一種隨鉆可控源中子測井方法及儀器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隨鉆可控源中子測井方法及儀器，所述方法包括：啟動鉆鋌上的脈沖中子源以脈沖方式向地層發(fā)射定量高能中子；通過設(shè)置于鉆鋌上的長源距探測器和短源距探測器分別測得經(jīng)地層減速后散射回井眼的熱中子數(shù)目；根據(jù)兩探測器所測得的熱中子數(shù)目獲得地層的熱中子宏觀俘獲截面∑和孔隙度φ；根據(jù)熱中子宏觀俘獲截面及孔隙度φ得到地層含水飽和度Sw。所述儀器包括：脈沖中子源、探測單元、信號處理及數(shù)據(jù)分析單元及電源模塊，用于為上述各單元提供電源。本發(fā)明利用長、短源距3He熱中子探測器對熱中子進(jìn)行探測，獲得孔隙度與熱中子宏觀俘獲截面兩組參數(shù)，實(shí)現(xiàn)礦化度相對較低地層的含水飽和度和孔隙度測量。脈沖中子源的使用，消除了放射源對人和環(huán)境的危害。
【專利說明】一種隨鉆可控源中子測井方法及儀器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油地質(zhì)勘探隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向的隨鉆測井方法領(lǐng)域，特別涉及一種隨鉆可控源中子測井方法及儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨鉆測井是在鉆井過程中用安裝在鉆鋌中的測井儀器測量地層性質(zhì)并將測量結(jié)果傳送到地面或記錄在井下存儲器中的一種技術(shù)。該技術(shù)要求測井儀器能夠安裝在鉆鋌內(nèi)較小的空間里，并能承受高溫、高壓和鉆井時產(chǎn)生的強(qiáng)烈震動。隨鉆測井資料是在地層被泥漿濾液侵入之前或侵入很淺時測量的，比電纜測井更為客觀真實(shí)地反映了地層特征。隨鉆測井能夠?qū)崟r確定井眼軌跡，進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向和地層評價，提高了現(xiàn)場鉆井決策能力。隨鉆測井還可進(jìn)行時間推移測井，分析侵入隨時間的變化，能得到區(qū)別油水層的信息。在非常規(guī)井中或在特殊地質(zhì)環(huán)境(如膨脹粘土或高壓地層)下，常規(guī)電纜測井困難或風(fēng)險很大以至不能作業(yè)時，隨鉆測井就更顯示其自身獨(dú)具的優(yōu)勢。
[0003]常規(guī)放射性測井儀器使用放射性化學(xué)源，對操作人員以及其它生物細(xì)胞造成很大傷害。遇到井下復(fù)雜情況會造成卡鉆時，帶有放射性化學(xué)源的儀器，可能無法收回放射源， 導(dǎo)致鉆井、測井作業(yè)失敗，油井報廢，通常要專門封井。地層環(huán)境將受到嚴(yán)重的放射性污染， 需定期監(jiān)測。國家對測井放射源的管理將會日益嚴(yán)格，相關(guān)費(fèi)用也將大幅增加。由于隨鉆測井環(huán)境更為惡劣，儀器和放射性化學(xué)源裝卸比常規(guī)測井更為復(fù)雜、需要的時間更長，從而加劇了放射性化學(xué)源對環(huán)境的污染和對操作人員的傷害。用可控中子源替代放射性化學(xué)源即可很好地解決這個問題。
[0004]中國專利文獻(xiàn)CN 2900786公開了一種“隨鉆氘氘可控補(bǔ)償中子測井儀”的不帶化學(xué)源的隨鉆可控源中子孔隙度測井儀器，該專利首次將可控源用在獲得地層孔隙度參數(shù)上，其使用的是D-D中子管作為隨鉆可控源中子孔隙度測井儀的可控源部件，的中子射線能量為2Mev，探測深度為23.75cm，缺點(diǎn)是D-D中子管，其中子管中子產(chǎn)額低，容易引起放射性統(tǒng)計漲落誤差，測量精度較低。且該中子管陽極使用的是直流高壓，不能測量熱中子俘獲截面和含水飽和度。
[0005]中國專利文獻(xiàn)CN102159970A公開了一種確定地下巖層中的水飽和度的方法，包括用多個在鉆探入巖層中的鉆井孔中進(jìn)行的測量來測定巖層的侵入深度。測量具有不同的進(jìn)入巖層的調(diào)查的橫向深度。在基本上與測量侵入深度的位置相同的縱向位置上測量巖層中的碳和氧。用測量的碳和氧以及侵入深度確定巖層的基本上未侵入部分的水飽和度。上述專利文獻(xiàn)中用3He正比計數(shù)器測量地層中孔隙度(6,而測量地層熱中子俘獲截面使用的是傳統(tǒng)的閃爍晶體探測器，閃爍晶體探測器接收的是地層中的俘獲伽馬射線，利用俘獲伽馬數(shù)目計算熱中子俘獲截面。其熱中子俘獲截面的測量方法與傳統(tǒng)的中子壽命測井儀器方法相同，這種方法的缺點(diǎn)是受自然界中各種伽馬射線本底計數(shù)的影響，而且不適用于礦化度相對較低的地層。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了在礦化度相對較低的地層中實(shí)現(xiàn)對所測地層含水飽和度和孔隙度的測量，實(shí)時測量井眼周圍地層孔隙度與熱中子宏觀俘獲截面參數(shù)，消除放射源對環(huán)境污染的危險及操作人員的人身傷害，本發(fā)明提供了一種隨鉆可控源中子測井方法及儀器。所述技術(shù)方案如下:
[0007]—方面，提供了一種隨鉆可控源中子測井方法，所述方法包括:
[0008]啟動鉆鋌上的脈沖中子源以脈沖方式向地層發(fā)射定量高能中子；通過設(shè)置于鉆鋌上的長源距探測器和短源距探測器分別測得經(jīng)地層減速后散射回井眼的熱中子數(shù)目；根據(jù)兩探測器所測得的熱中子數(shù)目獲得所測地層的熱中子宏觀俘獲截面E和孔隙度0 ;根據(jù)所測熱中子宏觀俘獲截面E及孔隙度0得出所測地層的含水飽和度Sw。
[0009]所述的根據(jù)兩探測器所測得的熱中子數(shù)目獲得所測地層的熱中子宏觀俘獲截面 E，其具體包括是:
[0010]根據(jù)任意一段時間內(nèi)所發(fā)送的定量熱中子數(shù)目及在兩探測器所探測到的熱中子數(shù)目，分別得出兩探測器所探測到的地層俘獲熱中子數(shù)目；通過熱中子宏觀俘獲截面計算公式算出所測地層的宏觀俘獲截面E；
[0011]E =105X 104 (lnNl-lnN2) /(tl-t2)
[0012]其中:N1、N2分別對應(yīng)兩探測器所探測到的地層俘獲熱中子數(shù)目；
[0013]tl、t2為不同的時間門。
[0014]所述的根據(jù)兩探測器所測得的熱中子數(shù)目獲得所測地層的孔隙度0，其具體包括是:
[0015]根據(jù)兩探測器所測熱中子數(shù)目分別得出單位時間內(nèi)熱中子的計數(shù)率，由兩探測器所得計數(shù)率的比值求得減速長度Le ;根據(jù)熱中子的減速長度Le求得所測地層的孔隙度；
[0016]其中，熱中子的減速長度Le的獲得所依據(jù)的公式為:
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種隨鉆可控源中子測井方法，其特征在于，所述方法包括:啟動鉆鋌上的脈沖中子源以脈沖方式向地層發(fā)射定量高能中子；通過設(shè)置于鉆鋌上的長源距探測器和短源距探測器分別測得經(jīng)地層減速后散射回井眼的熱中子數(shù)目；根據(jù)兩探測器所測得的熱中子數(shù)目獲得所測地層的熱中子宏觀俘獲截面E和孔隙度0 ;根據(jù)所測熱中子宏觀俘獲截面E及孔隙度0得出所測地層的含水飽和度Sw。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨鉆可控源中子測井方法，其特征在于，所述的根據(jù)兩探測器所測得的熱中子數(shù)目獲得所測地層的熱中子宏觀俘獲截面E，其具體包括是:根據(jù)任意一段時間內(nèi)所發(fā)送的定量熱中子數(shù)目及在兩探測器所探測到的熱中子數(shù)目， 分別得出兩探測器所探測到的地層俘獲熱中子數(shù)目；通過熱中子宏觀俘獲截面計算公式算出所測地層的宏觀俘獲截面E；E =105X IO4 (lnNl-lnN2) /(tl-t2)其中:N1、N2分別對應(yīng)兩探測器所探測到的地層俘獲熱中子數(shù)目；tl、t2為不同的時間門。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨鉆可控源中子測井方法，其特征在于，所述的根據(jù)兩探測器所測得的熱中子數(shù)目獲得所測地層的孔隙度0，其具體包括是:根據(jù)兩探測器所測熱中子數(shù)目分別得出單位時間內(nèi)熱中子的計數(shù)率，由兩探測器所得計數(shù)率的比值求得減速長度Le ;根據(jù)熱中子的減速長度Le求得所測地層的孔隙度；其中，熱中子的減速長度Le的獲得所依據(jù)的公式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨鉆可控源中子測井方法，其特征在于，所述的由熱中子宏觀俘獲截面和孔隙度計算地層的含水飽和度Sw，其依據(jù)的公式為: Sw= (E-E ma(l-O-Vsh)- E hO- E shVsh) /O ( E w- E h)式中，E ma為骨架的宏觀俘獲截面常數(shù)；E h為烴的宏觀俘獲截面常數(shù)；E sh為泥質(zhì)的宏觀俘獲截面常數(shù)；E w為地層水的宏觀俘獲截面常數(shù)；Vsh為泥質(zhì)體積含量。
5.一種隨鉆可控源中子測井儀器，包括鉆鋌，其特征在于，沿所述鉆鋌的軸向上間隔成型有多個徑向設(shè)置的U型槽，所述測井儀器密封設(shè)置于所述U型槽內(nèi)，其包括:脈沖中子源，包括氘氚反應(yīng)中子管，其以脈沖方式向所測地層發(fā)射高能中子；探測單元，包括長源距探測器和短源距探測器，用于接收由地層散射至井眼中的熱中子;信號處理及數(shù)據(jù)分析單元，用于對所述探測單元所接收的地層熱中子進(jìn)行計數(shù)與數(shù)據(jù)處理，獲得所測地層的孔隙度0和含水飽和度Sw ；電源模塊，用于為上述各單元提供電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的隨鉆可控源中子測井儀器，其特征在于，所述的信號處理及數(shù)據(jù)分析單元內(nèi)運(yùn)行有:主放與脈沖幅度分析模塊，接收所述探測單元的前放輸出信號，用于對前放輸出信號進(jìn)行放大和脈沖幅度分析。信號處理模塊，接收所述主放與脈沖幅度分析模塊的輸出信號，并實(shí)現(xiàn)信號的累加處理；數(shù)據(jù)處理器，接收所述信號處理模塊的累加信號，并對所接收的累加信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，測得地層的孔隙度0和含水飽和度Sw ；數(shù)據(jù)傳輸模塊，分別與所述數(shù)據(jù)處理器和上位機(jī)連接，用于將所測參數(shù)傳輸至上位機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的隨鉆可控源中子測井儀器，其特征在于，所述的長源距探測器和短`源距探測器均為3He熱中子探測器。
【文檔編號】G01V5/10GK103527181SQ201210232675
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月5日
【發(fā)明者】李安宗, 朱軍, 王珺, 駱慶鋒, 張維, 陳鵬, 秦鴻江, 祝環(huán)芬, 郭廣鎏, 蔣登文, 李童, 陳緒濤, 劉策, 牒勇, 王俊超 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)測井有限公司