CN109635412B - 一种天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井数值模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井数值模拟方法。基于Hudson裂隙理论建立天然气孔、裂隙储层地质模型，通过脉冲中子源向储层中发射快中子，模拟快中子与储层中各介质发生的核反应及运动过程，探测并记录剩余的未被俘获的热中子，计算热中子密度分布得到脉冲中子测井响应。经试验，本发明公开的一种天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井数值模拟方法可有效模拟脉冲中子在天然气孔、裂隙储层中的核反应及运动过程，探测未被俘获的热中子并计算热中子密度分布。分别展示了50度和70度两种裂隙角度下的热中子密度分布情况，本发明为分析不同裂隙角度与脉冲中子测井响应之间的关系提供了理论支持，进而为实际生产提供了有效的指导方法。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理勘探领域，尤其是一种天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井数值模拟方法。
背景技术
在国家环境大保护时期，对于绿色能源——天然气的开发与利用，是整个能源勘探领域的重要发展方向。天然气孔、裂隙储层是一种以孔隙和裂隙为主要储集空间和渗流通道的特殊地质结构，储藏天然气能力较强，因此受到地球物理勘探领域的关注。但是天然气孔、裂隙储层的结构复杂，所包含的物质多样，难以有效区分，导致目前可用的勘探方法仍然较少。脉冲中子测井是一种利用放射性源发射出的脉冲中子对地层进行探测的测井方法。由于天然气中含有大量氢元素，而氢是对中子减速作用最强的常见元素，所以，从理论上来讲脉冲中子测井方法适用于天然气孔、裂隙储层的勘探。然而，实际脉冲中子测井勘探成本高昂，因此，本发明研究了一种针对天然气孔、裂隙储层的脉冲中子测井数值模拟方法，为实际生产提供了指导方法和建议。
发明内容
本发明的目的是为了解决实际生产中含有天然气的孔、裂隙储层结构复杂，难以有效识别的问题，提供一种天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井数值模拟方法。
本发明提出的数值模拟方法可模拟天然气孔、裂隙储层的脉冲中子测井响应，主要思想是：首先基于Hudson裂隙理论，建立含有天然气孔、裂隙的储层地质模型；然后模拟脉冲中子源发射的快中子与储层各介质的原子核发生核反应及运动；最后，探测核反应后剩余的未被俘获的热中子，计算热中子密度分布从而得到脉冲中子测井响应。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井数值模拟方法，包括以下步骤：
a、基于Hudson裂隙理论建立含有天然气孔、裂隙的储层地质模型，主要包括：
b、定义整个地下半空间均为天然气孔、裂隙储层；
c、脉冲中子测井设置的井眼位于地质模型中央，井孔为垂直井，井孔中间充满泥浆；
d、设定含有天然气的裂隙呈椭圆形硬币状，各裂隙的形状一致，且与井轴的角度一致，所有裂隙稀疏地分布在整个储层中；
e、设定含有天然气的孔隙呈圆球体状，各孔隙的形状一致，但体积在数量级上远小于裂隙，所有孔隙稀疏地分布在整个储层中；
f、设定裂隙与裂隙之间没有连通，但裂隙与孔隙之间存在连通；
g、设定储层中除了孔、裂隙之外的部分均为基质围岩，成分为密度均匀的石灰岩；
h、在井孔中间处设置一个脉冲中子源，通过如下公式进行核反应产生快中子，其中，/>是1个质子，2个中子构成的氚；/>是1个质子，1个中子构成的氘；/>是2个质子，4个中子构成的氦；/>是产生的能量为14MeV的快中子；
i、快中子激发后迅速打入天然气孔、裂隙储层，与储层中各介质的原子核进行多次碰撞，发生非弹性散射反应，成为热中子并达到热平衡状态。达到热平衡状态后，中子能量不再衰减，随后大部分热中子被储层中各介质的原子核所俘获，发生俘获反应；
j、发生非弹性散射和俘获反应的过程中，将核反应中存在的快中子、热中子等统称为粒子，粒子状态参数的确定公式为：S＝(r,E,Ω,t,W)，其中r是粒子的碰撞位置，E是粒子碰撞后的能量，Ω是粒子碰撞后的运动方向，t是粒子的碰撞时间点，W是粒子碰撞后的权重；
k、粒子在发生非弹性散射和俘获反应的过程中，还会伴随产生运动，某一时刻和上一时刻粒子之间的距离抽样值为：其中，Σt是宏观截面之和，表示一个中子同单位体积内的原子核发生核反应的平均几率之和。ξ是在(0,1)区间上服从均匀分布的随机数。
l、粒子在发生俘获反应后，仍有剩余的未被俘获的热中子，此时探测到并记录未被俘获的热中子。
m、根据动态扩散方程计算热中子密度分布。其中，t是时间；v是快中子的速度，单位是cm/s；n是热中子密度，即单位体积内热中子数量；D0是粒子扩散系数，其与热中子密度有关；N0是热中子源的密度；Σ是热中子俘获截面；
n、上述动态扩散方程的初始条件定义为：其中，R是观察点与脉冲中子源之间的距离；Q是脉冲中子源的强度；Dt是热中子的扩散系数；L是减速长度；
o、上述动态扩散方程的边界条件定义为：①扩散方程的适用范围条件下，流量密度必须是有限的；②两个介质的分界面上，垂直于界面的中子通量密度相等；③无穷远处的中子通量密度为零；
p、当确定动态扩散方程的初始条件和边界条件后，求出其数值解，便可计算出热中子密度分布，即本发明得到的天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井响应；
q、重复上述a～p的过程，每次模拟中改变天然气裂隙的角度，从而得到不同的脉冲中子测井响应。分析不同脉冲中子测井响应与对应的裂隙角度之间的关系，为实际生产提供理论支持和指导方法。
本发明的有益效果为：经试验，本发明公开的天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井数值模拟方法可有效模拟脉冲中子在天然气孔、裂隙储层中的核反应及运动过程，探测未被俘获的热中子并计算热中子密度分布，本发明为分析不同裂隙角度与脉冲中子测井响应之间的关系提供了理论支持，进而为实际生产提供了有效的指导方法。
附图说明
图1为本发明基于Hudson裂隙理论建立的天然气孔、裂隙储层地质模型示意图；
图2为裂隙角度为50度的天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井响应；
图3为裂隙角度为70度的天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井响应。
具体实施方式
如图1至图3所示，一种天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井数值模拟方法，包括下列顺序和步骤：
a、基于Hudson裂隙理论建立含有天然气孔、裂隙的储层地质模型，主要包括：
b、定义整个地下半空间均为天然气孔、裂隙储层；
c、脉冲中子测井设置的井眼位于地质模型中央，井孔为垂直井，井孔中间充满泥浆；
d、设定含有天然气的裂隙呈椭圆形硬币状，各裂隙的形状一致，且与井轴的角度一致，均为50度，所有裂隙稀疏地分布在整个储层中；
e、设定含有天然气的孔隙呈圆球体状，各孔隙的形状一致，但体积在数量级上远小于裂隙，所有孔隙稀疏地分布在整个储层中；
f、设定裂隙与裂隙之间没有连通，但裂隙与孔隙之间存在连通；
g、设定储层中除了孔、裂隙之外的部分均为基质围岩，成分为密度均匀的石灰岩；
h、根据上述理论建立的天然气孔、裂隙储层地质模型如图1所示，图中标注了井孔、井轴、孔隙、裂隙、裂隙角度的定义方式以及脉冲中子源；
i、在井孔中间位置设置一个脉冲中子源，通过下列核反应公式产生快中子，其中，/>是1个质子，2个中子构成的氚；/>是1个质子，1个中子构成的氘；/>是2个质子，4个中子构成的氦；/>是能量为14MeV的快中子，作为激发信号；
j、快中子激发后迅速打入天然气孔、裂隙储层，与储层中各介质的原子核进行多次碰撞，发生非弹性散射反应，成为热中子并达到热平衡状态。达到热平衡状态后，中子能量不再衰减，随后大部分热中子被储层中各介质的原子核所俘获，发生俘获反应；
k、发生非弹性散射和俘获反应的过程中，粒子状态参数的确定公式为：S＝(r,E,Ω,t,W)，其中，r是粒子的碰撞位置，E是粒子碰撞后的能量，Ω是粒子碰撞后的运动方向，t是粒子的碰撞时间点，W是粒子碰撞后的权重；
l、粒子发生非弹性散射和俘获反应的过程中，还会伴随产生运动，某一时刻和上一时刻粒子之间的距离抽样值为：其中，Σt是宏观截面之和，表示一个中子同单位体积内的原子核发生核反应的平均几率之和。ξ是在(0,1)区间上服从均匀分布的随机数。
m、粒子在发生俘获反应后，仍有剩余的未被俘获的热中子，此时探测并记录到未被俘获的热中子。
n、根据动态扩散方程计算热中子密度分布。其中，t是时间；v是快中子的速度，单位是cm/s；n是热中子密度，即单位体积内热中子数量；D0是粒子扩散系数，其与热中子密度有关；N0是热中子源的密度；Σ是热中子俘获截面；
o、动态扩散方程的初始条件定义为：其中，R是观察点与脉冲中子源之间的距离；Q是脉冲中子源的强度；Dt是热中子的扩散系数；L是减速长度；
p、动态扩散方程的边界条件定义为：①扩散方程的适用范围条件下，流量密度必须是有限的；②两个介质的分界面上，垂直于界面的中子通量密度相等；③无穷远处的中子通量密度为零。
q、当动态扩散方程的初始条件和边界条件被确定以后，求出其数值解，便可计算出热中子密度分布，如图2所示，即本发明模拟得到的裂隙角度为50度的天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井响应。同理，改变裂隙角度为70度，则得到的脉冲中子测井响应如图3所示。通过分析不同裂隙角度的脉冲中子测井响应，为实际生产提供理论支持和指导方法。
经试验，本发明公开的天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井数值模拟方法可有效模拟脉冲中子在天然气孔、裂隙储层中的核反应及运动过程，探测未被俘获的热中子并计算热中子密度分布。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、建立含有天然气孔、裂隙的储层地质模型；
b、定义整个地下半空间均为天然气孔、裂隙储层；
c、脉冲中子测井设置的井眼位于地质模型中央，井孔为垂直井，井孔中间充满泥浆；
d、设定含有天然气的裂隙呈椭圆形硬币状，各裂隙的形状一致，且与井轴的角度一致，所有裂隙稀疏地分布在整个储层中；
e、设定含有天然气的孔隙呈圆球体状，各孔隙的形状一致，但体积在数量级上远小于裂隙，所有孔隙稀疏地分布在整个储层中；
f、设定裂隙与裂隙之间没有连通，但裂隙与孔隙之间存在连通；
g、设定储层中除了孔、裂隙之外的部分均为基质围岩，成分为密度均匀的石灰岩；
h、在井孔中间处设置一个脉冲中子源，通过如下公式进行核反应产生快中子，其中，/>是1个质子，2个中子构成的氚；/>是1个质子，1个中子构成的氘；/>是2个质子，4个中子构成的氦；/>是产生的能量为14MeV的快中子；
i、快中子产生后迅速打入天然气孔、裂隙储层，与储层中各介质的原子核进行多次碰撞，发生非弹性散射反应，成为热中子并达到热平衡状态，达到热平衡状态后，中子能量不再衰减，随后大部分热中子被储层中各介质的原子核所俘获，发生俘获反应；
j、发生非弹性散射和俘获反应的过程中，将核反应中存在的快中子、热中子统称为粒子，粒子状态参数的确定公式为：S＝(r,E,Ω,t,W)，其中r是粒子的碰撞位置，E是粒子碰撞后的能量，Ω是粒子碰撞后的运动方向，t是粒子的碰撞时间点，W是粒子碰撞后的权重；
k、粒子在发生非弹性散射和俘获反应的过程中，还会伴随产生运动，某一时刻和上一时刻粒子之间的距离抽样值为：其中，Σt是宏观截面之和，表示一个中子同单位体积内的原子核发生核反应的平均几率之和，ξ是在(0,1)区间上服从均匀分布的随机数；
l、粒子在发生俘获反应后，仍有剩余的未被俘获的热中子，此时探测到并记录未被俘获的热中子；
m、根据动态扩散方程计算热中子密度分布，其中，t是时间；v是快中子的速度，单位为cm/s；n是热中子密度，即单位体积内热中子数量；D0是粒子扩散系数，其与热中子密度有关；N0是热中子源的密度；Σ是热中子俘获截面；
n、上述动态扩散方程的初始条件定义为：其中，R是观察点与脉冲中子源之间的距离；Q是脉冲中子源的强度；Dt是热中子的扩散系数；L是减速长度；
上述动态扩散方程的边界条件定义为：①扩散方程的适用范围条件下，流量密度必须是有限的；②两个介质的分界面上，垂直于界面的中子通量密度相等；③无穷远处的中子通量密度为零；
当确定动态扩散方程的初始条件和边界条件后，求出其数值解，便可计算出热中子密度分布，即模拟得到的天然气孔、裂隙储层脉冲中子测井响应；
o、重复上述过程，每次模拟中改变天然气裂隙的角度，从而得到不同的脉冲中子测井响应，分析不同脉冲中子测井响应与对应的裂隙角度之间的关系，为实际生产提供理论支持和指导方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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