一種隨鑽可控源中子測井方法及儀器的製造方法

2023-12-11 17:31:32

一種隨鑽可控源中子測井方法及儀器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種隨鑽可控源中子測井方法及儀器，所述方法包括：啟動鑽鋌上的脈衝中子源以脈衝方式向地層發射定量高能中子；通過設置於鑽鋌上的長源距探測器和短源距探測器分別測得經地層減速後散射回井眼的熱中子數目；根據兩探測器所測得的熱中子數目獲得地層的熱中子宏觀俘獲截面∑和孔隙度φ；根據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：脈衝中子源、探測單元、信號處理及數據分析單元及電源模塊，用於為上述各單元提供電源。本發明利用長、短源距3He熱中子探測器對熱中子進行探測，獲得孔隙度與熱中子宏觀俘獲截面兩組參數，實現礦化度相對較低地層的含水飽和度和孔隙度測量。脈衝中子源的使用，消除了放射源對人和環境的危害。
【專利說明】一種隨鑽可控源中子測井方法及儀器
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油地質勘探隨鑽地質導向的隨鑽測井方法領域，特別涉及一種隨鑽可控源中子測井方法及儀器。
【背景技術】
[0002]隨鑽測井是在鑽井過程中用安裝在鑽鋌中的測井儀器測量地層性質並將測量結果傳送到地面或記錄在井下存儲器中的一種技術。該技術要求測井儀器能夠安裝在鑽鋌內較小的空間裡，並能承受高溫、高壓和鑽井時產生的強烈震動。隨鑽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地反映了地層特徵。隨鑽測井能夠實時確定井眼軌跡，進行地質導向和地層評價，提高了現場鑽井決策能力。隨鑽測井還可進行時間推移測井，分析侵入隨時間的變化，能得到區別油水層的信息。在非常規井中或在特殊地質環境(如膨脹粘土或高壓地層)下，常規電纜測井困難或風險很大以至不能作業時，隨鑽測井就更顯示其自身獨具的優勢。
[0003]常規放射性測井儀器使用放射性化學源，對操作人員以及其它生物細胞造成很大傷害。遇到井下複雜情況會造成卡鑽時，帶有放射性化學源的儀器，可能無法收回放射源， 導致鑽井、測井作業失敗，油井報廢，通常要專門封井。地層環境將受到嚴重的放射性汙染， 需定期監測。國家對測井放射源的管理將會日益嚴格，相關費用也將大幅增加。由於隨鑽測井環境更為惡劣，儀器和放射性化學源裝卸比常規測井更為複雜、需要的時間更長，從而加劇了放射性化學源對環境的汙染和對操作人員的傷害。用可控中子源替代放射性化學源即可很好地解決這個問題。
[0004]中國專利文獻CN 2900786公開了一種「隨鑽氘氘可控補償中子測井儀」的不帶化學源的隨鑽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上，其使用的是D-D中子管作為隨鑽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，缺點是D-D中子管，其中子管中子產額低，容易引起放射性統計漲落誤差，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，包括用多個在鑽探入巖層中的鑽井孔中進行的測量來測定巖層的侵入深度。測量具有不同的進入巖層的調查的橫向深度。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。上述專利文獻中用3He正比計數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的中子壽命測井儀器方法相同，這種方法的缺點是受自然界中各種伽馬射線本底計數的影響，而且不適用於礦化度相對較低的地層。
【發明內容】

[0006]為了在礦化度相對較低的地層中實現對所測地層含水飽和度和孔隙度的測量，實時測量井眼周圍地層孔隙度與熱中子宏觀俘獲截面參數，消除放射源對環境汙染的危險及操作人員的人身傷害，本發明提供了一種隨鑽可控源中子測井方法及儀器。所述技術方案如下:
[0007]—方面，提供了一種隨鑽可控源中子測井方法，所述方法包括:
[0008]啟動鑽鋌上的脈衝中子源以脈衝方式向地層發射定量高能中子；通過設置於鑽鋌上的長源距探測器和短源距探測器分別測得經地層減速後散射回井眼的熱中子數目；根據兩探測器所測得的熱中子數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]所述的根據兩探測器所測得的熱中子數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]根據任意一段時間內所發送的定量熱中子數目及在兩探測器所探測到的熱中子數目，分別得出兩探測器所探測到的地層俘獲熱中子數目；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分別對應兩探測器所探測到的地層俘獲熱中子數目；
[0013]tl、t2為不同的時間門。
[0014]所述的根據兩探測器所測得的熱中子數目獲得所測地層的孔隙度0，其具體包括是:
[0015]根據兩探測器所測熱中子數目分別得出單位時間內熱中子的計數率，由兩探測器所得計數率的比值求得減速長度Le ;根據熱中子的減速長度Le求得所測地層的孔隙度；
[0016]其中，熱中子的減速長度Le的獲得所依據的公式為:
[0017]
【權利要求】
1.一種隨鑽可控源中子測井方法，其特徵在於，所述方法包括:啟動鑽鋌上的脈衝中子源以脈衝方式向地層發射定量高能中子；通過設置於鑽鋌上的長源距探測器和短源距探測器分別測得經地層減速後散射回井眼的熱中子數目；根據兩探測器所測得的熱中子數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.根據權利要求1所述的隨鑽可控源中子測井方法，其特徵在於，所述的根據兩探測器所測得的熱中子數目獲得所測地層的熱中子宏觀俘獲截面E，其具體包括是:根據任意一段時間內所發送的定量熱中子數目及在兩探測器所探測到的熱中子數目， 分別得出兩探測器所探測到的地層俘獲熱中子數目；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分別對應兩探測器所探測到的地層俘獲熱中子數目；tl、t2為不同的時間門。
3.根據權利要求1所述的隨鑽可控源中子測井方法，其特徵在於，所述的根據兩探測器所測得的熱中子數目獲得所測地層的孔隙度0，其具體包括是:根據兩探測器所測熱中子數目分別得出單位時間內熱中子的計數率，由兩探測器所得計數率的比值求得減速長度Le ;根據熱中子的減速長度Le求得所測地層的孔隙度；其中，熱中子的減速長度Le的獲得所依據的公式為:
4.根據權利要求1所述的隨鑽可控源中子測井方法，其特徵在於，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；E h為烴的宏觀俘獲截面常數；E sh為泥質的宏觀俘獲截面常數；E w為地層水的宏觀俘獲截面常數；Vsh為泥質體積含量。
5.一種隨鑽可控源中子測井儀器，包括鑽鋌，其特徵在於，沿所述鑽鋌的軸向上間隔成型有多個徑向設置的U型槽，所述測井儀器密封設置於所述U型槽內，其包括:脈衝中子源，包括氘氚反應中子管，其以脈衝方式向所測地層發射高能中子；探測單元，包括長源距探測器和短源距探測器，用於接收由地層散射至井眼中的熱中子;信號處理及數據分析單元，用於對所述探測單元所接收的地層熱中子進行計數與數據處理，獲得所測地層的孔隙度0和含水飽和度Sw ；電源模塊，用於為上述各單元提供電源。
6.根據權利要求5所述的隨鑽可控源中子測井儀器，其特徵在於，所述的信號處理及數據分析單元內運行有:主放與脈衝幅度分析模塊，接收所述探測單元的前放輸出信號，用於對前放輸出信號進行放大和脈衝幅度分析。信號處理模塊，接收所述主放與脈衝幅度分析模塊的輸出信號，並實現信號的累加處理；數據處理器，接收所述信號處理模塊的累加信號，並對所接收的累加信號進行數據處理，測得地層的孔隙度0和含水飽和度Sw ；數據傳輸模塊，分別與所述數據處理器和上位機連接，用於將所測參數傳輸至上位機。
7.根據權利要求5或6所述的隨鑽可控源中子測井儀器，其特徵在於，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 優先權日:2012年7月5日
【發明者】李安宗, 朱軍, 王珺, 駱慶鋒, 張維, 陳鵬, 秦鴻江, 祝環芬, 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公司, 中國石油集團測井有限公司