脉冲中子源中子伽马密度测井方法研究
发布时间：2021-04-13 10:55
地层体积密度被广泛用于储集层评价中,通常被认为是测井解释的关键输入参数之一。在地层中使用放射性Cs-137伽马源的密度测井测量的体积密度是一个比较直观的岩石物理参数,已经被广泛接受。然而,许多研究者开始选择以脉冲中子发生器作为密度测井仪的源,以规避传统同位素源所带来的健康、安全和环境风险（HSE）及测量上的限制等问题。当脉冲中子源取代伽马源进行地层密度测量时,放射源在地层中激发的物理场发生了改变,粒子在地层中的空间分布规律及与地层物质相互作用的方式也随之改变,探测器测量信号的复杂性增加,信号的解析和重组方法需要重构。因此,有必要开展脉冲中子伽马密度测井方法的基础科学问题研究。本文结合蒙特卡洛数值模拟方法,对中子伽马密度测量中影响非弹性伽马射线响应的快中子输运、次生伽马射线的产生和非弹性伽马射线输运三个物理过程分别进行了详细的分析。在无限均匀地层的球形模型中,利用玻尔兹曼方程和分组扩散法推导出与中子输运和次生伽马射线的产生截面无关的体积密度计算方法。根据高能伽马射线输运理论,进一步推导出与高能伽马电子对效应影响无关的体积密度计算方法。根据源距与仪器密度灵敏度的关系,对仪器的源距进行了优化...
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
研究技术路线图
中国石油大学（北京）博士学位论文-13-其中：ma、mn分别为地层靶核和中子的质量；1为地层靶核的第一激发能。例如，12C的第一激发能为4.43MeV,则其阈值为4.8MeV。16O的第一激发能为6.06MeV,则其阈值为6.4MeV。非弹性散射可以显著地降低中子速度，使其达到低于非弹性散射相互作用所需达到的阈值能量水平。地层常见元素的非弹性伽马射线能量如表2.1所示。表2.1地层常见元素的非弹性伽马射线能量Table2.1Inelasticgammarayenergyofcommonelementsintheformation元素类型C-12O-16Mg-24Al-27Si-28Ca-40Fe-56非弹性伽马射线能量（MeV）4.436.13一6.927.121.390.171.78*2.844.505.106.553.903.741.701.250.84图2.1各种原子核的非弹性散射截面Fig.2.1Inelasticscatteringcrosssectionforvariousnuclides地层中常见元素的微观非弹性散射截面数据如上图2.1所示[68]。当中子能量在1~14.1MeV范围内时，微观非弹性散射截面与入射的中子能量和靶核质量数有关。一般随入射中子能量和靶核质量数的增加而增加。因此对于高能中子，其非弹性一快中子与氧、硅原子可以通过活化反应，发射相同能量的伽马射线。氧活化产物16N的半衰期为7.1秒，硅活化产物28Al的半衰期为2.3分钟，时间太长而不能用于地层体积密度测量。
中国石油大学（北京）博士学位论文-15-表2.2快中子经过第一次弹性碰撞后的平均能量Table2.2Averagefinalneutronenergiesafteroneelasticscattering原子核中子初始能量（MeV）1412108642H-115.154.413.682.942.211.470.74C-120.157811.9610.258.546.835.123.421.71O-160.119912.4210.648.877.105.323.551.77Na-230.084512.8711.039.197.355.513.681.84Mg-240.081112.9111.079.227.385.533.691.84Al-270.072313.0211.169.307.445.583.721.86Si-280.069813.0611.199.337.465.603.731.87Cl-350.056113.2411.359.457.565.673.781.89K-390.050413.3111.419.517.615.713.801.90Ca-400.049213.3311.429.527.625.713.811.90Fe-560.035313.5111.589.657.725.793.861.93(a)（b）图2.2各种原子核的弹性散射截面(a)中子能量范围为10-2~107eV；(b)中子能量范围为1×106~1.4×107eVFig.2.2Elasticscatteringcrosssectionforvariousnuclides(a)Theenergyrangeofneutronsis10-2~107eV;(b)Theenergyrangeofneutronsis1×106~1.4×107eV地层中常见元素的微观弹性散射截面数据如图2.2所示[68]。其中图2.2（a）中列出了中子能量在0.01MeV以下时的H、C和O等原子核的微观弹性散射截面。在此能量范围内的微观弹性散射截面几乎为一个常数，其几乎不受中子能量的影响。氢原子核微观弹性散射截面最大，是碳原子的4.3倍，是氧原子的5.3倍。同
【参考文献】：
期刊论文
[1]地层密度对脉冲中子孔隙度测量的影响及校正方法[J]. 王虎,吴文圣,王宏伟,任立伟,葛云龙,董夺,王瑞刚,贺柳琼. 核技术. 2018(08)
[2]电子对效应对D-T次生γ密度测量的影响[J]. 于华伟,张丽,侯博然. 核技术. 2015(08)
[3]脉冲中子密度测井中的γ场和中子场特性[J]. 程亮,吴文圣,何景枝. 石油天然气学报. 2014(05)
[4]随钻脉冲中子密度测井的蒙特卡罗模拟研究[J]. 于华伟,孙建孟,朱文娟,杨锦舟. 测井技术. 2009(06)
博士论文
[1]随钻环境下脉冲中子测量地层密度的理论基础研究[D]. 于华伟.中国石油大学 2011
本文编号：3135165
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
研究技术路线图
中国石油大学（北京）博士学位论文-13-其中：ma、mn分别为地层靶核和中子的质量；1为地层靶核的第一激发能。例如，12C的第一激发能为4.43MeV,则其阈值为4.8MeV。16O的第一激发能为6.06MeV,则其阈值为6.4MeV。非弹性散射可以显著地降低中子速度，使其达到低于非弹性散射相互作用所需达到的阈值能量水平。地层常见元素的非弹性伽马射线能量如表2.1所示。表2.1地层常见元素的非弹性伽马射线能量Table2.1Inelasticgammarayenergyofcommonelementsintheformation元素类型C-12O-16Mg-24Al-27Si-28Ca-40Fe-56非弹性伽马射线能量（MeV）4.436.13一6.927.121.390.171.78*2.844.505.106.553.903.741.701.250.84图2.1各种原子核的非弹性散射截面Fig.2.1Inelasticscatteringcrosssectionforvariousnuclides地层中常见元素的微观非弹性散射截面数据如上图2.1所示[68]。当中子能量在1~14.1MeV范围内时，微观非弹性散射截面与入射的中子能量和靶核质量数有关。一般随入射中子能量和靶核质量数的增加而增加。因此对于高能中子，其非弹性一快中子与氧、硅原子可以通过活化反应，发射相同能量的伽马射线。氧活化产物16N的半衰期为7.1秒，硅活化产物28Al的半衰期为2.3分钟，时间太长而不能用于地层体积密度测量。
中国石油大学（北京）博士学位论文-15-表2.2快中子经过第一次弹性碰撞后的平均能量Table2.2Averagefinalneutronenergiesafteroneelasticscattering原子核中子初始能量（MeV）1412108642H-115.154.413.682.942.211.470.74C-120.157811.9610.258.546.835.123.421.71O-160.119912.4210.648.877.105.323.551.77Na-230.084512.8711.039.197.355.513.681.84Mg-240.081112.9111.079.227.385.533.691.84Al-270.072313.0211.169.307.445.583.721.86Si-280.069813.0611.199.337.465.603.731.87Cl-350.056113.2411.359.457.565.673.781.89K-390.050413.3111.419.517.615.713.801.90Ca-400.049213.3311.429.527.625.713.811.90Fe-560.035313.5111.589.657.725.793.861.93(a)（b）图2.2各种原子核的弹性散射截面(a)中子能量范围为10-2~107eV；(b)中子能量范围为1×106~1.4×107eVFig.2.2Elasticscatteringcrosssectionforvariousnuclides(a)Theenergyrangeofneutronsis10-2~107eV;(b)Theenergyrangeofneutronsis1×106~1.4×107eV地层中常见元素的微观弹性散射截面数据如图2.2所示[68]。其中图2.2（a）中列出了中子能量在0.01MeV以下时的H、C和O等原子核的微观弹性散射截面。在此能量范围内的微观弹性散射截面几乎为一个常数，其几乎不受中子能量的影响。氢原子核微观弹性散射截面最大，是碳原子的4.3倍，是氧原子的5.3倍。同
【参考文献】：
期刊论文
[1]地层密度对脉冲中子孔隙度测量的影响及校正方法[J]. 王虎,吴文圣,王宏伟,任立伟,葛云龙,董夺,王瑞刚,贺柳琼. 核技术. 2018(08)
[2]电子对效应对D-T次生γ密度测量的影响[J]. 于华伟,张丽,侯博然. 核技术. 2015(08)
[3]脉冲中子密度测井中的γ场和中子场特性[J]. 程亮,吴文圣,何景枝. 石油天然气学报. 2014(05)
[4]随钻脉冲中子密度测井的蒙特卡罗模拟研究[J]. 于华伟,孙建孟,朱文娟,杨锦舟. 测井技术. 2009(06)
博士论文
[1]随钻环境下脉冲中子测量地层密度的理论基础研究[D]. 于华伟.中国石油大学 2011
本文编号：3135165
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