本發(fā)明涉及石油天然氣開發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種基于新型n-γ雙粒子探測器的中子伽馬密度測井方法。
背景技術(shù)：
：近年來，新型探測器在核測井、核醫(yī)學(xué)、高能物理、安全檢查等方面得到了廣泛應(yīng)用，特別是cs2liycl6晶體探測器具有同時(shí)探測伽馬和中子的能力，已成為核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的熱點(diǎn)和前沿課題。目前，中子伽馬密度測井技術(shù)多采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的探測器；利用非彈性散射伽馬信息進(jìn)行地層密度測量，并采用快中子或熱中子信息進(jìn)行含氫指數(shù)校正。但多探測器設(shè)計(jì)會(huì)占用較大的儀器空間，這對儀器結(jié)構(gòu)、電子線路、探測器尺寸及位置具有嚴(yán)格的要求，同時(shí)還會(huì)增加儀器設(shè)計(jì)成本。新型n-γ雙粒子探測器在核測井上的應(yīng)用，可以取代現(xiàn)有的伽馬和中子探測器進(jìn)行信息采集，為中子伽馬密度測井儀器設(shè)計(jì)和測量方法提供新的思路。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是基于cs2liycl6探測器能夠同時(shí)探測伽馬和中子的特性，提供了一種基于新型n-γ雙粒子探測器的中子伽馬密度測井方法。本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案：一種基于新型n-γ雙粒子探測器的中子伽馬密度測井方法，采用了一種測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)包括儀器外殼，儀器內(nèi)部設(shè)有1個(gè)d-t可控中子源和1個(gè)cs2liycl6探測器，具體包括以下步驟：步驟一：通過上述測量系統(tǒng)記錄來自地層的非彈性散射伽馬和快中子信息；步驟二：結(jié)合非彈性散射伽馬場分布，建立利用單探測器的非彈性散射伽馬和快中子信息表征地層密度的數(shù)學(xué)模型，獲得地層密度。優(yōu)選地，所述cs2liycl6探測器為能夠同時(shí)測量中子和伽馬的雙粒子探測器。優(yōu)選地，所述cs2liycl6探測器源距r為65cm。優(yōu)選地，所述步驟二中，數(shù)學(xué)模型的具體建立過程為：在實(shí)際測井條件下，源距為r的cs2liycl6探測器記錄的非彈性散射伽馬計(jì)數(shù)表示如下：其中，s0為中子源強(qiáng)度，λs為快中子散射自由程，μm為非彈性散射伽馬射線質(zhì)量吸收系數(shù)，ρ為地層密度，i為一個(gè)快中子與原子核發(fā)生非彈性碰撞平均釋放的伽馬光子數(shù)，r為探測器源距，σin為地層宏觀非彈性散射截面，α為比例系數(shù)；基于cs2liycl6探測器同時(shí)探測伽馬和快中子的特性，采用cs2liycl6探測器同時(shí)記錄快中子計(jì)數(shù)來表征快中子散射自由程對非彈性散射伽馬計(jì)數(shù)的影響，因此，非彈性散射伽馬計(jì)數(shù)可表征為：根據(jù)式(3)，得到利用單探測器的非彈性散射伽馬和快中子信息進(jìn)行地層密度測量的測量式為：當(dāng)探測器源距r大于40cm時(shí)，非彈性散射截面σin變化的影響可以忽略，式(4)可簡寫為其中，a、b和c是常數(shù)，與探測器源距r和中子源強(qiáng)s0相關(guān)。儀器內(nèi)部還包括電子線路，電子線路位于d-t可控中子源和cs2liycl6探測器之間，d-t可控中子源、電子線路和cs2liycl6探測器三者之間設(shè)有屏蔽體。本發(fā)明具有如下有益效果：該方法采用1個(gè)可控中子源和1個(gè)cs2liycl6探測器組成的測量系統(tǒng)，能夠在同一位置對來自地層的伽馬射線和快中子進(jìn)行同時(shí)測量；結(jié)合非彈性散射伽馬場分布理論，建立利用單探測器的非彈性散射伽馬和快中子信息表征地層密度的數(shù)學(xué)模型，形成一種基于cs2liycl6單探測器的中子伽馬密度測井方法，為中子伽馬密度測井提供了技術(shù)支持和理論指導(dǎo)。附圖說明圖1為基于新型n-γ雙粒子探測器的隨鉆中子伽馬密度儀器-地層模型；圖2為圖1的側(cè)視圖。其中，1為外殼，2為d-t中子源，3為屏蔽體，4為電子線路，5為cs2liycl6探測器，6為刻度井，7為井眼水，8為鉆鋌，9為泥漿導(dǎo)流通道。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步說明：如圖1-圖2所示，一種基于新型n-γ雙粒子探測器的中子伽馬密度測井方法，采用了一種測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)包括儀器外殼1，儀器內(nèi)部設(shè)有1個(gè)d-t可控中子源2和1個(gè)cs2liycl6探測器5，具體包括以下步驟：步驟一：通過上述測量系統(tǒng)記錄來自地層的非彈性散射伽馬和快中子信息；步驟二：結(jié)合非彈性散射伽馬場分布，建立利用單探測器的非彈性散射伽馬和快中子信息表征地層密度的數(shù)學(xué)模型，獲得地層密度。cs2liycl6探測器為能夠同時(shí)測量中子和伽馬的雙粒子探測器。cs2liycl6探測器源距r為65cm。其中，利用單探測器的非彈性散射伽馬和快中子信息表征地層密度的數(shù)學(xué)模型為：步驟二中，數(shù)學(xué)模型的具體建立過程為：在實(shí)際測井條件下，源距為r的cs2liycl6探測器記錄的非彈性散射伽馬計(jì)數(shù)表示如下：其中，s0為中子源強(qiáng)度，λs為快中子散射自由程，μm為非彈性散射伽馬射線質(zhì)量吸收系數(shù)，ρ為地層密度，i為一個(gè)快中子與原子核發(fā)生非彈性碰撞平均釋放的伽馬光子數(shù)，r為探測器源距，σin為地層宏觀非彈性散射截面，α為比例系數(shù)；基于cs2liycl6探測器同時(shí)探測伽馬和快中子的特性，采用cs2liycl6探測器同時(shí)記錄快中子計(jì)數(shù)來表征快中子散射自由程對非彈性散射伽馬計(jì)數(shù)的影響，因此，非彈性散射伽馬計(jì)數(shù)可表征為：根據(jù)式(3)，得到利用單探測器的非彈性散射伽馬和快中子信息進(jìn)行地層密度測量的測量式為：當(dāng)探測器源距r大于40cm時(shí)，非彈性散射截面σin變化的影響可以忽略，式(4)可簡寫為其中，a、b和c是常數(shù)，與探測器源距r和中子源強(qiáng)s0相關(guān)。儀器內(nèi)部還包括電子線路4，電子線路4位于d-t可控中子源2和cs2liycl6探測器5之間，d-t可控中子源2、電子線路4和cs2liycl6探測器5三者之間設(shè)有屏蔽體3。上述d-t可控中子源2，脈沖寬度為20μs，工作周期100μs，源強(qiáng)為1×108n/s，中子能量為14.2mev。上述源和探測器之間采用的屏蔽體為鎢鎳鐵屏蔽體，厚度為5cm。上述cs2liycl6探測器到中子源距離為65cm，長度為15cm。上述探測器記錄快中子和非彈性散射伽馬的時(shí)間窗為0-20μs，快中子能窗為1.0-14.2mev，非彈性散射伽馬能窗為0.01-8.5mev。本發(fā)明中子伽馬密度測井方法具體包括以下步驟：步驟1、將圖1所示的測量系統(tǒng)放置在孔隙度為1p.u.，10p.u.，20p.u.，30p.u.，40p.u.的刻度井6進(jìn)行測量；刻度井6填充飽含水石灰?guī)r，刻度井6中心設(shè)有直徑20cm的井眼7，且充滿淡水；鉆鋌8位于井眼7中，儀器放置在鉆鋌8內(nèi)部，且儀器一側(cè)緊貼刻度井6井壁；鉆鋌8下偏心設(shè)有泥漿導(dǎo)流通道9，且泥漿導(dǎo)流通道9內(nèi)充滿水。通過cs2liycl6探測器記錄不同孔隙度刻度井條件下的非彈性散射伽馬計(jì)數(shù)和快中子計(jì)數(shù)，如表1所示。表1不同刻度井條件下的非彈性散射伽馬計(jì)數(shù)和快中子計(jì)數(shù)步驟2、根據(jù)單探測器中子伽馬密度算法，不同刻度井條件下的非彈性散射伽馬計(jì)數(shù)率和快中子計(jì)數(shù)率與地層密度存在如下關(guān)系利用式(6)對不同刻度井條件下的非彈性散射伽馬計(jì)數(shù)率和快中子計(jì)數(shù)率進(jìn)行擬合，確定密度算法系數(shù)a、b和c。步驟3、利用儀器對未知密度的地層進(jìn)行測量，通過cs2liycl6探測器記錄快中子和非彈性散射伽馬計(jì)數(shù)；利用式(6)提供的密度算法，得到實(shí)際地層密度。利用上述具體實(shí)施方案，通過數(shù)據(jù)擬合得到系數(shù)a、b和c，密度計(jì)算結(jié)果如表2所示；通過伽馬和快中子直接計(jì)算的地層密度與實(shí)際密度相吻合，計(jì)算結(jié)果不再受含氫指數(shù)影響。表2密度計(jì)算結(jié)果孔隙度(p.u.)真密度(g/cm3)計(jì)算密度(g/cm3)相對誤差(g/cm3)52.62452.6242-0.0003152.45352.4258-0.0277252.28252.2632-0.0193352.11152.11800.0065451.94051.98770.0472相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用新型雙粒子探測器，設(shè)計(jì)了1個(gè)可控中子源和1個(gè)cs2liyc16探測器組成的測量系統(tǒng)，能夠同時(shí)對來自地層的伽馬射線和中子進(jìn)行測量；結(jié)合非彈伽馬場分布理論，得到了利用單探測器的非彈性散射伽馬和快中子信息表征地層密度的數(shù)學(xué)模型，形成基于cs2liyc16單探測器的中子伽馬密度測井方法，為中子伽馬密度測井提供了技術(shù)支持和理論指導(dǎo)。當(dāng)然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁12