[发明专利]使用氘-氚气体混合物的具有源和靶的中子测井仪

说明书

技术领域

本发明广义上涉及烃工业。更具体地，本发明涉及用于勘探地质地层 的中子测井仪。本发明具体应用于基于加速器的中子孔隙度测井仪，但不 限于此。

背景技术

常规的中子孔隙度测井仪如CNT(Schlumberger的商标)测井仪或补偿 中子测井仪，在由基于放射性同位素的中子源发射的中子穿过所研究的地 层之后，探测这些中子。最普通的中子源由结合了铍的放射性镅(²⁴¹Am)(或 AmBe)组成。²⁴¹Am发射的α粒子与铍原子核反应并发射跨度范围为约11 MeV的宽能谱中子，如图1中所示。由于其宽能谱，所以在中子从AmBe 源经地层散射并损失能量时涉及若干不同的输运过程。从图2可看出，对 于高于约6MeV的中子能量，非弹性散射是主要的能量损失机制。对于低 于约6MeV的中子能量，自氢的弹性散射是主要的能量损失机制。因此， 从AmBe源发出的中子会经历非弹性散射和弹性散射。

其它中子源具有不同于AmBe源的发射光谱。例如，从图1中看出， 放射性锎源具有位于约1MeV处的峰，很少发射高于6MeV的中子。基于 加速器的中子发生器例如DD(氘源-氘靶)和DT(混合的氘/氚源和靶，其通 常装有50％氘和50％氚，并且绝大多数相互作用是氘-氚)通常发射单一能量 的中子。例如，DD中子发生器通常发射2.45MeV中子，而DT中子发生 器通常发射14MeV中子。被1英寸钨壳包围的DT源(1英寸W减速的DT) 具有中子发射窗口为0～2MeV和13～14MeV的光谱(见图1)。因此，来自 锎和DD中子源的中子一般主要经受弹性散射，而来自DT和1英寸W减 速的DT的中子则经受非弹性和弹性散射。应当注意到，来自DT的中子在 其能量首先经非弹性散射降低之后再经受弹性散射。

对于某些量度如地层孔隙度，采用AmBe源和两个探测器的测井仪已 经成为市场的主流。但是，由于与放射性物质有关的安全问题，使用AmBe 作为源材料不再是可取的。

发明内容

本发明提供基于加速器的中子源发生器和装有该发生器的测井仪。在 一个实施方案中，该发生器源是接地的靶管(grounded target tube)，其具有氘 -氚气体混合物，所述混合物提供所需比例的2.45MeV和14MeV中子。根 据本发明的一个实施方案，该发生器靶位于距近He-3探测器约22cm和距 远He-3探测器约41.5cm的距离，并且用含氢的中子减速器把该发生器靶 与探测器隔开。根据本发明的另一实施方案，该发生器靶位于距近He-3探 测器约33cm和距远He-3探测器约52.5cm的距离，并且用钨中子倍增器/ 偏转器把该发生器靶与探测器隔开。

根据本发明的一个实施方案，该中子源输出的2.45MeV和14MeV中 子的所需比例为3:1至5:1，最优选为4:1。

根据本发明的另一实施方案，该中子源适合于产生约1×10⁷±25％个中 子/秒。

根据本发明的另一实施方案，该中子源发生器中的氘和氚的混合物为 99.72％±0.07％的氘和0.28％±0.07％的氚。

根据本发明的另一实施方案，在使用本发明的装有所需氘-氚混合物的 测井仪之前，先进行校准测量(calibration measurement)。

根据本发明的另一实施方案，在使用本发明的装有所需氘-氚混合物的 测井仪之前，先询问确认该测井仪的数据库，以进行年代相关的(age-related) 校正。

根据本发明的一个方面，装有具有所需氘-氚混合物的源发生器的本发 明的测井仪以与采用AmBe源的测井仪类似的方式运转，以致于地层响应 的探测结果可按其为AmBe源测井仪的探测结果那样解释，并且会在整个 孔隙度范围内提供0.6pu以内及在0～50pu范围内提供小于0.3pu的填充水 孔隙度(water-filled porosity，pu)测定结果。

根据本发明的另一实施方案，通过拆除AmBe源并代之以如下的中子 发生器以改进AmBe源测井仪，所述中子发生器具有接地的靶管，该接地 的靶管具有提供所需比例的2.45MeV和14MeV中子的氘-氚气体混合物。

结合所提供的附图并参照详细说明，本领域的技术人员将会明白本发 明的优点。

附图说明