脈沖中子密度測井中的γ場和中子場特性.pdf

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1、石油天然氣學報(江漢石油學院學報)2014年5月第36卷第5期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)May．2014Vo1．36No．5脈沖中子密度測井中的場和中子場特性程亮，吳文圣(油氣資源與探測國家重點實驗室(中國石油大學(北京))，北京1o2249)何景枝(安徽省勘查技術院，安徽合肥230031)[摘要]中子場和7場特性直接或間接影響脈沖中子密度的測量精度。應用蒙特卡洛數(shù)值模擬方法，計算了一個脈沖周期內(nèi)，中子場和)，場的時間特性、空間特性和在地層中的衰減特性由此得出，總中子時間譜和總)，時間譜均為方波，強度在中子脈沖停止后瞬間

2、達到最大；非彈性7強度在中子脈沖期間較為穩(wěn)定。快中子場、非彈性y場在脈沖期間以中子源為中心呈球狀分布；脈沖停止后，強度峰值分布在以源為中點的圓環(huán)上。熱中子場的強度峰值總是分布在以中子源為中點的圓環(huán)上?？熘凶訄鲈诮橘|相同時，孔隙度越大，衰減越快(氣層除外)；孔隙度相同時，介質的原子密度和含氫量越大，衰減越快；非彈性)，場的衰減受地層密度和孔隙度雙重影響。[關鍵詞]脈沖中子密度測井；中子場；)，場；蒙特卡洛模擬[中圖分類號]P631．84[文獻標志碼]A[文章編號]1000—9752(2014)O5—0077—06脈沖中子密度測井方法的原理是以脈沖中子源在中子脈沖發(fā)射

3、期間產(chǎn)生的非彈性散射射線作為密度測井的y源，非彈性散射y射線在擴散過程中與地層產(chǎn)生以康普頓效應為主的核反應，由探測器記錄經(jīng)過康普頓效應的7射線來求取地層密度_1~7]。與現(xiàn)有的)，源密度測井比較，脈沖中子密度測井有如下優(yōu)勢：①源可控，對人和環(huán)境傷害?。虎诳梢栽诼阊劬袦y量，也可以為沒有裸眼井密度測井資料的套管井提供地層密度值；③幾乎不受地層泥質含量或孔隙中天然氣的影響。該測井方法在2O世紀9O年代后期已投入商業(yè)應用，國內(nèi)在該方面的研究起步較晚。在脈沖中子密度測井時1，當快中子進入地層后，在中子源周圍將出現(xiàn)快中子場、熱中子場、非彈性散射y場和俘獲y場[8]，這些中子

4、場和y場均直接或間接影響地層密度的求取，因此，有必要開展中子場和y場特性的研究。筆者以蒙特卡洛數(shù)值計算為基礎[9，研究相關中子場與y場的時間、空間和衰減特性。1計算模型計算模型設為圓柱體狀n，高120cm，井眼半徑為10cm，地層半徑為70cm，為均質地層，巖性為砂巖，水泥環(huán)厚度30mm，套管為鋼，厚7mm，井內(nèi)介質為水。孑L隙度和孔隙內(nèi)介質隨研究問題的不同而改變。脈沖密度測井儀器在套管井內(nèi)居中放置，儀器外殼為鋼，厚度2mm。脈沖中子源各向同性地發(fā)射能量為14．1MeV的中子，脈沖寬度為40tLs，一個周期為lO0~s。探測器的源距可改變，探測器和中子源之問充滿理

5、想屏蔽體。2中子場和y場的時問特性圖1顯示的是lOOt,s時間內(nèi)總中子時間譜(脈沖寬度為40／~s)，可以看出，在中子脈沖40fs內(nèi)，總[收稿日期]2013—06—24[基金項目]油氣資源與探測國家重點實驗室項目(PRPZYg008—02)；國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目(2O06cB2023O6)。[作者簡介]程亮(1988一)，男，2011年長江大學畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)從事核輻射測井研究與學習工作。石油天然氣勘查2014年5月中子時間譜為一方波；總中子強度隨時間的增大而增大，這主要是由于熱中子數(shù)量增加造成的；當中子脈沖停止后，總中子強度在延時大約0．5s后回落，這是

6、由于中子源停止發(fā)射后，快中子減速到熱中子需要一定的時間。上述中子總數(shù)時間分布的滯后性，在設計測量時間序列時應加以考慮。圖2顯示的是lO0~s時間內(nèi)熱中子時間譜(脈沖寬度為40~s)，可以看出，在中子脈沖發(fā)射約1s后，開始產(chǎn)生熱中子，且數(shù)量迅速增加，7s后增速變緩，中子脈沖停止后約0．5s內(nèi)達到最大值；其后，熱中子數(shù)量將按照指數(shù)規(guī)律衰減，衰減的速度取決于地層的熱中子俘獲能力。綜合圖】與圖2可見，當脈沖發(fā)射停止后，地層中的中子數(shù)量主要是熱中子，即使是在中子持續(xù)發(fā)射的40s時間內(nèi)，熱中子在中子總數(shù)中的比例也是不可忽視的。／／，‘————～——、_．1毯嘿8．0xi0導嚼

7、：。4OxlO崧———0．0．1．●．-‘-圖1脈沖寬度為40s的總中子時間譜圖2脈沖寬度為40s的熱中子時間譜圖3是lO0~s時間內(nèi)的總y時間譜和非彈性散射y時間譜(脈沖寬度為40gs)，可以看出，在中子脈沖發(fā)射期間，非彈性散射y強度較為穩(wěn)定，這也是能把其看作密度測井的)，源的原因之一。非彈性散射7在中子脈沖停止發(fā)射約0．5s時間后迅速衰減，總7強度在中子脈沖期問隨時間的增加而逐漸增加，這說明熱中子俘獲y強度在中子發(fā)射期間隨著時間的增加而增加。中子停止發(fā)射后，y射線隨著時間的衰減主要是俘獲)，射線的衰減。根據(jù)上面對中子和y時間譜的特征分析可以看出，對于一個脈沖周

8、期，應選擇