CN103306663B - 铀矿测井方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于测井技术领域，公开了一种铀矿测井方法。该方法包括：（1）利用探测器探测瞬发超热中子，得到其衰减谱图和瞬发超热中子总计数；（2）计算地层热中子寿命及瞬发超热中子总计数比；（3）计算视体积含铀指数和/或视质量含铀指数，并对探测器进行刻度以得到地层含铀量。该方法计算结果不受地层孔隙度、含水量等影响地层中子散射性质的因素和地层水矿化度等影响地层中子吸收性质的因素的影响。

Description

铀矿测井方法
技术领域
本发明属于测井技术领域，具体涉及一种铀矿测井方法。
背景技术
目前，通过直接探测铀而计算地层含铀量的测井方法包括缓发中子铀矿测井技术(DFN)和瞬发中子铀矿测井技术(PFN)。传统的PFN技术计算地层含铀量的方法包括：（1）直接采用瞬发裂变超热中子总计数计算铀含量，此方法受到地层含水量及地层热中子吸收性质的影响，如图（1）、图（2）所示。在地层铀含量相同时，随着地层孔隙度的增加或地层水矿化度的增加，超热中子通量总计数减小，而且孔隙度的影响更明显。因此，利用超热中子总计数计算地层含铀量必须校正之后才能获得准确的含铀量信息。（2）采用瞬发裂变超热中子总计数和能量在3Mev以上的俘获伽玛总计数的比值计算铀含量，此方法受地层中岩性的影响较大；（3）采用瞬发裂变超热中子总计数和同一时间记录的热中子总计数的比值计算铀含量，此方法对地层吸收性质进行了校正，但是受含水量的影响；（4）采用瞬发裂变超热中子总计数和地层热中子寿命的比值计算铀含量，如图3所示。此方法受孔隙度影响较大，必须利用其他测井资料进行孔隙度、井眼等因素的校正。
发明内容
根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种铀矿测井方法，该方法计算结果不受地层孔隙度、含水量等影响地层中子散射性质的因素和地层水矿化度等影响地层中子吸收性质的因素的影响，从而无需进行中子的散射、扩散、吸收校正。
本发明提供的技术方案如下：
（1）在近、远两个不同源距处放置探测器，得到其瞬发超热中子时间衰减谱图和瞬发超热中子总计数；
（2）利用近源距超热中子时间衰减谱计算地层热中子寿命、时间为150μs～2000μs的瞬发超热中子总计数以及近、远源距探测器记录的时间为150μs～2000μs的瞬发超热中子总计数比值。时间段选在150μs以后可避免脉冲中子源产生的超热中子的干扰，同时由于2000μs后瞬发超热中子密度过小，所以时间段选为150μs～2000μs；
（3）计算视体积含铀指数和/或视质量含铀指数，并将和/或结合探测器刻度因子以确定地层含铀量。
采用本发明提供的铀矿测井方法所取得的有益效果是：本发明通过计算地层热中子寿命及近、远源距的超热中子计数比计算铀含量，无需其他测井资料提供的地层孔隙度、含水量等信息校正。
具体原理为：脉冲中子源产生的快中子和地层中的铀发生相互作用，快中子慢化产生的热中子和地层中235U发生热裂变产生平均能量为2MeV的瞬发超热中子，瞬发超热中子密度随时间变化规律可用下式表示：
（1）
其中表示超热中子密度，表示热中子慢化时间，表示裂变热中子平均寿命，表示每次裂变的中子平均产额，表示地层的热中子寿命，并且：
(2）
（3）
其中表示中子的平均自由程，表示中子速度，表示中子与核每次碰撞的平均对数能量衰减，表示地层的宏观散射截面，表示地层热中子和235U发生热裂变的宏观截面。
地层热中子和235U发生热裂变的宏观截面可表示为：
(4)
其中为地层密度，为铀的质量百分含量，、分别表示235U的丰度和原子量，为阿伏伽德罗常数，为热中子和235U发生热裂变的微观截面。
令(5)
由式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）联立，热中子和235U发生裂变产生的瞬发超热中子密度可以表示为：
（6）
则在脉冲中子源发射中子脉冲后的一段时间内，完全由热中子和235U发生热裂变产生的瞬发超热中子总计数可以表示为：
(7)
其中为脉冲中子源产生的中子数；由于在通常的地层条件下地层热中子寿命,令记录超热中子计数时间,则)，可以忽略；定义铀的体积百分含量，在脉冲中子源产额稳定时：
（8）
（9）
令：
(10)
（11）
定义、为体积含铀指数和质量含铀指数，由式（8）～（11）可以看出、分别与铀的体积百分含量和质量百分含量呈正比关系。而且由于和中包含了热中子寿命和地层宏观散射截面的贡献，因此利用和计算地层含铀量不受中子吸收和散射的影响。
由于由热中子和235U裂变产生的瞬发裂变超热中子密度取决于地层中的热中子密度分布，所以超热中子密度在地层中的衰减速度和热中子的衰减速度相同，如图4所示，因此可以利用超热中子时间衰减谱计算地层的热中子寿命。
实际测井过程中无法直接获取地层宏观散射截面值，因而体积含铀指数和质量含铀指数都无法直接计算。由于决定地层宏观散射截面值的主要是地层中的含氢量，即含氢指数HI，根据中子孔隙度测井原理，两个不同源距处的超热中子总计数比值正比于地层的含氢指数HI，因此可以利用代替式（10）、（11）中的地层宏观散射截面。从而式（10）、（11）可以写成如下形式：
（12）
（13）
这里和定义为视体积含铀指数和视质量含铀指数。由上述分析可知：，。
依据上述原理，利用和/或计算地层含铀量，无需进行地层孔隙度、含水量、地层水矿化度等影响地层中子散射和吸收因素的校正。本法降低了利用测井方法确定地层含铀量的多解性，提高了铀矿测井的计算精度，对提高铀矿勘探效率、降低勘探成本、节省勘探时间具有重要的现实意义。
附图说明
图1是采用瞬发裂变超热中子总计数的方法得到的不同地层含铀量条件下瞬发超热中子总计数和地层孔隙度的关系图；
图2是采用瞬发裂变超热中子总计数的方法得到的不同含铀量条件下瞬发超热中子总计数和地层水矿化度的关系图；
图3是采用瞬发裂变超热中子总计数及地层热中子寿命比值的方法得到的不同地层含铀量条件下瞬发超热中子总计数与地层热中子寿命比值和地层孔隙度的关系图；
图4是相同地层孔隙度条件下不同地层含铀量的热中子和超热中子时间衰减对比图；
图5是采用本发明提供的方法得到的不同地层含铀量条件下视体积含铀指数值和地层孔隙度的关系图；
图6是采用本发明提供的方法得到的不同地层含铀量条件下视体积含铀指数值和地层水矿化度的关系图；
图7是采用本发明提供的方法得到的不同地层孔隙度条件下视体积含铀指数值和地层含铀量的关系图；
图8是采用本发明提供的方法得到的不同地层水矿化度条件下视体积含铀指数值和地层含铀量的关系图；
图9测量系统结构简图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例1
采用本发明提供的技术方案，利用MCNP程序建立数值模型并进行数值计算。
首先，建立数值模拟的总体模型：用脉冲中子源轰击地层，使地层中的铀发生裂变，在两个不同源距处放置探测器，得到其瞬发超热中子时间衰减谱图和总计数。
数值模拟的参数为：井眼直径为14cm，井眼中充满淡水；地层设置为内、外半径分别为7cm和77cm，高为140cm的圆筒状，地层岩性设为含铀砂岩，孔隙中饱含淡水；井眼中放置距离分别为31cm和56cm的近、远源距两个探测器，工作方式为脉冲式，脉宽100μs。
然后，利用近源距超热中子时间衰减谱计算地层热中子寿命、时间为150μs～2000μs的瞬发超热中子总计数以及近、远源距探测器记录的时间为150μs～2000μs的瞬发超热中子总计数比值；
最后，计算不同铀含量和不同地层孔隙度的条件下的的视体积含铀指数，并将结合探测器刻度因子以确定地层含铀量。
利用上述步骤模拟孔隙度对不同铀含量测量的影响，结果如图5。图5可看出，利用本发明提出的方法计算地层铀含量不受地层孔隙度的影响。
实施例2
与实施例1所用步骤、仪器参数和地层形状相同，不同的是设置地层的孔隙度为10%，孔隙中饱含不同矿化度的矿化水，且探测时间选为150μs～1000μs。利用本发明提出的方法计算地层水矿化度对不同铀含量测量的影响，结果如图6。图6可看出，利用本发明提出的方法计算地层铀含量计算结果不受地层水矿化度的影响。
实施例3
与实施例1所用步骤、仪器参数和地层形状相同，不同的是改变地层的孔隙度，且探测时间选为150μs～1500μs。模拟计算不同铀含量的地层的值，如图7所示。图7可看出，利用本发明提出的方法计算地层铀含量计算结果不受地层孔隙度的影响，值与铀含量成正比关系。
实施例4
与实施例1所用步骤、仪器参数和地层形状相同，不同的是改变地层的矿化度，且探测时间选为500μs～2000μs模拟计算不同铀含量的地层的值，如图8所示。图8可看出，利用本发明提出的方法计算地层铀含量计算结果不受地层矿化度的影响，值与铀含量成正比关系，探测器经刻度后可直接用于地层铀含量的测量。

Claims (2)

1.铀矿测井方法，其特征在于，该方法按照以下步骤实现：
(1)利用探测器探测瞬发超热中子，得到其时间衰减谱图和瞬发超热中子总计数；
(2)计算地层热中子寿命τ及瞬发超热中子总计数比RS/L；
(3)计算视体积含铀指数和/或视质量含铀指数并对探测器进行刻度以得到地层含铀量；
所述的步骤(1)中的探测器选用的为近、远源距两个探测器；
所述的步骤(2)中计算地层热中子寿命τ选用的为近源距超热中子时间衰减谱；
所述的步骤(2)中计算瞬发超热中子总计数比RS/L由近、远源距瞬发超热中子数的比值得到的；
所述的步骤(3)中所用的N(Δt)是近源距的瞬发超热中子总计数。
2.根据权利要求1所述的铀矿测井方法，其特征在于,所述的步骤(1)中探测器探测瞬发超热中子选用的时间为150μs～2000μs。
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