CN115248463B - 一种d-t源中子孔隙度测井非弹性散射影响的校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种D‑T源中子孔隙度测井非弹性散射影响的校正方法，该方法采用可控中子源孔隙度测井装置，按照如下步骤进行：步骤1：求取D‑T源所测近、远探测器计数率比值R与地层快中子减速长度Ls的关系；步骤2：推导R与所划分两阶段减速长度Ls‑H、Ls‑AB的关系；步骤3：利用非弹伽马计数率对Ls‑H进行表征，进而得出与Am‑Be源相同的Ls‑AB；步骤4：根据减速长度与孔隙度的刻度关系，得出与Am‑Be源响应兼容的孔隙度结果。本发明可以有效地代替密度校正方法来提高可控源与化学源测井的兼容性，并且不需要地层密度参数，无化学源放射源的需求，在不进行可控源密度测量的情况下也能进行处理，对可控源孔隙度测井的实际应用推广具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种D-T源中子孔隙度测井非弹性散射影响的校正方法，属于石油勘探技术领域。
背景技术
石油地质勘探中，中子孔隙度测井是一种用来确定地层孔隙度、识别气层的常规测井方法。20世纪中期，放射源首次被引入测井领域用来计算地层密度和中子孔隙度。传统中子孔隙度测井仪器采用Am-Be化学源，通过测量经地层慢化后的热中子确定地层孔隙度。考虑到化学源在储存运输、环境污染、人员安全等方面的潜在风险，2005年斯伦贝谢(Schlumberger)公司开始使用氘氚(D-T)可控中子源代替化学源进行随钻孔隙度测量。由于常规中子孔隙度测井的实验数据、解释模型及地质认识都是基于Am-Be源，只有可控源测量结果与Am-Be源相近时才能有效利用过去的地区资料，因此改善处理方法使两种源测量结果更加兼容是可控源测井发展的趋势。
D-T源释放中子的能量相对化学源较高，发生非弹性散射的几率更大，而非弹性散射与密度相关，目前通常采用密度校正方法来修正D-T源与Am-Be源测井响应的差异，从而改善二者的兼容性。虽然实验测量数据的处理验证了密度校正方法的有效性，但是地层密度值一般来自使用137Cs化学伽马源的密度测井，目前仅有斯伦贝谢公司的NeoScope测井平台可提供可控中子源的密度测量，因此在实际工程应用中密度校正方法存在很大限制，缺少不受其他参数约束、无化学源需求的校正方法。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提出一种D-T源中子孔隙度测井非弹性散射影响的校正方法。该方法不需要地层密度参数，无化学放射源的需求，可有效地代替密度校正方法来提高D-T源与化学源测井的兼容性。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种D-T源中子孔隙度测井非弹性散射影响的校正方法，其采用可控中子源孔隙度测井装置，该装置包括外壳体，在外壳体的内部设置有D-T脉冲中子源、监测探测器、屏蔽体、近热中子探测器、远热中子探测器和伽马探测器，其中D-T脉冲中子源和监测探测器处于屏蔽体的一侧，近热中子探测器、远热中子探测器和伽马探测器处于屏蔽体的另一侧；
该方法包括以下步骤：
步骤1：求取近热中子探测器、远热中子探测器计数率比值R与地层快中子减速长度Ls的关系；
步骤1.1：根据双组扩散理论，快中子点源在均匀无限介质中r处的热中子通量密度为：
式中，r为源距；Ls、Lt分别为快中子的减速长度和热中子的扩散长度；Dt为热中子的扩散系数；
步骤1.2：用Nt(r)表示探测器记录的热中子计数率，则它与热中子通量密度φ(r)成正比，即Nt(r)＝Kφ(r)；源距分别为r1和r2的近热中子探测器和远热中子探测器的近远比为：
步骤1.3：由于地层的热中子的扩散长度Lt比快中子的减速长度Ls小得多，当r足够大时，含有Lt的第二个指数项可以忽略，R近似为：
步骤2：将快中子减速过程划分为两阶段，并推导R与所划分两阶段减速长度Ls-H、Ls-AB的关系；
步骤2.1：将快中子减速过程分为D-T源能量到Am-Be源能量、Am-Be源能量到热中子能量两个阶段；根据Kreft减速长度多组计算方法，总减速长度与所划分两阶段减速长度的关系为：
式中，Ls-H为D-T源高能中子衰减至Am-Be源能量的减速长度；Ls-AB为Am-Be源能量中子的减速长度；
步骤2.2：R与两阶段减速长度Ls-H、Ls-AB的关系为：
步骤2.3：对等式两边取对数并化简，Ls-AB表示为：
式中，Ls-AB与Am-Be源中子的减速长度相同，主要反映地层孔隙度；由于D-T源高能部分中子的衰减主要由非弹性散射主导，则Ls-H主要由非弹性散射过程决定；
步骤3：利用非弹伽马计数率对Ls-H进行表征，进而得出与Am-Be源相同的Ls-AB；
步骤3.1：利用蒙特卡罗数值模拟或实验刻度的方法得到D-T源高能中子衰减至Am-Be源能量的减速长度Ls-H与非弹伽马计数率NGR的拟合关系：
Ls-H＝f(NGR)
式中：NGR为非弹伽马计数率，由伽马探测器测得；
步骤3.2：进而得到：
步骤3.3：由于r1、r2与可控中子源孔隙度测井装置结构有关，化简为：
式中，a、b为常数；
步骤4：利用校正后得到的Ls-AB，根据Am-Be源减速长度与孔隙度的刻度关系，得到与Am-Be源响应兼容的孔隙度结果。
优选的，所述近热中子探测器和远热中子探测器均采用He-3计数管，其中近热中子探测器距离D-T脉冲中子源的距离为30～50cm，远热中子探测器距离D-T脉冲中子源的距离为55～70cm。
优选的，所述伽马探测器采用NaI探测器或GSO、LaBr3探测器。伽马探测器距离D-T脉冲中子源的距离可设置为75～105cm。
优选的，所述监测探测器为塑料闪烁晶体探测器或金刚石探测器，监测探测器处于D-T脉冲中子源与屏蔽体之间。
本发明的有益技术效果是：
本发明提出一种D-T源中子孔隙度测井非弹性散射影响的校正方法，该方法通过将快中子减速过程分为D-T源能量到Am-Be源能量、Am-Be源能量到热中子能量两个阶段，在不进行可控源密度测量的情况下也能进行处理，相比较来说其工程应用限制较少。本发明利用近、远热中子探测器与伽马探测器组合，可实现与化学源兼容的可控源孔隙度测量，本发明可以有效的改善可控源与化学源孔隙度结果的兼容性，相比于密度校正方法，不需要地层密度参数，无化学源放射源的需求。本发明对可控源孔隙度测井实际应用的推广具有重要意义。
附图说明
图1为本发明所涉及的可控中子源孔隙度测井装置的结构剖面示意图；图中：1为D-T脉冲中子源，2为监测探测器，3为屏蔽体，4为近热中子探测器，5为远热中子探测器，6为伽马探测器，7为电子线路，8为外壳体；
图2为不同地层条件下，利用图1测量装置得到的D-T源视孔隙度与Am-Be源视孔隙度的关系图；其中(a)示出灰岩和砂岩结果，(b)示出白云岩和铝土结果；
图3为经本发明非弹性散射校正后的D-T源视孔隙度与Am-Be源视孔隙度的关系图；其中(a)示出灰岩和砂岩结果，(b)示出白云岩和铝土结果；
图4为本发明非弹性散射校正与密度校正的孔隙度结果对比图。
具体实施方式
本发明公开一种D-T源中子孔隙度测井非弹性散射影响的校正方法，该方法采用可控中子源孔隙度测井装置，按照如下步骤进行：步骤1：求取D-T源所测近、远探测器计数率比值R与地层快中子减速长度Ls的关系；步骤2：推导R与所划分两阶段减速长度Ls-H、Ls-AB的关系；步骤3：利用非弹伽马计数率对Ls-H进行表征，进而得出与Am-Be源相近的Ls-AB；步骤4：根据减速长度与孔隙度的刻度关系，得出与Am-Be源响应兼容的孔隙度结果。
本发明基于传统的双组扩散模型，将快中子减速过程分为D-T源能量到Am-Be源能量、Am-Be源能量到热中子能量两个阶段，并利用非弹伽马计数率对D-T源测量结果进行非弹性散射影响校正，最终得到与Am-Be源相兼容的孔隙度结果。本发明可以有效地代替密度校正方法来提高可控源与化学源测井的兼容性，并且不需要地层密度参数，无化学源放射源的需求，在不进行可控源密度测量的情况下也能进行处理，对可控源孔隙度测井的实际应用推广具有重要意义。
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明。
一种D-T源中子孔隙度测井非弹性散射影响的校正方法，采用可控中子源孔隙度测井装置，如图1所示，该装置包括外壳体8，在外壳体8的内部从右端至左端依次设置有D-T脉冲中子源1、监测探测器2、屏蔽体3、近热中子探测器4、远热中子探测器5和伽马探测器6。
所述近热中子探测器4和远热中子探测器5均采用He-3计数管，其中近热中子探测器4距离D-T脉冲中子源的距离为30～50cm，远热中子探测器5距离D-T脉冲中子源的距离为55～70cm。所述伽马探测器6采用NaI探测器，伽马探测器6距离D-T脉冲中子源1的距离为75～105cm。监测探测器2用于监测并修正D-T脉冲中子源产额变化，监测探测器2可采用塑料闪烁探测器。
该方法包括以下步骤：
步骤1：求取D-T源所测近热中子探测器、远热中子探测器计数率比值R与地层快中子减速长度Ls的关系；具体包括如下步骤：
步骤1.1：根据双组扩散理论，快中子点源在均匀无限介质中r处的热中子通量密度为：
式中，r为源距，即D-T脉冲中子源1与近热中子探测器4或远热中子探测器5之间的距离；Ls、Lt分别为快中子的减速长度和热中子的扩散长度；Dt为热中子的扩散系数。
步骤1.2：用Nt(r)表示探测器记录的热中子计数率，则它与热中子通量密度φ(r)成正比，即Nt(r)＝Kφ(r)。源距分别为r1和r2的近热中子探测器和远热中子探测器的近远比为：
即近远比为近热中子探测器4处记录的热中子计数率与远热中子探测器5处记录的热中子计数率的比值。
步骤1.3：由于地层的热中子的扩散长度Lt比快中子的减速长度Ls小得多，当r足够大时(如本发明所涉及装置中近热中子探测器4距离D-T脉冲中子源1的距离为30～50cm，则可认为足够大)，含有Lt的第二个指数项可以忽略，R近似为：
步骤2：将快中子减速过程划分为两阶段，并推导R与所划分两阶段减速长度Ls-H、Ls-AB的关系；具体包括如下步骤：
步骤2.1：将D-T源快中子在地层中的减速过程按能量分为D-T源能量到Am-Be源能量、Am-Be源能量到热中子能量两个阶段。利用Kreft减速长度多组计算方法，对所划分两减速阶段的减速长度进行定量表征；总减速长度与所划分两阶段减速长度的关系近似为：
式中，Ls-H为D-T源高能中子衰减至Am-Be源能量的减速长度；Ls-AB为Am-Be源能量中子的减速长度。
步骤2.2：将公式(4)代入公式(3)，得到R与两阶段减速长度Ls-H、Ls-AB的关系为：
步骤2.3：对等式两边取对数并化简，Ls-AB表示为：
式中，Ls-AB与Am-Be源能量中子的减速长度相同，主要反映地层孔隙度；由于D-T源高能部分中子的衰减主要由非弹性散射主导，则Ls-H主要由非弹性散射过程决定。
步骤3：利用伽马探测器记录的非弹伽马计数率对D-T源高能部分(D-T源能量到Am-Be源能量)中子的减速长度Ls-H进行定量表征，进而得出与Am-Be源相同的Ls-AB；具体包括如下步骤：
步骤3.1：利用蒙特卡罗数值模拟或实验刻度的方法得到D-T源高能中子衰减至Am-Be源能量的减速长度Ls-H与非弹伽马计数率NGR的拟合关系:
Ls-H＝f(NGR) (7)
式中：NGR为非弹伽马计数率，由伽马探测器测得。
步骤3.2：将公式(7)与公式(6)相结合，进而得到:
步骤3.3：由于D-T脉冲中子源1与近热中子探测器4之间的距离r1、D-T脉冲中子源1与远热中子探测器5之间的距离r2均与可控中子源孔隙度测井装置结构有关，化简为:
式(9)中，a、b为常数。
步骤4：利用近热中子探测器4、远热中子探测器5以及伽马探测器6所测得的数值，结合上述公式可计算获得Ls-AB；利用校正后得到的Ls-AB，根据Am-Be源减速长度与孔隙度的刻度关系，得到与Am-Be源响应兼容的孔隙度结果。
下面通过具体应用实例对本发明作进一步说明：
基于上述理论关系，选用孔隙度0-40％、饱含淡水砂岩、灰岩、白云岩以及铝土(泥页岩的一种主要成分，代表高密度泥岩)地层作为被测对象，利用蒙特卡罗模拟程序模拟D-T源与Am-Be源在以上地层中的响应结果。采用本发明的方法对D-T源测量结果进行校正，校正前后的结果如图2、图3所示。根据图2、图3可见，利用本发明的方法可以很好的改善两种源测量结果的兼容性。非弹校正与密度校正的结果对比如图4所示，两种校正方法结果较为接近，相关性较好。因此本发明可以有效的代替密度校正方法，从而消除校正过程对化学源的需求。
上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种D-T源中子孔隙度测井非弹性散射影响的校正方法，其特征在于，采用可控中子源孔隙度测井装置，该装置包括外壳体，在外壳体的内部设置有D-T脉冲中子源、监测探测器、屏蔽体、近热中子探测器、远热中子探测器和伽马探测器，其中D-T脉冲中子源和监测探测器处于屏蔽体的一侧，近热中子探测器、远热中子探测器和伽马探测器处于屏蔽体的另一侧；
该方法包括以下步骤：
步骤1：求取近热中子探测器、远热中子探测器计数率比值R与地层快中子减速长度Ls的关系；
步骤1.1：根据双组扩散理论，快中子点源在均匀无限介质中r处的热中子通量密度为：
式中，r为源距；Ls、Lt分别为快中子的减速长度和热中子的扩散长度；Dt为热中子的扩散系数；
步骤1.2：用Nt(r)表示探测器记录的热中子计数率，则它与热中子通量密度φ(r)成正比，即Nt(r)＝Kφ(r)；源距分别为r1和r2的近热中子探测器和远热中子探测器的近远比为：
步骤1.3：由于地层的热中子的扩散长度Lt比快中子的减速长度Ls小得多，当r足够大时，含有Lt的第二个指数项可以忽略，R近似为：
步骤2：将快中子减速过程划分为两阶段，并推导R与所划分两阶段减速长度Ls-H、Ls-AB的关系；
步骤2.1：将快中子减速过程分为D-T源能量到Am-Be源能量、Am-Be源能量到热中子能量两个阶段；根据Kreft减速长度多组计算方法，总减速长度与所划分两阶段减速长度的关系为：
式中，Ls-H为D-T源高能中子衰减至Am-Be源能量的减速长度；Ls-AB为Am-Be源能量中子的减速长度；
步骤2.2：R与两阶段减速长度Ls-H、Ls-AB的关系为：
步骤2.3：对等式两边取对数并化简，Ls-AB表示为：
式中，Ls-AB与Am-Be源中子的减速长度相同，主要反映地层孔隙度；由于D-T源高能部分中子的衰减主要由非弹性散射主导，则Ls-H主要由非弹性散射过程决定；
步骤3：利用非弹伽马计数率对Ls-H进行表征，进而得出与Am-Be源相同的Ls-AB；
步骤3.1：利用蒙特卡罗数值模拟或实验刻度的方法得到D-T源高能中子衰减至Am-Be源能量的减速长度Ls-H与非弹伽马计数率NGR的拟合关系：
Ls-H＝f(NGR)
式中：NGR为非弹伽马计数率，由伽马探测器测得；
步骤3.2：进而得到：
步骤3.3：由于r1、r2与可控中子源孔隙度测井装置结构有关，化简为：
式中，a、b为常数；
步骤4：利用校正后得到的Ls-AB，根据Am-Be源减速长度与孔隙度的刻度关系，得到与Am-Be源响应兼容的孔隙度结果。
2.根据权利要求1所述的一种D-T源中子孔隙度测井非弹性散射影响的校正方法，其特征在于：所述近热中子探测器和远热中子探测器均采用He-3计数管，其中近热中子探测器距离D-T脉冲中子源的距离为30～50cm，远热中子探测器距离D-T脉冲中子源的距离为55～70cm。
3.根据权利要求1所述的一种D-T源中子孔隙度测井非弹性散射影响的校正方法，其特征在于：所述伽马探测器采用NaI探测器或GSO、LaBr3探测器。
4.根据权利要求1所述的一种D-T源中子孔隙度测井非弹性散射影响的校正方法，其特征在于：所述监测探测器为塑料闪烁晶体探测器或金刚石探测器，监测探测器处于D-T脉冲中子源与屏蔽体之间。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115248463A (zh) | 2022-10-28 |
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