一种随钻可控源中子测井方法及仪器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种随钻可控源中子测井方法及仪器，所述方法包括：启动钻铤上的脉冲中子源以脉冲方式向地层发射定量高能中子；通过设置于钻铤上的长源距探测器和短源距探测器分别测得经地层减速后散射回井眼的热中子数目；根据两探测器所测得的热中子数目获得地层的热中子宏观俘获截面∑和孔隙度φ；根据热中子宏观俘获截面及孔隙度φ得到地层含水饱和度Sw。所述仪器包括：脉冲中子源、探测单元、信号处理及数据分析单元及电源模块，用于为上述各单元提供电源。本发明利用长、短源距3He热中子探测器对热中子进行探测，获得孔隙度与热中子宏观俘获截面两组参数，实现矿化度相对较低地层的含水饱和度和孔隙度测量。脉冲中子源的使用，消除了放射源对人和环境的危害。
【专利说明】一种随钻可控源中子测井方法及仪器
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油地质勘探随钻地质导向的随钻测井方法领域，特别涉及一种随钻可控源中子测井方法及仪器。
【背景技术】
[0002]随钻测井是在钻井过程中用安装在钻铤中的测井仪器测量地层性质并将测量结果传送到地面或记录在井下存储器中的一种技术。该技术要求测井仪器能够安装在钻铤内较小的空间里，并能承受高温、高压和钻井时产生的强烈震动。随钻测井资料是在地层被泥浆滤液侵入之前或侵入很浅时测量的，比电缆测井更为客观真实地反映了地层特征。随钻测井能够实时确定井眼轨迹，进行地质导向和地层评价，提高了现场钻井决策能力。随钻测井还可进行时间推移测井，分析侵入随时间的变化，能得到区别油水层的信息。在非常规井中或在特殊地质环境(如膨胀粘土或高压地层)下，常规电缆测井困难或风险很大以至不能作业时，随钻测井就更显示其自身独具的优势。
[0003]常规放射性测井仪器使用放射性化学源，对操作人员以及其它生物细胞造成很大伤害。遇到井下复杂情况会造成卡钻时，带有放射性化学源的仪器，可能无法收回放射源， 导致钻井、测井作业失败，油井报废，通常要专门封井。地层环境将受到严重的放射性污染， 需定期监测。国家对测井放射源的管理将会日益严格，相关费用也将大幅增加。由于随钻测井环境更为恶劣，仪器和放射性化学源装卸比常规测井更为复杂、需要的时间更长，从而加剧了放射性化学源对环境的污染和对操作人员的伤害。用可控中子源替代放射性化学源即可很好地解决这个问题。
[0004]中国专利文献CN 2900786公开了一种“随钻氘氘可控补偿中子测井仪”的不带化学源的随钻可控源中子孔隙度测井仪器，该专利首次将可控源用在获得地层孔隙度参数上，其使用的是D-D中子管作为随钻可控源中子孔隙度测井仪的可控源部件，的中子射线能量为2Mev，探测深度为23.75cm，缺点是D-D中子管，其中子管中子产额低，容易引起放射性统计涨落误差，测量精度较低。且该中子管阳极使用的是直流高压，不能测量热中子俘获截面和含水饱和度。
[0005]中国专利文献CN102159970A公开了一种确定地下岩层中的水饱和度的方法，包括用多个在钻探入岩层中的钻井孔中进行的测量来测定岩层的侵入深度。测量具有不同的进入岩层的调查的横向深度。在基本上与测量侵入深度的位置相同的纵向位置上测量岩层中的碳和氧。用测量的碳和氧以及侵入深度确定岩层的基本上未侵入部分的水饱和度。上述专利文献中用3He正比计数器测量地层中孔隙度(6,而测量地层热中子俘获截面使用的是传统的闪烁晶体探测器，闪烁晶体探测器接收的是地层中的俘获伽马射线，利用俘获伽马数目计算热中子俘获截面。其热中子俘获截面的测量方法与传统的中子寿命测井仪器方法相同，这种方法的缺点是受自然界中各种伽马射线本底计数的影响，而且不适用于矿化度相对较低的地层。
【发明内容】
[0006]为了在矿化度相对较低的地层中实现对所测地层含水饱和度和孔隙度的测量，实时测量井眼周围地层孔隙度与热中子宏观俘获截面参数，消除放射源对环境污染的危险及操作人员的人身伤害，本发明提供了一种随钻可控源中子测井方法及仪器。所述技术方案如下:
[0007]—方面，提供了一种随钻可控源中子测井方法，所述方法包括:
[0008]启动钻铤上的脉冲中子源以脉冲方式向地层发射定量高能中子；通过设置于钻铤上的长源距探测器和短源距探测器分别测得经地层减速后散射回井眼的热中子数目；根据两探测器所测得的热中子数目获得所测地层的热中子宏观俘获截面E和孔隙度0 ;根据所测热中子宏观俘获截面E及孔隙度0得出所测地层的含水饱和度Sw。
[0009]所述的根据两探测器所测得的热中子数目获得所测地层的热中子宏观俘获截面 E，其具体包括是:
[0010]根据任意一段时间内所发送的定量热中子数目及在两探测器所探测到的热中子数目，分别得出两探测器所探测到的地层俘获热中子数目；通过热中子宏观俘获截面计算公式算出所测地层的宏观俘获截面E；
[0011]E =105X 104 (lnNl-lnN2) /(tl-t2)
[0012]其中:N1、N2分别对应两探测器所探测到的地层俘获热中子数目；
[0013]tl、t2为不同的时间门。
[0014]所述的根据两探测器所测得的热中子数目获得所测地层的孔隙度0，其具体包括是:
[0015]根据两探测器所测热中子数目分别得出单位时间内热中子的计数率，由两探测器所得计数率的比值求得减速长度Le ;根据热中子的减速长度Le求得所测地层的孔隙度；
[0016]其中，热中子的减速长度Le的获得所依据的公式为:
[0017]
【权利要求】
1.一种随钻可控源中子测井方法，其特征在于，所述方法包括:启动钻铤上的脉冲中子源以脉冲方式向地层发射定量高能中子；通过设置于钻铤上的长源距探测器和短源距探测器分别测得经地层减速后散射回井眼的热中子数目；根据两探测器所测得的热中子数目获得所测地层的热中子宏观俘获截面E和孔隙度0 ;根据所测热中子宏观俘获截面E及孔隙度0得出所测地层的含水饱和度Sw。
2.根据权利要求1所述的随钻可控源中子测井方法，其特征在于，所述的根据两探测器所测得的热中子数目获得所测地层的热中子宏观俘获截面E，其具体包括是:根据任意一段时间内所发送的定量热中子数目及在两探测器所探测到的热中子数目， 分别得出两探测器所探测到的地层俘获热中子数目；通过热中子宏观俘获截面计算公式算出所测地层的宏观俘获截面E；E =105X IO4 (lnNl-lnN2) /(tl-t2)其中:N1、N2分别对应两探测器所探测到的地层俘获热中子数目；tl、t2为不同的时间门。
3.根据权利要求1所述的随钻可控源中子测井方法，其特征在于，所述的根据两探测器所测得的热中子数目获得所测地层的孔隙度0，其具体包括是:根据两探测器所测热中子数目分别得出单位时间内热中子的计数率，由两探测器所得计数率的比值求得减速长度Le ;根据热中子的减速长度Le求得所测地层的孔隙度；其中，热中子的减速长度Le的获得所依据的公式为:
4.根据权利要求1所述的随钻可控源中子测井方法，其特征在于，所述的由热中子宏观俘获截面和孔隙度计算地层的含水饱和度Sw，其依据的公式为: Sw= (E-E ma(l-O-Vsh)- E hO- E shVsh) /O ( E w- E h)式中，E ma为骨架的宏观俘获截面常数；E h为烃的宏观俘获截面常数；E sh为泥质的宏观俘获截面常数；E w为地层水的宏观俘获截面常数；Vsh为泥质体积含量。
5.一种随钻可控源中子测井仪器，包括钻铤，其特征在于，沿所述钻铤的轴向上间隔成型有多个径向设置的U型槽，所述测井仪器密封设置于所述U型槽内，其包括:脉冲中子源，包括氘氚反应中子管，其以脉冲方式向所测地层发射高能中子；探测单元，包括长源距探测器和短源距探测器，用于接收由地层散射至井眼中的热中子;信号处理及数据分析单元，用于对所述探测单元所接收的地层热中子进行计数与数据处理，获得所测地层的孔隙度0和含水饱和度Sw ；电源模块，用于为上述各单元提供电源。
6.根据权利要求5所述的随钻可控源中子测井仪器，其特征在于，所述的信号处理及数据分析单元内运行有:主放与脉冲幅度分析模块，接收所述探测单元的前放输出信号，用于对前放输出信号进行放大和脉冲幅度分析。信号处理模块，接收所述主放与脉冲幅度分析模块的输出信号，并实现信号的累加处理；数据处理器，接收所述信号处理模块的累加信号，并对所接收的累加信号进行数据处理，测得地层的孔隙度0和含水饱和度Sw ；数据传输模块，分别与所述数据处理器和上位机连接，用于将所测参数传输至上位机。
7.根据权利要求5或6所述的随钻可控源中子测井仪器，其特征在于，所述的长源距探测器和短`源距探测器均为3He热中子探测器。
【文档编号】G01V5/10GK103527181SQ201210232675
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年7月5日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】李安宗, 朱军, 王珺, 骆庆锋, 张维, 陈鹏, 秦鸿江, 祝环芬, 郭广鎏, 蒋登文, 李童, 陈绪涛, 刘策, 牒勇, 王俊超 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团测井有限公司