医学专题第10章脉冲中子测井3444

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我们知道,中子打入地层,先要进行非弹性散射,而 后才能发生弹性散射,最后被地层俘获,这也是中子在地 层中所经历的三个过程。因此,如果限定一定的时间,我 们是可以测量非弹性散射伽马能谱的。
到各种条件的限制,一般认为测井得到的中子寿命 和地层的宏观俘获
截面 称为视值,而不是真值。
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四 中子寿命(shòumìng)测井测量 和 的方法
1、固定门测量法
中子的脉冲宽度、发射频率、各个计数门的延迟时间和
宽度都不变。
(1)中子脉冲宽度50us;每2500us发射一次中子脉冲;
其中: Σk —油气(yóuqì)的宏观俘获截面; 整理得:
SW
ma (ma h ) (W h )
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六 中子(zhōngzǐ)寿命测井的应用
式中: Σma——岩石的宏观(hóngguān)俘获截面;
Σw——水的宏观俘获截面; ф ——孔隙度 (上述值均可查表求得) (2) 含泥质地层中:
后200~300us才开始计数,则空间所有的快中子都变成了热
中子,因而,在下次脉冲来之前,热中子的产生率为0。
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三 中子(zhōngzǐ)寿命测井的基本原理
泄漏率是指进出某一体积内的中子数相抵消后造成的 中子密度的变化率。在离源较近的区域,进的少而出 去(chū qù)得多,对于较远区域,则是进得多而出去(chū qù) 的少,选择合适的源距,则可使泄漏率为零。则中子 密度的变化率只取决于吸收率
测得的,长虚线;
TDT3——投产三年后又停产四个 月测得的,为小点线。
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六 中子寿命(shòumìng)测井的应 用
3. 求孔隙度
对于不含油气的纯地层(dìcéng)来说,地层(dìcéng)的宏观 俘获截面Σ为:
ma (1 ) W •
其中:
Σ —为地层的宏观俘获截面(测井所得到);
T1
N1 N0e
(1)
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三 中子(zhōngzǐ)寿命测井的基本 原理
T2时刻:探测器记录(jìlù)的俘获伽马射线的计数率;
T2
N2 N0e
(2

将(1)式除以(2)式得:
N1
T2 T1
e
(3
N2

由(3)式,对两边取对数(duì shù)(自然对数(duì shù))
四 中子寿命测井测量(cèliáng) 和 的方法
缺点:
(1) 中子的脉冲宽度和间隔不变,不能很好适应地层,对
于 小的则应使用较窄的脉冲和较小的时间间隔; (2)个微分道道宽相同,后面的计数率误差(wùchā)较大。
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四 中子寿命(shòumìng)测井测量 和 的方法
在沉积岩中,氢核素的微观俘获截面比其他核素 的微观俘获截面大得多。也就是说岩石的宏观俘获截 面主要取决于地层中氯的含量,或说取决于地层水的 矿化度。
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六 中子(zhōngzǐ)寿命测井的应 用
1. 划分油水层 矿化度较高的水层有比油层大的俘获截面(或较小的
热中子寿命)。 2. 观察油水或气水界面的变化
的τ是一种平均值。
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三 中子(zhōngzǐ)寿命测井的基本原理
2.中子寿命测井的依据
空间某一体积(tǐjī)中子密度随时间的变化率为
n 产生率 - 泄漏率 -吸收率 t
此式也称为中子的守恒定律。快中子在轻核中的减速时间 f约为几十微秒,大约在2~3个 f,绝大多数的快中子
都变成了热中子,中子寿命测井在中子脉冲结束(jiéshù)
A 1
v
其中(qízhōng)A为某一待定的
常数;
A 1 4545.5 υ为热中子速度,25oC为2.2x105cm/s。
也就是说,热中子寿命与地层对热中子的宏观俘获截面成反 比关系,即地层的宏观俘获截面越大,热中子寿命越小。
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二 热中子寿命与地层对 热中子宏观俘获截面(jiémiàn)的关 系
一 非弹性散射伽马能谱测井
利用脉冲(màichōng)中子源向地层发射14 Mev的高能快中子,
测量这些快中子与地层物质的核素发生非弹性散射放出的伽马射 线的能谱的一种测井方法。
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二 非弹性散射伽马能谱测井基本原理
快中子与地层中不同核素发生非弹性散射放出(fànɡ chū)的 伽马射线能量是不同的,因此,只要对不同能量的伽马射线 分别加以记录就可以确定地层中存在某种核素和它们各自的 浓度。
4、岩石的热中子寿命和宏观俘获截面
常见岩石的主要矿物(kuàngwù)的俘获截面都很小,热中子寿命 都很长,而孔隙流体的热中子俘获截面比大部分骨架矿物(kuàngwù)
的大很多,因此,Σ受到孔隙度的影响。(硼、汞等宏观俘获 截面特别大,因此,微量的硼、汞就能使Σ增大,目前的硼 中子测井就是利用了硼的这种性质。)
2、宏观俘获截面Σ
单位体积介质中所有原子核的微观(wēiguān)俘获截面之和,
单位cm-1,一般定义一个基本的宏观俘获截面单位为10-3
cm-1 ,称作俘获单位并记作c.u.。
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二 热中子寿命与地层对 热中子宏观俘获(fúhuò)截面的关系
3、τ与Σ的关系 τ—表示地层的热中子寿命(shòumìng),单位us; Σ—表示地层对热中子的宏观俘获截面,单位cm-1;
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三 中子(zhōngzǐ)寿命测井的基本原 理
4. 热中子寿命的测量原理
任何时刻存在的俘获伽马射线的强度(qiángdù)与仪器周围 中子密度成正比。因此刻度后,我们记录(测量)俘获伽马 射线强度(qiángdù),可以求得(计算出)热中子的寿命(或地 层宏观俘获截面Σ)。
T1时刻:探测器记录的俘获伽马射线的计数率N1;
(2)基本延时(发射脉冲-1门计数),淡水(dànshuǐ)泥浆选
400us;盐水泥浆选200us;
(3)设一个积分道和四个微分道。积分道记录总的伽马计数;
门I II III IV宽度200us,前三个依次测量,而第四个延时 2200us,记录本底;利用门I、II确定 和 ;
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根据热中子寿命测量的性质(xìngzhì)研制出热中子寿命测井。 (利用中子寿命来研究地层的性质(xìngzhì))
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第二节 非弹性散射伽马能谱测井
一.非弹性散射伽马能谱测井 二.非弹性散射伽马能谱测井基本原理 三.非弹性散射伽马能谱测井的应用
(yìngyòng)
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第二页,共三十九页。
二 热中子寿命(shòumìng)与地层 对 热中子宏观俘获截面的关系
1、热中子寿命
热中子寿命,是指热中子从产生的瞬间起到被俘获的时 刻(shíkè)所经历的平均时间,单位是us。计算时,它等于热中 子中的63.2%被俘获所经过的时间:
N (t)
N0
exp( t
)
当 t
N (t) / N0 0.368
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三 中子(zhōngzǐ)寿命测井的基本原理
6. 地层(dìcéng)的宏观截面
10466(lg N1 lg N2 ) t2 t1
若令t 300s,则
=35lg N1 N2
伽马计数率随时间(shíjiān)的衰减如图10-12,其中,地层衰 减区的斜率决定于 或 ,因此,应在地层衰减区进行N1和 N2的测量。
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三 中子(zhōngzǐ)寿命测井的基本原 理
3.不同时间热中子的变化 热中子产生后,它在地层中发生扩散,地层中某点的热中
子密度(mìdù)按指数规律随时间衰减:
T
N N0e 式中: N0——衰减开始时的热中子密度;
N——经过时间(shíjiān)T的热中子密度; τ ——岩石的热中子寿命。
得:
T2 T1
LnN1 LnN2
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三 中子(zhōngzǐ)寿命测井的基本原 理
5. 用常用对数(chángyòng-duìshù)换算自 然对数得: 0.4343 * (T2 T1)
LnN1 LnN 2 也就是说,如果(rúguǒ)分别在T1,T2时间段内记录俘获伽马射线的计 数率,,则可以通过上式刻度成热中子寿命,由热中子寿命与地 层对热中子宏观俘获截面的关系,同样可以计算得到。
油层在采油过程中含水饱和度不断变化,油水界面向上移 动 ,利用(lìyòng)不同时间测量的宏观俘获截面或中子寿命,则 可以了解油水或气水界面变化情况。
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六中子寿命(shòumìng)测井的应 用
TDT1——完井后不久测量的,为 实线;
TDT2——投产(tóuchǎn)三年后未停产
n -吸收率 t
而吸收率= vn n
1 dn 1 dt
n
ln n t K
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三 中子(zhōngzǐ)寿命测井的基本原理 设t=0时,n = n0,则K=n0。 则空间某一区域(点)不同时间(shíjiān)热中子密度则表示为
T
N N0e
此式是中子寿命(shòumìng)测井测量热中子寿命(shòumìng)的依据。
控制系统:根据振荡频率的变化适时调整各门的
开门时间和宽度。
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五、中子寿命(shòumìng)测井地质意义
热中子寿命与物质的宏观俘获截面有关,即地层 (dìcéng)介质的宏观俘获截面越大,则热中子寿命越短, 地层(dìcéng)介质的宏观俘获截面是指岩石中各个核素 的微观俘获截面的总和。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、比例因子法
将中子寿命测井的各个时间间隔取为 的整数倍,以
适应地层的变化,避免上述固定门的缺点,提高测量 的精度。脉冲宽度为 ,基本延时为3 ,门I宽为 1 ,其他(qítā)门宽为2 ,中子脉冲周期为10 。门I和 II用来测量 和 ,门III测量本底。
要求:保证N1/N2=2,使振荡器的周期为 ;
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三 中子(zhōngzǐ)寿命测井的基本原 理
中子从其产生(chǎnshēng),经过和地层原子核发生非弹性散 射,弹性散射,逐渐减速为热中子,热中子被俘获产生 (chǎnshēng)俘获伽马射线。
1. 热中子寿命(τ)
热中子从其产生到它被吸收为止经历的平均时间指的是统计概 念,即热中子从其产生到被吸收经历的时间有长、有短,我们讲
Σma —岩石的骨架(gǔjià)参数; Σw —岩石的流体参数;
则:
ma
w ma
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六 中子(zhōngzǐ)寿命测井的应用
4. 求含水(hán shuǐ)饱和度
(1) 如果 已知,则对含油气纯地层来说:
ma (1 ) W SW (1 SW )h
SW
( ma ) (ma h ) Vsh (sh ma )
(W h )
(w h )
Vsh,Σsh分别(fēnbié)为泥质的体积含量和宏观俘获截面 。
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六 中子(zhōngzǐ)寿命测井的基本原 理
问题:
如果当地层水矿化度较高时,即氯的含量相对较高时,那么 对于水层和油层来说,水层的宏观俘获截面要大于油层,而热 中子寿命则小于油层。(对否?)
一 中子(zhōngzǐ)寿命测 井
中子寿命测井(neutron lifetime log, NLL)也叫热中子衰 减时间测井(Thermal Decay Time Log),是最早投入使用的 一种脉冲中子测井。测井时,利用脉冲中子源发射高能快中 子(14Mev),脉冲照射地层,用伽马探测器探测经地层 慢化产生的热中子被俘获放出的伽马射线,根据计数率随 时间的衰减,进而计算热中子寿命和地层的热中子的宏观 俘获截面,从而研究地层性质(特别是含油性)的一种测 井方法(fāngfǎ)。在地层中,宏观俘获截面和热中子寿命主 要与氯的含量有关,与地层水矿化度有关。
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三 中子(zhōngzǐ)寿命测井的基本原理
实际测井中N1和N2不可避免的要受到自然伽马计数率的影响,因此, 中子寿命测井采用了三个计数门,分别记录N1、N2和Nb,因此,实际 上中子寿命的测量时的N1、N2应分别对应的是N1-Nb、N2-Nb。
热中子密度的变化不仅是时间的函数,而且也是空间的函数。 我们只是选择了特定的源距后,进行上述讨论的。图10-13给 出了 与源距的关系。当源距大于5~20in, 随源距的增大而 增大,当源距为30in时,等于(děngyú) 的真值,而源距再大, 则 偏大。一般对于常见的储层,源距选45cm较好,而且由于受
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