[发明专利]基于氘-氚加速器中子源的地层密度随钻测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井和测井技术领域，特别是涉及到随钻密度测井技术。具体是一种基于氘-氚加速器中子源的地层密度的随钻测量仪器。

背景技术

在钻井行业的随钻测量领域，随钻密度测井仪用于在钻井过程中实时测量地层的密度，从而有效计算地层的孔隙度，识别油气层、计算地层的储油能力。

目前公知的密度测量装置，一种是使用放射性同位素源（例如，¹³⁷Cs或⁶⁰Co）发射伽马射线，然后使用两个不同源距处的伽马射线探测器测量经地层康普顿散射回的伽马射线，根据特定能窗的计数率大小计算出地层的密度值。

使用化学伽马放射源的随钻密度测井仪存在如下缺点：由于放射性同位素源是利用同位素衰变过程中释放的伽马射线，并且为了满足测量的精度同位素源的源强较高、半衰期较长，因此放射性同位素源会产生强烈的放射性。虽然采用多种放射源屏蔽装置和措施，但现场操作环境限制了有效防护手段的使用，难以避免对操作人员造成健康伤害。另外，钻井过程中复杂的操作条件极易使放射源丢失，一旦无法回收会严重污染地下资源，甚至使整个油区报废。此外，由于化学放射源无法控制中子和伽马射线的发射，且中子产生的次生伽马射线会影响伽马源产生的伽马射线的测量，因此传统仪器中中子孔隙度测量和伽马密度测量是使用两支不同的仪器，且要隔开一定距离。这样就加大了仪器的长度，同时增加了仪器的成本。

另外一种公知的随钻密度测量仪器，是使用可控的氘-氚反应加速器中子源测量地层密度。氘-氚中子源所释放的能量为14MeV的快中子与地层中的原子核发生非弹性散射并释放出伽马射线，伽马射线的衰减与地层密度相关。但是伽马探测器计数率受到快中子在地层中输运的影响，因此为了降低快中子的影响，在仪器中使用一个伽马探测器和一个超热中子探测器，利用超热中子探测器来校正快中子输运对伽马计数率的影响，但测量精度较低。

使用氘-氚中子源测量地层密度的仪器存在如下缺点：首先，虽然使用可控氘-氚反应加速器中子源可以解决放射源污染的问题，但是其释放的能量为14MeV的快中子被释放之后会在地层中传输，直到与地层中的原子核发生非弹性散射才会释放出伽马射线，因此相对于化学伽马源，其伽马射线的产生位置不固定，且随地层影响的变化而动态变化。从而使得伽马探测器响应不仅仅是地层密度的函数。由公知的中子孔隙度测井原理可知，虽然超热中子探测器对中子的衰减比较敏感，但其可以测量到的计数率较热中子低，如果使用它对伽马探测器计数进行校正会存在随钻氘-氚中子密度测量结果精度较低。其次，氘-氚反应加速器有一定的工作寿命，一般为几百个小时，随着使用时间的增长，其所释放中子的产额会降低，从而引起伽马射线计数率的降低，并进一步影响密度测量的精度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种在钻井过程中实现测量井眼周围地层的密度，此外还可以提供地层中子孔隙度测量的基于氘-氚反应加速器中子源的地层密度的随钻测量仪器。

本发明的基于氘-氚加速器中子源的地层密度随钻测量仪，包括钻铤1、快中子监测探测器3、中子发生器4、热中子探测器、伽马探测器12和控制处理电路13，其中：在钻铤1的一侧开U型槽15，快中子监测探测器3、中子发生器4置于中子发生器模块抗压筒5内，中子屏蔽体7、第一热中子探测器8、中子屏蔽体9、第二热中子探测器10、伽马射线屏蔽体11、伽马探测器12和控制处理电路13自上而下依次安装在探测器安装骨架14内，中子发生器模块抗压筒5和探测器安装骨架14中间通过耦合连接器6连接并固定在U型槽15内。

所述快中子监测探测器3优选对快中子比较灵敏的⁴He快中子探测器；中子发生器4优选氘-氚反应加速器中子源，用来产生能量为14 MeV的脉冲中子；热中子探测器8和10优选对热中子灵敏的³He中子计数管；伽马探测器12优选溴化镧LaBr₃或碘化钠NaI闪烁晶体探测器。