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脈沖中子測(cè)井剖析測(cè)井時(shí)用脈沖中子源向地層發(fā)射能量為14MeV的中子,測(cè)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(cè)井方法。1、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(lái)熱中子數(shù)的36.8%所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。(2)宏觀俘獲截面Σ

單位體積介質(zhì)中所有原子核的微觀俘獲截面之和。(3)τ與Σ的關(guān)系熱中子壽命與地層對(duì)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。(4)巖石的熱中子壽命和宏觀俘獲截面①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?。宦鹊臒嶂凶臃@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。②巖石骨架的熱中子宏觀俘獲截面巖石Σ值范圍砂巖8~13石灰?guī)r8~10白云巖8~12巖漿巖15~18.6頁(yè)巖25.2~66.2③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④泥質(zhì)的宏觀俘獲截面粘土巖的宏觀俘獲截面主要是硼的貢獻(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⑤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:當(dāng)?shù)貙雍心噘|(zhì)時(shí):2、熱中子壽命測(cè)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:(2)熱中子壽命的測(cè)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?chē)凶用芏瘸烧?。因此刻度后,我們記錄(測(cè)量)俘獲伽馬射線強(qiáng)度,可以求得(計(jì)算出)熱中子的壽命τ(或地層宏觀俘獲截面Σ)。T1時(shí)刻:探測(cè)器記錄的俘獲伽馬射線的計(jì)數(shù)率,T2時(shí)刻:探測(cè)器記錄的俘獲伽馬射線的計(jì)數(shù)率(3)中子壽命測(cè)井地質(zhì)意義(與地層性質(zhì)的關(guān)系來(lái)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(shuō)巖石的宏觀俘獲截面主要取決于地層中氯的含量,或說(shuō)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(duì)較高時(shí),那么對(duì)于水層和油層來(lái)說(shuō),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(cè)井的應(yīng)用

(1)劃分油、水、氣層利用雙源距探測(cè)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(cè)油、水或氣、水界面的變化油層在采油過(guò)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(cè)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

(4)求含水飽和度①如果已知,則對(duì)含油氣純地層來(lái)說(shuō):②含泥質(zhì)地層中:4、注硼中子壽命測(cè)井對(duì)于礦化度較低的地層,熱中子壽命測(cè)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(wú)法來(lái)區(qū)分油水性。思路:先測(cè)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(cè)量宏觀截面,有:二、非彈性散射伽馬能譜測(cè)井(碳氧比能譜測(cè)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14MeV的高能快中子,測(cè)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(duì)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(cè)井方法。1、非彈性散射伽馬能譜測(cè)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(cè)井中選用這四種核素作為碳、氧、硅、鈣的指示核素。(2)測(cè)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(guò)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(kāi)有脈沖門(mén)、俘獲門(mén)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(cè)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(cè)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(lái)確定,見(jiàn)圖(10-4)。給定——可由其它孔隙度測(cè)井資料得到;(2)利用測(cè)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(duì)于水淹層下降,這也是劃分水淹層的依據(jù)。(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。(4)確定孔隙度指數(shù)、泥質(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)。3、目前國(guó)內(nèi)的脈沖中子能譜儀(1)PND-S測(cè)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(zhǎng)短源距分別為45.86cm和29.2cm。探測(cè)來(lái)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(cè)井儀

RST具有非彈性-俘獲、俘獲-Σ等三種測(cè)量模式,通過(guò)GSO閃爍晶體探頭測(cè)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(lái)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(cè)井方法。(3)RMT測(cè)井儀

RMT中子發(fā)生器以?xún)煞N方式發(fā)射14MeV的高能快中子,非彈性模式C/O測(cè)井模式脈沖中子發(fā)射頻率為10kHz;俘獲模式(TMDL多門(mén)熱中子衰減時(shí)間測(cè)井模式)脈沖中子發(fā)射頻率為800Hz。用雙BGO閃爍晶體探測(cè)這些次生伽馬射線。源距近探頭29.2cm;遠(yuǎn)探頭52.07cm。(4)RPM測(cè)井儀

RPM主要有兩種模式,碳氧比能譜測(cè)井(C/O)模式和脈沖中子俘獲測(cè)井(PNC)模式該測(cè)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(cè)井儀簡(jiǎn)介

PNN(PulseNeutron-Neutron)測(cè)井儀是脈沖中子-中子儀器的簡(jiǎn)稱(chēng),通過(guò)遠(yuǎn)、近兩個(gè)He-3計(jì)數(shù)管探測(cè)熱中子,由熱中子的時(shí)間譜求出地層的宏觀截面,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(cè)井技術(shù)。三、中子活化測(cè)井

1、中子活化測(cè)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(lái)識(shí)別地層中存在的核素及濃度。2、氧活化測(cè)井氧的存在是根據(jù)監(jiān)測(cè)氧原子核的快中子活化后放射出的伽馬射線來(lái)確定的:水流的速度是根據(jù)中子源到探測(cè)器的距離及活化水通過(guò)探測(cè)器的時(shí)間確定出來(lái)的,是一種已知距離的時(shí)間測(cè)量。儀器參數(shù)及性能如下a)探測(cè)器源距近探測(cè)器源距

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