、5%、6%、8%和10%，模拟计算第一热中子探测器2、第二热中子探测器3和第三热中子探测器4的计数，得到利用不同热中子探测器比值或不同探测器比值的差值确定地层饱和度的灵敏度如表1所示。

表1

从表1中可以看出，利用第一热中子探测器2计数与第三热中子探测器4计数比值R₁₃和第二热中子探测器3计数与第四热中子探测器4计数比值R₂₃的差值D确定地层含气饱和度比利用其它不同探测器比值或不同探测器比值的差值确定含气饱和度的灵敏度都要高，这种反映即使在孔隙度很低的情况下也很明显，所以差值D可以有效的用于致密气藏含气饱和度定量评价。

Claims (8)

1.一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井方法，其特征在于：选用1个脉冲中子源和3个热中子探测器，根据3个热中子探测器分别记录的热中子计数对致密气藏含气饱和度进行定量评价；所述3个热中子探测器分别为第一热中子探测器、第二热中子探测器与第三热中子探测器，第一热中子探测器距脉冲中子源最近，第二热中子探测器距脉冲中子源较远，第三热中子探测器距脉冲中子源最远；利用第一热中子探测器记录的热中子计数与第三热中子探测器记录的热中子计数比值R₁₃和第二热中子探测器记录的热中子计数与第三热中子探测器记录的热中子计数比值R₂₃的差值D定量确定地层含气饱和度；

$R_{13}=N_1/N_3=\frac{r_3}{r_1}{e}^{-(r_1-r_3)/L_f}$

$R_{23}=N_2/N_3=\frac{r_3}{r_2}{e}^{-(r_2-r_3)/L_f}$

$D=R_{13}-R_{23}=N_1/N_3-N_2/N_3=\frac{r_3}{r_1}{e}^{-(r_1-r_3)/L_f}-\frac{r_3}{r_2}{e}^{-(r_2-r_3)/L_f}$

式中，r₁、r₂、r₃分别为第一热中子探测器、第二热中子探测器和第三热中子探测器距离脉冲中子源的距离；

N₁、N₂、N₃分别为第一热中子探测器、第二热中子探测器和第三热中子探测器的计数；

L_f为快中子减速长度。

2.根据权利要求1所述的一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井方法，其特征在于：第一热中子探测器距离脉冲中子源20～25cm，长度为5cm；第二热中子探测器距离脉冲中子源45～50cm，长度为10cm；第三热中子探测器距离脉冲中子源70～80cm，长度为15cm。

3.根据权利要求1所述的一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井方法，其特征在于：所述脉冲中子源为D-T脉冲中子源，脉冲宽度为20μs。

4.根据权利要求1所述的一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井方法，其特征在于：所述3个热中子探测器为He-3计数管。

5.一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井设备，特征在于：其包括1个脉冲中子源和3个热中子探测器，所述3个热中子探测器分别为第一热中子探测器、第二热中子探测器与第三热中子探测器，第一热中子探测器距脉冲中子源最近，第二热中子探测器距脉冲中子源较远，第三热中子探测器距脉冲中子源最远；利用第一热中子探测器记录的热中子计数与第三热中子探测器记录的热中子计数比值R₁₃和第二热中子探测器记录的热中子计数与第三热中子探测器记录的热中子计数比值R₂₃的差值D定量确定地层含气饱和度；

$R_{13}=N_1/N_3=\frac{r_3}{r_1}{e}^{-(r_1-r_3)/L_f}$

$R_{23}=N_2/N_3=\frac{r_3}{r_2}{e}^{-(r_2-r_3)/L_f}$

$D=R_{13}-R_{23}=N_1/N_3-N_2/N_3=\frac{r_3}{r_1}{e}^{-(r_1-r_3)/L_f}-\frac{r_3}{r_2}{e}^{-(r_2-r_3)/L_f}$

式中，r₁、r₂、r₃分别为第一热中子探测器、第二热中子探测器和第三热中子探测器距离脉冲中子源的距离；

N₁、N₂、N₃分别为第一热中子探测器、第二热中子探测器和第三热中子探测器的计数；

L_f为快中子减速长度。

6.根据权利要求5所述的一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井设备，其特征在于：第一热中子探测器距离脉冲中子源20～25cm，长度为5cm；第二热中子探测器距离脉冲中子源45～50cm，长度为10cm；第三热中子探测器距离脉冲中子源70～80cm，长度为15cm。

7.根据权利要求5所述的一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井设备，其特征在于：所述脉冲中子源为D-T脉冲中子源，脉冲宽度为20μs。

8.根据权利要求5所述的一种用于致密气藏评价的脉冲中子测井设备，其特征在于：所述3个热中子探测器为He-3计数管。

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