基于“热中子—次生伽马”校正的D-D可控源密度测量方法研究

The replacement of radioactive chemical logging source by a controllable source is the inevitable trend of the development of nuclear logging，and D-D neutron source is one of the most potential and competitive in the controllable source. But D-D induced gamma source is unstable, cause lower density measurement accuracy, and has become the bottleneck of restricting development. D-D neutron source density measurement method is researched based on the correction of induced gamma source. Based on the basic theory of the interaction between D-D source of gamma rays and the formation, using Monte-Carlo method, the variation of D-D induced gamma source space and intensity with the formation properties is studied, and further identify the influencing factors. On this basis, the capture gamma counting variation with source distance, the space distribution of thermal neutron and thermal neutron (or capture gamma) time spectrum are studied, and the relationship between thermal neutron spatial distribution, macroscopic capture cross-section and the properties of induced gamma source are quantitative characterization, establishing the space and intensity correction method of the induced source based on thermal neutron effect. The structural model of the instrument is optimized to simulate the density logging response under different formation and wellbore conditions. The density measurement method based on D-D induced gamma source correction is established theoretically, overcoming the effect of the D-D induced gamma source instability on density measurement accuracy. The research has important significance and application prospect in the method research or the instrument development for the future D-D controllable neutron-source density logging.

可控源代替化学源是核测井发展的必然趋势，D-D是可控源中最具潜力和竞争力的中子源之一。但是D-D次生的“伽马源”具有不稳定性，密度测量精度偏低，成为制约其发展的瓶颈。本项目研究基于D-D次生源影响校正的密度测量方法。基于D-D可控源与地层相互作用的理论，利用蒙特卡罗模拟方法，系统研究D-D次生源空间和强度变化规律，明确其影响因素。在此基础上，研究不同地层（孔隙度、矿化度和岩性变化）条件下俘获伽马随源距变化、热中子空间分布规律和热中子（或俘获伽马）时间谱，定量表征热中子空间分布和宏观俘获截面与次生源性质之间的关系，建立基于热中子的次生源空间和强度校正方法；优化设计仪器结构模型，模拟不同地层和井眼条件下密度测井响应，从理论上建立基于D-D次生源校正的密度测量方法，有效克服D-D次生源不稳定性对密度测量精度的影响。研究成果对今后D-D可控源密度测井方法研究和仪器研发具有重要的指导意义和应用前景。

在D-D可控源密度测量中，由于次生γ源空间分布容易受到各种地层因素的影响，密度测量精度偏低，是制约其应用发展的瓶颈，为此需要开展基于热中子校正的D-D可控源密度测量方法研究。本项目按计划开展了全部研究内容，完成了如下研究工作：①明确了D-D次生源空间分布和强度变化规律；②实现D-D次生伽马源空间分布定量表征；③建立了基于次生源校正的D-D可控源密度测量方法；④完成了D-D可控源密度测量方法精度分析。.在研究D-D次生源空间分布和强度变化规律时，重点分析了D-D次生伽马源的产生过程，明确了次生伽马源空间分布受热中子分布的影响，以及影响D-D次生伽马源空间和强度变化的主要因素为孔隙度、岩性和矿化度。其中孔隙度大小对次生伽马源的空间分布影响最大，孔隙度越高，其空间分布距离中子源越近，强度大小也明显增大；岩性和矿化度对次生伽马源的空间分布也有一定的影响，但主要与地层中元素种类和含量有关。地层岩石的骨架元素Si、Ca、Mg对次生伽马源的强度影响较大，岩石孔隙中的H和Cl元素对次生伽马源的空间分布影响较大。.对比分析了三种岩性的15种地层中次生伽马源的空间分布与热中子空间分布的关系，得到了基于热中子的D-D次生源定量表征方法。.利用蒙特卡罗数值模拟方法，优化设计仪器模型，模拟不同地层条件下的密度响应，从理论上建立了地层密度的计算模型，进而确定了D-D可控源密度测量方法。.利用仪器-井眼-地层的理论模型，模拟研究不同地层和井眼条件下的密度响应，分析地层密度的参考值和计算值之间的关系，不断优化模型参数，得到满足精度要求的地层密度值，完成对密度测量方法的验证和精度分析。.本项目从可控源密度测量理论出发，结合蒙特卡罗数值模拟方法开展的各项研究工作，为D-D可控源密度测量方法的进一步研究奠定了基础，也为其应用发展提供了保障。