CN2851573Y

CN2851573Y - 脉冲中子测井仪器

Info

Publication number: CN2851573Y
Application number: CN 200520085142
Authority: CN
Inventors: 王长文; 许玉俊; 辛鹏来; 张立鹏; 谢景平; 齐燕
Original assignee: Well Logging Co of Sinopec Shengli Petroleum Administration Bureau
Current assignee: Well Logging Co of Sinopec Shengli Petroleum Administration Bureau
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2015-07-07

Abstract

本实用新型涉及一种测量地层含油饱和度信息的新型脉冲中子测井仪器。包括上下接头和仪器主体组成仪器的外部结构，在仪器主体内装置有包括探测器总成、控制及通讯电路总成组成。其中探测器总成包括远探测器、近探测器以及相应的脉冲信号的整形电路及能谱信号线性放大器等组成。控制及通讯电路总成包括：电源电路、信号控制、数据采集及预处理、井下仪与地面系统的通讯与数据传输以及辅助信号的采集等电路。本实用新型的效果是使用大直径的探测器，加大计数率，通过改进的数据采集时序，对高能快中子进入地层后的全过程分时、分幅度进行测量，提取全面、丰富的地层信息，提高测量精度，提高纵向分辨率，从而更精确地计算含油饱和度等其他地层参数。

Description

脉冲中子测井仪器

一、技术领域：本实用新型涉及一种油田测井工具，特别涉及一种利用放射性测井原理测量地层含油饱和度信息的新型脉冲中子测井仪器。

二、背景技术：套管井储层含油饱和度监测是油田生产开发中后期提高油气采收率的一项不可缺少的测井技术。随着油田的开发，地下情况日趋复杂，无论是二次采油还是三次采油都必须及时了解油层的动态变化情况，即油层水淹程度和油、气、水的分布状况等，以提高油气采收率，这就需要有剩余油饱和度参数作为依据，通过含油饱和度测井资料确定剩余油分布状况，实施油田的后期开发方案，从而达到提高油气采收率的目的。在现有的套管井含油饱和度测量技术中，脉冲中子测井是目前套管井中求取储层含油饱和度最有效的方法。

目前国外同类测井仪器一般具有如下特点：一方面采用双探头、多参数来测量剩余油饱和度，为了在一定程度上消除井眼对测量结果的影响，另一方面是为了获取更多的地层信息，但是探测器直径一般都小，最大的为Φ37mm。仪器在结构设计上一般都有三部分组成：(1)探测次生伽马射线的探测器部分，采用远、近两个闪烁晶体做探头；(3)仪器控制、信号处理、信号编码传输的井下处理器(CPU)，非弹性散射模式中子的发射都在向高产额发展，非弹能谱窗的开设都在尽量提高其能量下限，压缩窗宽，以减小背景值的影响，能谱采集与分析时，采用256道能谱分析器和250道时间谱采集。在稳谱措施上大都采用了加源或增益等稳谱措施。同时短源距在仪器结构允许的条件下都尽可能做短，长源距在统计精度允许的条件下尽可能做长。

三、发明内容：本实用新型就是针对现有的技术现状，提供一种使用大直径的探测器，加大计数率，通过改进的数据采集时序，提取全面、丰富的地层信息，提高测量精度，提高纵向分辨率，从而更精确地计算含油饱和度等其他地层参数的脉冲中子测井仪器。

其技术方案是：包括上下接头和仪器主体组成仪器的外部结构，在仪器主体内装置有包括探测器总成、控制及通讯电路总成组成。所述的探测器总成包括远探测器、近探测器以及相应的脉冲信号的整形电路及能谱信号线性放大器等组成。所述的远探测器、近探测器由光电倍增管和NaI晶体组成，晶体有效直径为51mm，其中远探测器的晶体有效长度为100mm，近探测器的晶体有效长度为51mm。所述的控制及通讯电路总成包括：电源电路、信号控制、数据采集及预处理、井下仪与地面系统的通讯与数据传输以及辅助信号的采集等电路。用CPLD器件来设计井下仪器控制部分电路，完成各种时序控制，包括中子发射、脉冲幅度分析、本底计数、脉冲信号的时间特性统计以及功能电路之间的接口；同时在井下进行信号的幅度特性以及时间特性的采集，最终经过编码后以LDT通讯模式送至地面采集系统，用单片机进行电缆头电压、保温瓶内温度和高压黑棒的输入端电压等辅助信号的采集。所述的电源电路包括提供逻辑及控制电路所需的+5V电源、模拟放大电路所需的±12V电源、高压黑棒所需的+18V电源和中子管工作所需的电源。

本实用新型的效果是：通过使用大直径的探测器，处理电路中采用新型的电子技术，减小时间对测量效果的影响，增加单位时间内的计数率，增加统计起伏，应用改进的测井时序，并通过多样性的刻度、标定技术加大测量结果的解释符合率，机械结构方面采取措施降低或消除快中子、热中子以及电磁等各种因素对测量结果的影响。对高能快中子进入地层后的全过程分时、分幅度进行测量，提取全面、丰富的地层信息，提高测量精度，提高纵向分辨率，从而更精确地计算含油饱和度等其他地层参数。

四、附图说明

图1脉冲中子测井仪原理结构框图；

图2脉冲中子测井仪探测器总成结构示意图；

图3冲中子测井仪测井时序图。

五、具体实施方式：

参照图1：电源电路部分提供其他电子线路工作所需要的各种直流电源，包括逻辑及控制电路所需的+5V电源、模拟放大电路所需的±12V电源、高压黑棒所需的+18V电源和中子管工作所需的其他电源。

远探测器、近探测器以及能谱信号前置放大器，脉冲信号的整形、稳谱技术等，主要用来探测中子与地层发生核反应过程中所释放的各种次生伽马射线。其中远探测器用来探测地层中的元素信息，近探测器用来进行井眼环境影响因素校正。探测器晶体选用大直径的NaI(Tl)晶体，晶体有效直径为51mm，其中远探测器的晶体有效长度为100mm，近探测器的晶体有效长度为51mm。

逻辑及控制、通讯电路主要包括信号控制、数据采集及预处理、井下仪与地面系统的通讯与数据传输以及辅助信号的采集等。

其中用CPLD器件来设计井下仪器控制部分电路，完成各种时序控制，包括中子发射、脉冲幅度分析、本底计数、脉冲信号的时间特性统计以及功能电路之间的接口等。同时在井下进行信号的幅度特性以及时间特性的采集，最终经过编码后以LDT通讯模式送至地面采集系统，同时用单片机进行电缆头电压、保温瓶内温度等辅助信号的采集。辅助信号包括电缆头电压、保温瓶内温度和高压黑棒的输入端电压等，主要用于监视井下仪器的工作状态。

参照图2：探测器总成包括：远探测器、近探测器以及相应的脉冲信号的整形电路及能谱信号线性放大器等。其中各部件说明如下：

1是仪器电子线路部分骨架；2是远探测器能谱信号线性放大电路板；3和11是固定线路板的螺丝；4和12是固定弹簧的圆环，同时也是固定线路板与外壳7、15的固定用螺丝，厚度为8mm；5和13是减震弹簧，最大外径为54.3mm，最小内径为44mm；6远探测器光电倍增管管座；7和15是金属外壳，外径为59mm，内径为54mm；8是远探测器光电倍增管；9是远探测器晶体，两端有公扣，晶体的有效直径为51mm，有效长度为100mm，封装好后最大外径为59mm；10是近探测器能谱信号线性放大电路板；14是近探测器光电倍增管管座；16是近探测器光电倍增管；17是短源矩晶体，晶体的有效直径为51mm，有效长度为50mm。封装好后最大外径为62mm。

连接好后，在部件7、部件9和部件15的外表面有一条10mm宽的槽，其中部件7、部件9的槽的深度为0.5mm，部件15的槽的深度为1.5mm。部件7光电倍增管外壳与仪器部件1的连接用均布的4个固定螺丝。部件7上离左边10mm打沉孔。

参照图3：光电倍增管输出的信号，采用256道PHA脉冲幅度分析方法采集信号的幅度谱，同时进行脉冲到达时间统计得到时间谱。两个探测器出来的脉冲信号在每个测量周期内分时进行非弹性测量和俘获测量，对信号进行脉冲幅度分析，得到非弹性谱和俘获谱以及由此衍生的其他谱，然后直接送至地面进行数据处理，用近探测器采集的信息来校正井眼内流体的贡献。

一次完整的数据采集包括960个短周期和1个长周期，共需100ms。短周期均为100us，重复960次；长周期为4ms。在短周期中，中子发射时间门宽度40us，占空因数40％；而在长周期，中子停止发射。

每个短周期内，中子发射门宽均为40us，占空因数40％。计数门G1是时间分析门，开门时间为0到100us，道宽400ns，共250道。记录脉冲的时间特性；计数门G2为非弹门，开门时间为0到40us，采集256道总谱；G3为俘获本底门，开门时间为50到100us，采集256道未扣除本底的俘获谱。所得时间谱和能量谱，均重复叠加960次，以减小统计起伏、提高统计精度。G4门记录PHA本底能量谱，采集时间3000us，进行256道能谱分析。

中子发生器以10kHz的发射频率发射脉冲中子或者每100us发射一束脉冲中子，总的测量序列由960个脉冲时间和一个测量本底的时间窗组成，后面的测量本底的时间窗的长度为4ms(等于40个脉冲)，实际上是在中子发生器关闭期间的最后4ms测量背景能谱。

一个典型发射短周期的时序，每个周期的前40us是脉冲中子发射时间，在这段时间内，会同时产生非弹性散射伽马射线和俘获反应产生的伽马射线，所开的时间窗也就同时测得这两种伽马射线，经过脉冲高度分析，这40us的能谱就作为非弹性谱。等待10us后，在剩余的50us的时间窗口内，用来测量俘获伽马射线，得到俘获谱。同时以每道400ns的时间宽度来测量中子从开始发射后的衰减过程中的时间谱，共250道。在一个测量序列中，每个探头记录三种不同的原始能量谱。在非弹性散射门期间记录的非弹性散射谱是总谱，在俘获门期间测量的是俘获谱，背景时间门记录的是背景谱。

Claims

1.一种脉冲中子测井仪器，由上、下接头和仪器主体组成仪器的外部结构，在仪器主体内装置有探测器总成、控制及通讯电路总成组成，所述的控制及通讯电路总成包括电源电路、信号控制、数据采集及预处理、井下仪与地面系统的通讯与数据传输以及辅助信号的采集电路组成，其特征是：所述的探测器总成包括远探测器、近探测器以及相应的脉冲信号的整形电路及能谱信号线性放大器组成，两个探测器的管座均通过弹簧与圆环固定，圆环连同整形电路及能谱信号线性放大器被一起固定在主体内的骨架上。

2.根据权利要求1所述的脉冲中子测井仪器，其特征是：所述的远探测器、近探测器均由光电倍增管和NaI晶体组成，晶体有效直径为51mm，其中远探测器的晶体有效长度为100mm，近探测器的晶体有效长度为51mm。

3、根据权利要求1或2所述的脉冲中子测井仪器，其特征是：用CPLD器件来设计井下仪器控制部分电路，完成各种时序控制，包括中子发射、脉冲幅度分析、本底计数、脉冲信号的时间特性统计以及功能电路之间的接口；同时在井下进行信号的幅度特性以及时间特性的采集，最终经过编码后以LDT通讯模式送至地面采集系统，用单片机进行电缆头电压、保温瓶内温度和高压黑棒的输入端电压等辅助信号的采集。

4、根据权利要求3所述的脉冲中子测井仪器，其特征是：所述的电源电路包括提供逻辑及控制电路所需的+5V电源、模拟放大电路所需的±12V电源、高压黑棒所需的+18V电源和中子管工作所需的电源。