基于可控源技术的高精度油井剩余油气测井仪器和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于测量技术领域，具体涉及一种基于可控源技术的高精度油井剩余油气测井仪器及相应的数据分析方法。
【背景技术】
[0002]放射线可穿透金属套管的独特性使得利用核放射技术进行老油井剩余油气储层监测的过套管测井技术成为一项提高油气采收率不可缺少的测井技术。油气能源是每个国家发展工业的支柱资源之一。随着油田二次三次开发的深入，在中国很多油井地下情况日趋复杂，其中一个显著特点是高含水率是，严重制约着油田后期开发。因此，非常有必要及时的了解、监测和评估油气层的动态变化，找到水淹层，实施堵水作业提高采收率，或者寻找新的油气薄层，在不增加新油井的情况下保持或者提高产量。放射线可穿透金属套管进入地层然后被传感器探测从而获知地层信息，和其它测井方法相比有着独特的优势，是众多测井技术在过套管应用中最为有效的方法。一些老油井因为过度开采，高含淡水，常规的中子寿命技术就无法通过测量中子宏观截面准确区别淡水和油气层;另外一些油井由于地质的原因，高含矿化度水，常规的碳氧比仪器也无法准确测量含油饱和度。所以，测井服务市场急需一种能够工作在多种地质情况下的多功能一体的综合评价仪器和方法。
【发明内容】
[0003]发明目的:本发明是一种基于可控源技术的高精度油井剩余油气测井仪器及相应的测井方法，其目的在于解决现有技术中存在的无法通过测量中子宏观截面准确区别淡水和油气层、无法准确测量含油饱和度等问题，提出一种能够工作在多种地质情况下的多功能一体的综合评价仪器和方法。
[0004]技术方案:
基于可控源技术的高精度油井剩余油气测井仪器，其特征在于:该仪器包括与地面系统相连的电缆仪器转接头，从电缆仪器转接头开始依次排布有数传短节、探测器短节、中子发生短节;其中:所述数传短节包括数据传输电路模块、套管接箍定位器(CCL)、自然伽马探测器模块、井温测量模块;所述探测器短节为由中子探测器和伽马探测器组成的探测器阵列，所述探测器短节末端有以快中子吸收材料制成的屏蔽体;所述中子发生短节中设置有可控中子发射源系统。
[0005]所述的基于可控源技术的高精度油井剩余油气测井仪器，其特征在于:所述探测器短节中的伽马探测器由光电转换放大装置和LaBr3或LaCl3晶体组成;所述晶体形状为圆柱形，直径不小于2厘米，近探头晶体有效长度不超过10厘米，远探头晶体有效长度不短于10厘米。
[0006]所述的基于可控源技术的高精度油井剩余油气测井仪器，其特征在于:该仪器通过已知常规放射源对仪器进行能量刻度。
[0007]所述的基于可控源技术的高精度油井剩余油气测井仪器，其特征在于:该仪器通过微处理器或逻辑编程芯片进行中央控制和通讯控制。
[0008]所述测井仪器的数据分析方法，其特征在于:该方法将探测数据通过地面系统获取并存储在存储介质上;通过基于实验数据的死时间经验公式对中子时间谱和伽马时间谱进行死时间修正;通过蒙特卡洛方法计算出来的能谱对能谱进行剥谱分析。
[0009]优点及效果:本发明的高计数率使得测井速度可达120m/小时以上;高分辨率非弹伽马能量谱使得剥谱和峰信息提取更为便捷精准;优化的脉冲中子时序简化能谱测量，减少了数量和简化数据分析过程，实现非弹和中子寿命同时测量的功能。
[0010]【附图说明】:
图1为本发明的硬件系统内部构造和在油井中使用示意图；
图2为本发明中的优化的脉冲中子时序图。
[0011 ]图中标注:I简化的目标地质结构；2电缆仪器转接头;3数传短节;4探测器短节;5中子发生器短节;6数据传输电路模块;7套管接箍定位器(CCL) ; 8自然伽马探测器系统;9探测器阵列；10屏蔽体;11地面系统。
[0012]【具体实施方式】:
本发明采用大直径新型晶体材料，如LaBrf和LaC13，做为探测器晶体。此类晶体在能量分辨率、信号成形时间、高温稳定性、光产额、抗辐照等诸多方面比常规晶体材料有着很强的优势。此类晶体将减小系统的死时间和信号堆尾，提高系统计数率，减小统计误差。在相同精度下，可提高测井速度，减少因测井而损失的生产时间。其技术方案是:使用新型晶体替代常规晶体，选择和其闪烁光输出波长相配的高温光电转换和倍增器件，探测器脉冲信号经过前置放大、放大、整形等被基于逻辑芯片的数据采集板收集并形成能谱和时间谱;所述晶体形状为圆柱形，直径不小于2厘米，近探头晶体有效长度不超过10厘米，远探头晶体有效长度不短于10厘米。
[0013]本发明中所包含的探测器阵列包括探测伽马和中子探测器，伽马探测器中心与源中心之间的距离在30-70厘米的范围内，中子探测器摆放在伽马探测器的上下两侧，但是远中子探测器距离中子源中心最远不超过100厘米；
本发明中的脉冲中子时序和数据获取。脉冲中子时序图详见图2。用该时序进行测井，同时可以实现两个功能，即非弹伽马能谱获取、俘获伽马能谱和热中子寿命的多功能数据获取；
数据解释和评价方法。通过对非弹伽马能谱中一些元素峰值面积的比值，如碳氧比、硅钙比等来计算含油饱和度和岩性信息。通过对俘获伽马能谱分析提取岩性元素信息，通过热中子时间谱获取地层热中子宏观截面信息，多角度的测量含油含水饱和度。
[0014]本发明的结构包括与地面系统相连的电缆仪器转接头2，从电缆仪器转接头2开始依次排布有数传短节3、探测器短节4、中子发生短节5;其中:所述数传短节3包括数据传输电路模块6、套管接箍定位器(CCL)、自然伽马探测器模块7、井温测量模块8;所述探测器短节4为由中子探测器和伽马探测器组成的探测器阵列9，所述探测器短节4末端有以快中子吸收材料制成的屏蔽体10;所述中子发生短节5中设置有可控中子发射源。
[0015]本发明的具体实施方法为:
I.将新型晶体材料，如LaBrf和LaC13，做为探测器晶体和光电倍增管组装在一起。晶体和光电倍增管之间需要加透明光导材料减少光信号的损失。整个组装件需要对光密封，并且抗震、防冲击。
[0016]2.将I中伽马探测器和中子探测器如氦3气体中子探测器按照一定源距组成一个探测器阵列。该阵列既可以探测伽马信号也可记录中子信号。在该探测器阵列和中子发生器之间安装一个以快中子吸收材料为主的屏蔽体减小对探测器的干扰。
[0017]3.中子发生器安装在探测器短节下方。伽马探测器中心与源中心之间的距离在
30-70厘米的范围内，中子探测器可根据伽马探测器实际大小放在该伽马探测器的上方或者下方，最远探测器的中心距源中心不超过100厘米。
[0018]4.伽马和中子信号通过高温信号线进入数据获取系统。通过基于实验数据的死时间经验公式对中子时间谱和伽马时间谱进行死时间修正;通过蒙特卡洛方法计算出来的能谱对能谱进行剥谱分析。在获取系统中，探测器信号被放大、整形、卡阈值等，然后经过模数转换，依据可控源的脉冲信号记录能谱、时间谱。
[0019]5.脉冲中子的周期定在1500-2000微秒之间，脉宽10-20微秒之间。从发射中子开始到发射中子后的5-10微秒定为非弹伽马谱记录区间，记录一个非弹伽马谱，用于提取常规的峰值比，如碳氧比等。采用该获取时间区间，非弹伽马中的俘获伽马数量很少，可以不进行扣除，简化数据处理复杂程度。俘获伽马谱获取时间区间起点定在100-400微秒之间，终点定在本周期的最后时刻，故俘获时间区间为1100-1900微秒之间。
[0020]6.数据获取后将数据传输至地面系统并存储在计算机上，依据
【发明内容】
中的4进行数据分析，计算油井的含油饱和度。
【主权项】
1.基于可控源技术的高精度油井剩余油气测井仪器，其特征在于:该仪器包括与地面系统(11)相连的电缆仪器转接头(2)，从电缆仪器转接头(2)开始依次排布有数传短节(3)、探测器短节(4)、中子发生短节(5);其中:所述数传短节(3)包括数据传输电路模块(6)、套管接箍定位器(CCL)、自然伽马探测器模块(7)、井温测量模块(8);所述探测器短节(4)为由中子探测器和伽马探测器组成的探测器阵列(9)，所述探测器短节(4)末端有以快中子吸收材料制成的屏蔽体(10);所述中子发生短节(5)中设置有可控中子发射源系统。2.根据权利要求1所述的基于可控源技术的高精度油井剩余油气测井仪器，其特征在于:所述探测器短节(4)中的伽马探测器由光电转换放大装置和LaBr3或LaCl3晶体组成;所述晶体形状为圆柱形，直径不小于2厘米，近探头晶体有效长度不超过10厘米，远探头晶体有效长度不短于10厘米。3.根据权利要求1所述的基于可控源技术的高精度油井剩余油气测井仪器，其特征在于:该仪器通过已知常规放射源对仪器进行能量刻度。4.根据权利要求1所述的基于可控源技术的高精度油井剩余油气测井仪器，其特征在于:该仪器通过微处理器或逻辑编程芯片进行中央控制和通讯控制。5.一种如权利要求1中所述测井仪器的数据分析方法，其特征在于:该方法将探测数据通过地面系统获取并存储在存储介质上;通过基于实验数据的死时间经验公式对中子时间谱和伽马时间谱进行死时间修正；通过蒙特卡洛方法计算出来的能谱对能谱进行剥谱分析。
【专利摘要】本发明是一种基于可控源技术的高精度油井剩余油气测井仪器，该仪器包括与地面系统相连的电缆仪器转接头，从电缆仪器转接头开始依次排布有数传短节、探测器短节、中子发生短节；其中：数传短节包括数据传输电路模块、套管接箍定位器（CCL）、自然伽马探测器模块、井温测量模块；探测器短节为由中子探测器和伽马探测器组成的探测器阵列，探测器短节末端有以快中子吸收材料制成的屏蔽体；中子发生短节中设置有可控中子发射源。还包括对上述仪器所采集数据的分析方法。
【IPC分类】E21B49/00, E21B47/00
【公开号】CN105672981
【申请号】CN201610012792
【发明人】周强
【申请人】沈阳弗雷泽物探技术有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月11日