与化学源兼容的可控源方位密度和孔隙度测井方法研究

The replacement of radioactive chemical logging sources using by a controllable source is the development inevitable trend of oil exploration. But its resolution is very low and there is no azimuthal information. In addition, its measurement results and evaluation method are not compatible with the chemical source logging. In this research, the Deuterium Tritium accelerator neutron source and new Gamma/Neutron detectors are used. Firstly, the influences of the variety of induced gamma source, pair production and non-narrow beam attenuation model on density measurement are studied, and the correction methods are proposed to improve the measurement accuracy. Secondly, there is the effect of inelastic gamma scattering on neutron porosity measurement, not only the density correction method but also an inelastic gamma correction technique are forwarded to increase the compatibility to chemical neutron logging. The experiments and numerical simulations will be done based on the new type Gamma/Neutron detector, and the thermal neutrons and gamma rays can be simultaneous measured using the Pulse-shape discrimination method. Furthermore, the reasonable source spaces and data processing algorithm are designed. The azimuthal density and porosity measurement can be achieved because of few detectors. This study has the important significance for the replacement of radioactive chemical source in oil LWD logging tool, improvement of measurement accuracy, and reduction of environmental pollution.

可控源替代测井仪器中的化学放射源是油气勘探的必然趋势，但目前方法地层分辨率低、没有方位特性且与化学源结果和评价方法兼容性低。本课题基于可控D-T中子源和新型伽马/中子探测器，对快中子次生γ和中子与地层的作用过程开展理论分析，通过研究“次生γ源”变化对密度测量的影响规律及γ射线所受电子对效应、非“窄束衰减模型”的影响，分别建立其表征和校正方法，从而提高密度测量精度和适用地层范围；针对中子孔隙度测量所受高能中子非弹性散射的影响，不仅研究密度校正方法，还直接利用非弹γ信息进行校正，建立与化学源结果更加兼容的孔隙度测量方法。通过对新型伽马/中子探测器开展大量实验和模拟研究，形成对密度和孔隙度测量中热中子和γ射线的脉冲形状甄别和同时探测技术，并通过合理的源距设计和数据处理方法，实现可控源密度和孔隙度方位测量。本研究对提高随钻测井中可控源测量精度、解决可控源测井技术瓶颈、实现无源勘探具有重要的意义。

可控源替代中子孔隙度和密度测井仪器中的化学放射源是油气勘探的必然趋势。首先，本项目基于可控D-T中子源和新型CLYC中子/伽马探测器，针对中子孔隙度测量所受高能中子非弹性散射的影响，开展了密度影响校正研究，建立了与化学源结果更加兼容的孔隙度测量方法；并通过快中子次生伽马和中子与地层的作用过程分析，建立了次生源变化校正的密度测井方法。然后，开展了CLYC探测器的实验和数值模拟研究，基于探测器的脉冲甄别技术，实现了使用CLYC探测器同时测量中子和伽马射线的功能。并设计和研制了使用D-T源的中子孔隙度和密度测井实验样机，通过设计的D-T源的工作时序及数据处理方法，从总伽马能谱中分离出用于测量地层密度的非弹性伽马射线贡献；然后利用实验样机在刻度井中的对实验数据验证并刻度了探测器的模拟响应，并实现了D-T源孔隙度和密度测量，验证了本项目所提出的测井方法的有效性及与化学源测井的兼容性。.另外，本项目还探索了使用可控D-D源测量地层孔隙度和密度的测井方法，及用X射线源测量地层岩性密度和Pe的测井方法。并用实验样机和国外油服公司实验数据进行了对比，结果表明D-D源在孔隙度测量上比D-T灵敏度更高，但密度测量精度较D-T源低，暂时还达不到油气勘探的精度要求。不过该源使用寿命长、成本低，为今后该方向研究提供了一个新方向。可控X射线源虽然能量低，但是基于本项目提出的双能岩性和密度测量方法，可以达到化学源密度测井的精度，会是今后密度测井中放射源替代的一个好的选择。.本项目对可控源孔隙度和密度测井提供了理论、方法、实验数据等支撑，为今后测井仪器中的化学放射源的替代、消除地面工作人员及环境受到的放射性危害具有重要意义。