脉冲中子密度测井中的γ场和中子场特性.pdf

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1、石油天然气学报(江汉石油学院学报)2014年5月第36卷第5期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)May．2014Vo1．36No．5脉冲中子密度测井中的场和中子场特性程亮，吴文圣(油气资源与探测国家重点实验室(中国石油大学(北京))，北京1o2249)何景枝(安徽省勘查技术院，安徽合肥230031)[摘要]中子场和7场特性直接或间接影响脉冲中子密度的测量精度。应用蒙特卡洛数值模拟方法，计算了一个脉冲周期内，中子场和)，场的时间特性、空间特性和在地层中的衰减特性由此得出，总中子时间谱和总)，时间谱均为方波，强度在中子脉冲停止后瞬间

2、达到最大；非弹性7强度在中子脉冲期间较为稳定。快中子场、非弹性y场在脉冲期间以中子源为中心呈球状分布；脉冲停止后，强度峰值分布在以源为中点的圆环上。热中子场的强度峰值总是分布在以中子源为中点的圆环上。快中子场在介质相同时，孔隙度越大，衰减越快(气层除外)；孔隙度相同时，介质的原子密度和含氢量越大，衰减越快；非弹性)，场的衰减受地层密度和孔隙度双重影响。[关键词]脉冲中子密度测井；中子场；)，场；蒙特卡洛模拟[中图分类号]P631．84[文献标志码]A[文章编号]1000—9752(2014)O5—0077—06脉冲中子密度测井方法的原理是以脉冲中子源在中子脉冲发射

3、期间产生的非弹性散射射线作为密度测井的y源，非弹性散射y射线在扩散过程中与地层产生以康普顿效应为主的核反应，由探测器记录经过康普顿效应的7射线来求取地层密度_1~7]。与现有的)，源密度测井比较，脉冲中子密度测井有如下优势：①源可控，对人和环境伤害小；②可以在裸眼井中测量，也可以为没有裸眼井密度测井资料的套管井提供地层密度值；③几乎不受地层泥质含量或孔隙中天然气的影响。该测井方法在2O世纪9O年代后期已投入商业应用，国内在该方面的研究起步较晚。在脉冲中子密度测井时1，当快中子进入地层后，在中子源周围将出现快中子场、热中子场、非弹性散射y场和俘获y场[8]，这些中子

4、场和y场均直接或间接影响地层密度的求取，因此，有必要开展中子场和y场特性的研究。笔者以蒙特卡洛数值计算为基础[9，研究相关中子场与y场的时间、空间和衰减特性。1计算模型计算模型设为圆柱体状n，高120cm，井眼半径为10cm，地层半径为70cm，为均质地层，岩性为砂岩，水泥环厚度30mm，套管为钢，厚7mm，井内介质为水。孑L隙度和孔隙内介质随研究问题的不同而改变。脉冲密度测井仪器在套管井内居中放置，仪器外壳为钢，厚度2mm。脉冲中子源各向同性地发射能量为14．1MeV的中子，脉冲宽度为40tLs，一个周期为lO0~s。探测器的源距可改变，探测器和中子源之问充满理

5、想屏蔽体。2中子场和y场的时问特性图1显示的是lOOt,s时间内总中子时间谱(脉冲宽度为40／~s)，可以看出，在中子脉冲40fs内，总[收稿日期]2013—06—24[基金项目]油气资源与探测国家重点实验室项目(PRPZYg008—02)；国家重点基础研究发展计划项目(2O06cB2023O6)。[作者简介]程亮(1988一)，男，2011年长江大学毕业，硕士生，现从事核辐射测井研究与学习工作。石油天然气勘查2014年5月中子时间谱为一方波；总中子强度随时间的增大而增大，这主要是由于热中子数量增加造成的；当中子脉冲停止后，总中子强度在延时大约0．5s后回落，这是

6、由于中子源停止发射后，快中子减速到热中子需要一定的时间。上述中子总数时间分布的滞后性，在设计测量时间序列时应加以考虑。图2显示的是lO0~s时间内热中子时间谱(脉冲宽度为40~s)，可以看出，在中子脉冲发射约1s后，开始产生热中子，且数量迅速增加，7s后增速变缓，中子脉冲停止后约0．5s内达到最大值；其后，热中子数量将按照指数规律衰减，衰减的速度取决于地层的热中子俘获能力。综合图】与图2可见，当脉冲发射停止后，地层中的中子数量主要是热中子，即使是在中子持续发射的40s时间内，热中子在中子总数中的比例也是不可忽视的。／／，‘————～——、_．1毯嘿8．0xi0导嚼

7、：。4OxlO崧———0．0．1．●．-‘-图1脉冲宽度为40s的总中子时间谱图2脉冲宽度为40s的热中子时间谱图3是lO0~s时间内的总y时间谱和非弹性散射y时间谱(脉冲宽度为40gs)，可以看出，在中子脉冲发射期间，非弹性散射y强度较为稳定，这也是能把其看作密度测井的)，源的原因之一。非弹性散射7在中子脉冲停止发射约0．5s时间后迅速衰减，总7强度在中子脉冲期问随时间的增加而逐渐增加，这说明热中子俘获y强度在中子发射期间随着时间的增加而增加。中子停止发射后，y射线随着时间的衰减主要是俘获)，射线的衰减。根据上面对中子和y时间谱的特征分析可以看出，对于一个脉冲周

8、期，应选择