脈沖中子測井

1、第十章第十章 脈沖中子測井脈沖中子測井 脈沖中子測井是使用脈沖中子源的一類測井方法，主要有熱中子壽命測井、碳氧比能譜測井和中子活化測井等。 一、熱中子壽命測井（一、熱中子壽命測井（NLL） 熱中子壽命測井（Neutron Lifetime Log），也稱熱中子衰減時(shí)間測井（Thermal Decay Time Log，TDT）。在地層中，宏觀俘獲截面和熱中子壽命主要在地層中，宏觀俘獲截面和熱中子壽命主要與氯的含量有關(guān)，與地層水礦化度有關(guān)。與氯的含量有關(guān)，與地層水礦化度有關(guān)。 測井時(shí)用脈沖中子源向地層發(fā)射能量為14MeV的中子，測量經(jīng)地層慢化而又返回井眼內(nèi)的熱中子或俘獲伽馬射線，根據(jù)計(jì)數(shù)率隨時(shí)間

2、的衰減，算出地層的熱中子宏觀俘獲截面 或壽命 ，可在裸眼井特別是套管井中求出地層的含水飽和度的一種測井方法。 1、巖石的熱中子宏觀截面和壽命、巖石的熱中子宏觀截面和壽命 （1）熱中子壽命 熱中子壽命 ，是指熱中子從產(chǎn)生的瞬間起到被俘獲的時(shí)刻止所經(jīng)歷的平均時(shí)間。計(jì)算時(shí)，它等于熱中子已有63.2%被俘獲而剩下的還有原來熱中子數(shù)的36.8%所經(jīng)過的時(shí)間 。)/(0)(teNtN（2）宏觀俘獲截面）宏觀俘獲截面 單位體積介質(zhì)中所有原子核的微觀俘獲截面之和。（3）與的關(guān)系熱中子壽命與地層對熱中子的宏觀俘獲截面成反比關(guān)系，即地層的宏觀俘獲截面越大，熱中子壽命越小。v1（4）巖石的熱中子壽命和宏觀俘獲截面）

3、巖石的熱中子壽命和宏觀俘獲截面 巖石中礦物的熱中子宏觀俘獲截面 石英、方解石、白云石的熱中子宏觀俘獲截面都很??； 氯的熱中子俘獲截面比硅、鈣、鎂、氫、氧等高一到幾個(gè)數(shù)量級(jí)； 礦物中硼、汞等宏觀俘獲截面特別大 。 巖石骨架的熱中子宏觀俘獲截面巖石值范圍砂巖813石灰?guī)r810白云巖812巖漿巖1518.6頁巖25.266.2 孔隙流體的熱中子宏觀俘獲截面 純水在常溫下 ，地層水中通常含有氯，通常為 ； 原油的熱中子宏觀截面通常范圍為在 天然氣的熱中子宏觀截面與它的組成、地層壓力和溫度有關(guān) ，一般為 .1 .22uc.12022uc.2218uc.120uc 泥質(zhì)的宏觀俘獲截面 粘土巖的宏觀俘獲截面

4、主要是硼的貢獻(xiàn)，其次是氯、氫、鋁、鉀、鐵、釓等元素的貢獻(xiàn)，粘土巖和儲(chǔ)層中的泥質(zhì)的宏觀俘獲截面變化范圍為 地層的熱中子宏觀俘獲截面 純巖石的熱中子宏觀俘獲截面為： .6625uc)1 ()1 (WhWWmaSS 當(dāng)?shù)貙雍心噘|(zhì)時(shí)： shshWhWWshmaVSSV)1 ()1 (2、熱中子壽命測井原理、熱中子壽命測井原理 （1）熱中子的空間分布 熱中子產(chǎn)生后，它在地層中發(fā)生擴(kuò)散，地層中某點(diǎn)的熱中子密度按指數(shù)規(guī)律隨時(shí)間衰減： TeNN0 （2）熱中子壽命的測量原理 任何時(shí)刻存在的俘獲伽馬射線的強(qiáng)度與儀器周圍中子密度成正比。 因此刻度后，我們記錄（測量）俘獲伽馬射線強(qiáng)度，可以求得（計(jì)算出）熱中子的壽

5、命（或地層宏觀俘獲截面 ）。 T1時(shí)刻：探測器記錄的俘獲伽馬射線的計(jì)數(shù)率 ， T2時(shí)刻：探測器記錄的俘獲伽馬射線的計(jì)數(shù)率 1N101TeNN2N202TeNN2112lnlnNNTT （3）中子壽命測井地質(zhì)意義（與地層性質(zhì)的關(guān)系來研究地層） 在沉積巖中，氯核素的微觀俘獲截面比其他核素的微觀俘獲截面大得多。 也就是說巖石的宏觀俘獲截面主要取決于地層中氯的含量，或說取決于地層水的礦化度。 如果當(dāng)?shù)貙铀V化度較高時(shí)，即氯的含量相對較高時(shí)，那么對于水層和油層來說，水層的宏觀俘獲截面要大于油層，而熱中子壽命則小于油層。 3、熱中子壽命測井的應(yīng)用、熱中子壽命測井的應(yīng)用 （1） 劃分油、水、氣層 利用雙源距

6、探測器的計(jì)數(shù)率比值，含油段和含氣段有明顯差異；礦化度較高的水層有比油層大的俘獲截面（或較小的熱中子壽命）。 （2） 監(jiān)測油、水或氣、水界面的變化 油層在采油過程中含水飽和度不斷變化，油水界面向上移動(dòng) ，利用不同時(shí)間測量的宏觀俘獲截面或中子壽命，則可以了解油水或氣水界面變化情況。 （3） 求孔隙度求孔隙度 （4）求含水飽和度 如果已知，則對含油氣純地層來說： 含泥質(zhì)地層中： mawmahWWWmaSS)1 ()1 ()()()()()(hwmashshhWhmamaWVS 4、注硼中子壽命測井 對于礦化度較低的地層，熱中子壽命測井不再適用。 由于淡水的宏觀截面和油的宏觀截面相近；所以無法來區(qū)分油

7、水性。 思路： 先測一條宏觀截面曲線，此時(shí)有： 在地層注入一定濃度的硼酸，再測量宏觀截面，有：hWWWmaSS)1 ()1 (11hWWWmaSS)1 ()1 (22二、非彈性散射伽馬能譜測井（碳氧比二、非彈性散射伽馬能譜測井（碳氧比能譜測井）能譜測井） 利用脈沖中子源以一定的脈沖寬度和重復(fù)周期向地層發(fā)射14 MeV的高能快中子，測量這些快中子與地層物質(zhì)的核素發(fā)生非彈性散射放出的伽馬射線的能譜，并對伽馬射線進(jìn)行能譜分析，求出碳氧等比值進(jìn)而確定含油飽和度的一種測井方法。 1、非彈性散射伽馬能譜測井基本原理、非彈性散射伽馬能譜測井基本原理 （1）快中子的非彈性散射伽馬射線 地層中能與快中子發(fā)生非彈

8、性散射而產(chǎn)生伽馬射線的核素主要是 ， 最顯著的譜線是6.13MeV、4.43MeM、3.73MeV和1.78MeV，在測井中選用這四種核素作為碳、氧、硅、鈣的指示核素 。CaSiOC40281612, （2）測井原理 14MeV的高能快中子打入地層，在發(fā)射中子的脈沖時(shí)間間隔內(nèi)主要發(fā)生非彈性散射，并發(fā)射非彈性散射伽馬射線，然后才能發(fā)生彈性散射，最后被地層俘獲，這也是中子在地層中所經(jīng)歷的三個(gè)過程。 根據(jù)不同反應(yīng)的時(shí)間分布，按照時(shí)間先后儀器開有脈沖門、俘獲門等，分別接收非彈性散射伽馬射線和俘獲伽馬射線，利用多道脈沖幅度分析器進(jìn)行伽馬能譜分析，測量非彈性散射伽馬射線和俘獲伽馬射線的強(qiáng)度，進(jìn)而確定地層中

9、存在的各種核素及其濃度，獲取含油飽和度等地層參數(shù)。2、碳氧比能譜測井的應(yīng)用、碳氧比能譜測井的應(yīng)用 （1）確定含油飽和度 一般根據(jù) 和含油飽和度的關(guān)系曲線來確定 ，見圖（10-4）。 給定 可由其它孔隙度測井資料得到；OCoS（2）利用測井曲線劃分水淹層 利用 在油、水層的差別可知，如果油層被水淹，則對于水淹層 下降，這也是劃分水淹層的依據(jù)。 OC /OC /（3）巖性指數(shù)定性指示巖性 純碳酸鹽巖，巖性指數(shù)接近于零；純砂巖巖性指數(shù)近于1，但會(huì)受到套管外水泥環(huán)的影響；利用硅、鈣非彈產(chǎn)額比指示巖性，幾乎不受孔隙度、含油飽和度和地層水礦化度的影響。 CaSiSilithYYYF（4）確定孔隙度指數(shù)、泥

10、質(zhì)指數(shù)和礦化度指數(shù) 用所記錄的氫、鈣、硅以及鐵的俘獲伽馬射線的計(jì)數(shù)率，計(jì)算孔隙度指數(shù)、泥質(zhì)指數(shù)和礦化度指數(shù)。 SiCaHYYYFSiCaFeshYYYFHClsalYYF 3、目前國內(nèi)的脈沖中子能譜儀 （1）PND-S測井儀測井儀 采用兩種脈沖發(fā)射方式向地層發(fā)射高能快中子，一種是采用固定頻率（1428Hz）的發(fā)射；另一種是采用伺服發(fā)射方式（200-1000Hz）。 該儀器有遠(yuǎn)近兩個(gè)（NaI）探頭，其中長短源距分別為45.86cm和29.2cm。 探測來自2種發(fā)射方式下的脈沖中子和地層發(fā)生核反應(yīng)釋放的次生非彈性散射、活化及俘獲伽馬射線。 用CATO代替了傳統(tǒng)的C/O值作為油的指示 。 采用非彈性

11、散射能譜中105keV-4.5MeV能量范圍（C、Ca、Si、Mg等元素）的非彈性散射伽馬射線計(jì)數(shù)率與大于4.5Mev能量范圍（氧的6.13Mev全能峰及5.62MeV，5.11Mev逃逸峰）的非彈性散射伽馬射線計(jì)數(shù)率比值。 （2）RST測井儀測井儀 RST具有非彈性-俘獲、俘獲-等三種測量模式 ，通過GSO閃爍晶體探頭測量快中子與地層核素發(fā)生非彈性散射，俘獲自然釋放出來的次生伽馬射線進(jìn)行能譜分析和熱中子衰減時(shí)間分析，求取儲(chǔ)層的C/O和宏觀俘獲截面的測井方法。 （3）RMT測井儀測井儀 RMT中子發(fā)生器以兩種方式發(fā)射14MeV的高能快中子，非彈性模式C/O測井模式脈沖中子發(fā)射頻率為10kHz；

12、俘獲模式(TMDL多門熱中子衰減時(shí)間測井模式)脈沖中子發(fā)射頻率為800 Hz。 用雙BGO閃爍晶體探測這些次生伽馬射線。 源距近探頭29.2cm；遠(yuǎn)探頭52.07 cm 。 （4） RPM測井儀測井儀 RPM主要有兩種模式，碳氧比能譜測井(C/O)模式和脈沖中子俘獲測井(PNC)模式該測井儀以2種方式發(fā)射14MeV的高能快中子，非彈性散射方式脈沖中子發(fā)射頻率為10kHz，俘獲方式脈沖中子發(fā)射頻率為1000Hz 。 （5）PNN測井儀簡介測井儀簡介 PNN（Pulse Neutron-Neutron）測井儀是脈沖中子-中子儀器的簡稱，通過遠(yuǎn)、近兩個(gè)He-3計(jì)數(shù)管探測熱中子，由熱中子的時(shí)間譜求出地

13、層的宏觀截面，進(jìn)而求取含水飽和度的新一代的套管井儲(chǔ)層評(píng)價(jià)測井技術(shù)。 三、中子活化測井 1、中子活化測井的基本原理 （1） 活化的概念 用脈沖中子源向地層發(fā)射14Mev的快中子，中子使地層中的某些穩(wěn)定的核素轉(zhuǎn)化成放射性核素核被活化。 （2） 活化伽馬射線 活化核不穩(wěn)定，且一般半衰期較短，活化核衰變放出活化伽馬射線。 注意：不同核衰變產(chǎn)生的射線的特征能量是不同的。因此，記錄不同能量的活化射線，可以用來識(shí)別地層中存在的核素及濃度。 2、氧活化測井 氧的存在是根據(jù)監(jiān)測氧原子核的快中子活化后放射出的伽馬射線來確定的：pNnO1116710168ON168167tsv/水流的速度水流的速度是根據(jù)是根據(jù)及及確定出來的，是一種已知距離的時(shí)間確定出來的，是一種已知距離的時(shí)間測量。測量。儀器參數(shù)及性能如下儀器參數(shù)及性能如下a) a) 探測器源距探測器源距近探測器源距近探測