脉冲中子密度测井方法及仪器设计数值模拟

发布时间：2020-10-20 11:11

　　 为了去掉密度测井中的放射性化学源,提高脉冲中子源密度测井的测量精度,促进脉冲中子源密度测井的发展,本文建立了一种脉冲中子密度测井新方法。首先采用MCNP5模拟研究了脉冲中子源密度测量过程中中子场和伽马场的时间、空间特性,为后续的脉冲时序、源距等设计提供依据;其次基于中子耦合场理论,从理论上推导出可以消除含氢指数(HI)和非弹散射截面(∑_(in))影响的脉冲中子密度测井新方法;然后针对新方法优化设计了仪器结构;最后通过建立多种不同性质的地层研究了脉冲中子密度测井新方法在随钻环境下的应用效果。研究结果表明,脉冲中子源密度测井同样具有很高的测量精度。利用非弹伽马射线测量密度时受非弹伽马源空间分布的和岩性的影响,这主要是HI和∑_(in)的影响。粒子的时间、空间特性研究显示,快中子和非弹伽马射线需在脉冲期间测量,且两者随源距衰减较快,源距不宜过大。以快中子耦合场理论为基础,从理论上推导出了通过非弹伽马计数比和快中子计数比校正∑_(in)和HI影响的脉冲中子密度测井新方法。针对研究的新方法,设计了一个D-T脉冲中子源、两个快中子和两个伽马探测器的探测系统,优选出氦-4(He-4)快中子探测器和溴化镧(LaBr_3)闪烁伽马探测器,给出屏蔽效果最佳的钨+镍的快中子屏蔽组合和钨+铅的伽马射线屏蔽组合。在不同HI、岩性、孔隙流体类型的随钻环境下的模拟结果显示脉冲中子密度测井新方法通过非弹伽马计数比和快中子计数比很好的校正了伽马源空间分布和岩性的影响,随钻环境下应用效果很好。对于含气地层,当地层密度小于1.9g/cm~3时有较明显误差,但地层密度一般高于2.0g/cm~3。井径的变化会影响测量结果,测量密度随井径增加而减小,测量误差与井眼间隙呈很好的二次函数关系。本文研究丰富了随钻脉冲中子密度测井理论方法,为脉冲中子密度测井仪器的研制提供依据,一定程度上促进了我国脉冲中子密度测井的发展。
【学位单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P631.81
【部分图文】：

径为 17.145cm；钻铤内仪器直径为 10.4cm，靠一侧放置，另一侧有两个直径为 3.536cm的泥浆通道；源采用脉冲宽度为 20us，发射中子能量为 14.1Mev 的 D-T 中子源，源中心点在（0，0，0）处，探测器和源之间填充理想屏蔽体[53]。2.2 中子场和伽马场的时间特性粒子场的时间特性研究在脉冲中子测井中是基础研究，同时也是非常重要的。合理的选择探测时窗能获得纯净非弹伽马射线计数，合理的设计脉冲宽度能有效减小俘获伽马射线的影响，这都要求我们对粒子场的时间特性进行研究。本节模拟研究了快中子和非弹伽马射线场的时间特性，为源的爆发时序与探测器探测时窗设计提供依据。2.2.1 总中子与快中子时间谱图 2.1 为自源开始工作 100us 时间内总中子与快中子时间谱，可以看出在中子发射期间，快中子计数基本稳定；总中子计数随时间的推移而增大，总中子强度的增大主要是中能中子、超热中子和热中子数量的增加。脉冲停止后总中子计数迅速下降到较小的值，然后缓慢衰减；快中子计数迅速变为 0。对于快中子在脉冲停止后的快速衰减过程我们进行了精细模拟，模拟结果如图 2.2 所示。可以看出，在脉冲停止后快中子通量随时间呈指数规律衰减，50ns 后快中子完全消失。

径为 17.145cm；钻铤内仪器直径为 10.4cm，靠一侧放置，另一侧有两个直径为 3.536cm的泥浆通道；源采用脉冲宽度为 20us，发射中子能量为 14.1Mev 的 D-T 中子源，源中心点在（0，0，0）处，探测器和源之间填充理想屏蔽体[53]。2.2 中子场和伽马场的时间特性粒子场的时间特性研究在脉冲中子测井中是基础研究，同时也是非常重要的。合理的选择探测时窗能获得纯净非弹伽马射线计数，合理的设计脉冲宽度能有效减小俘获伽马射线的影响，这都要求我们对粒子场的时间特性进行研究。本节模拟研究了快中子和非弹伽马射线场的时间特性，为源的爆发时序与探测器探测时窗设计提供依据。2.2.1 总中子与快中子时间谱图 2.1 为自源开始工作 100us 时间内总中子与快中子时间谱，可以看出在中子发射期间，快中子计数基本稳定；总中子计数随时间的推移而增大，总中子强度的增大主要是中能中子、超热中子和热中子数量的增加。脉冲停止后总中子计数迅速下降到较小的值，然后缓慢衰减；快中子计数迅速变为 0。对于快中子在脉冲停止后的快速衰减过程我们进行了精细模拟，模拟结果如图 2.2 所示。可以看出，在脉冲停止后快中子通量随时间呈指数规律衰减，50ns 后快中子完全消失。

中子场和伽马场特性研究谱时间谱，在脉冲开始约 2.25us 后地层中出现热中子显幅度，所以脉冲宽度足够窄时可以有效的减少俘规律增加，在约 30us 处达到最大值。到达最大值 HI 的控制，HI 越大到达最大值的时间越短，之后减，衰减速度与地层的减速、俘获能力呈正相关。
【参考文献】

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2 张家宝;林志凯;肖伯文;曾玉琪;;8%含硼聚乙烯板对快中子屏蔽性能的实验研究与分析[J];中华放射医学与防护杂志;2014年11期

3 袁超;周灿灿;张锋;程相志;窦洋;胡松;李华阳;;蒙特卡罗模拟在放射性测井中的应用[J];地球物理学进展;2014年05期

4 袁超;周灿灿;;基于伽马能谱的元素测井发展历程及技术展望[J];地球物理学进展;2014年04期

5 程亮;吴文圣;何景枝;;脉冲中子密度测井中的γ场和中子场特性[J];石油天然气学报;2014年05期

6 张锋;袁超;刘军涛;贾岩;;随钻脉冲中子—伽马密度测井响应数值模拟[J];地球科学(中国地质大学学报);2013年05期

7 刘信鲁;孙泽;;岩性密度测井方法及应用[J];国外测井技术;2012年03期

8 张锋;郭建芳;王新光;;空气钻井条件下中子孔隙度测井响应的蒙特卡罗模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2010年01期

9 于华伟;孙建孟;朱文娟;杨锦舟;;随钻脉冲中子密度测井的蒙特卡罗模拟研究[J];测井技术;2009年06期

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本文编号：2848607