[发明专利]基于可控中子源的随钻多参数测井方法

说明书

技术领域

本发明涉及随钻测井系统技术领域，尤其涉及一种基于可控中子源的随钻多参数测井方法。

背景技术

近年来，随着大斜度井和水平井不断增加，随钻测井技术发展迅速。在随钻测井过程中，地层刚被钻开，此时地层基本上未受泥浆侵入或者侵入较浅，测量结果能更真实的反映地层参数。若随钻过程中能同时测量多个地层参数，则利用测井资料准确进行地层评价，降低测井解释的多解性。

可控中子源在随钻测井中发挥着越来越重要的作用，其发射中子的高能量和高产额特性有利于增加测井信息以及提高测井探测深度，另外利用可控中子源可以避免对工作人员和环境都存在潜在危害，符合HSE管理要求。可控中子源发射的快中子进入地层后，与地层元素原子核发生非弹性散射、弹性散射、辐射俘获和活化等核反应，利用不同的核反应可以测量不同地层物理参数。目前，可控中子源在测井中应用可实现四种地层参数测量：(1)地层密度测量，快中子进入地层后与地层元素发生非弹性散射和俘获反应，同时放出相应的非弹和俘获伽马射线，伽马射线在地层中的分布与地层含氢指数和密度有关，可以利用不同源距处的伽马射线计数来确定地层密度；(2)地层孔隙度测量，在距离中子源不同距离处放两个热中子探测器，两个探测器计数率比值主要反映地层中含氢量，而氢通常含于地层流体中，所以含氢量与地层孔隙度有关，据此计算出地层孔隙度；(3)地层流体饱和度测量，中子进入地层后发生一系列反应，利用伽马或热中子探测器探测器记录伽马能谱或者热中子时间谱，利用非弹伽马能谱中C窗计数和O窗计数的比值可反映地层含油饱和度，利用从热中子时间谱中得出的地层宏观俘获截面可以反映地层含水饱和度；(4)地层元素含量测量，利用中子与地层元素原子核发生作用放出的非弹性散射和俘获伽马能谱，以实验标准谱为基础，利用谱分析技术得到地层元素含量，并利用氧化物闭合模型和聚类因子分析等方法确定地层矿物类型及含量。但是，目前可控中子源的随钻测井仪器中仅限于补偿中子孔隙度测量，测量参数单一，不能充分利用可控中子源发射出的快中子与地层相互作用的核反应，在地层刚被钻开时获取尽可能多的地层参数测量；即使利用多种仪器简单组合也能实现多参数测量，但测量时间及位置不同，测量结果不具可比性。

发明内容

本发明的目的是设计一种基于可控中子源的随钻多参数测井方法，充分利用可控中子源发射的快中子进入地层后与地层元素原子核发生核反应，在随钻过程中利用一支仪器一次下井进行多个地层参数测量，实现随钻测井多参数测量以及对同一参数多种方式测量，降低测井解释多解性，提高测井结果可信度。

本发明的技术方案为：一种基于可控中子源的随钻多参数测井方法，采用可控中子源和多探测器系统，利用脉冲和测量时序设计，记录不同位置处的伽马能谱和伽马时间谱及热中子时间谱，通过谱解析和数据处理方法，在随钻过程中同时测量地层密度、孔隙度、流体饱和度以及元素含量，实现随钻地层综合评价。

优选的是，所述可控中子源采用D-T脉冲中子源，脉冲宽度为40μs。

优选的是，所述多探测器系统包括2个热中子探测器和2个伽马探测器；所述热中子探测器利用He-3计数管，所述2个热中子探测器距离可控中子源的距离分别为20～30cm和55～65cm，近热中子探测器长度为5cm，远热中子探测器长度为10cm；所述伽马探测器利用NaI探测器，所述2个伽马探测器距离所述可控中子源的距离分别为40～50cm和75～85cm，近伽马探测器长度为5cm，远伽马探测器长度为10cm。

优选的是，所述脉冲测量时序设计中一个大周期为100ms，包含T1和T2两个时间段；第一个时间段T1时长98ms，包含98个短周期ST1，每个短周期ST1包含三个时间门G1、G2和G3；所述第一个时间门G1为0～40μs，为所述可控中子源脉冲发射快中子时间以及所述伽马探测器记录非弹性散射伽马能谱时间门，所述非弹性散射能谱记录256道；所述第二个时间门G2为50～1000μs，为所述伽马探测器记录俘获伽马能谱时间谱门，所述俘获伽马能谱记录256道；所述第三个时间门G3为0～1000μs，为所述近伽马和远热中子探测器记录伽马和热中子时间谱时间门，所述时间谱记录100道；所述第二个时间段T2时长2000μs，为时间门G498000～100000μs，为所述伽马探测器记录本底自然伽马能谱时间门，所述本底自然伽马能谱记录256道。