第10章脉冲中子测井教学教材

n
ln n t K
三 中子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）不同时间热中子密度则表示为
T
N N0e
此式是中子寿命测井测量热中子寿命的依据。
三 中子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
点的热中子密度按指数规律随时间衰减：
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，我们讲的τ是一种平均值。
三 中子寿命测井的基本原理
2.中子寿命测井的依据 空间某一体积中子密度随时间的变化率为
n产生-泄 率漏-吸 率收率 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。
三 中子寿命测井的基本原理
5. 用常用对数换算自然对数得：
0.434*3(T2 T1)
Ln1NLn2N
也就是说，如果分别在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。
三 中子寿命测井的基本原理
(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 ；
四 中子寿命测井测量 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，后面的计数率误差较大。
6. 地层的宏观截面
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。
三 中子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。
A 1
v
其中A为某一待定的常数；
A1 454.5 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。
二 热中子寿命与地层对 热中子宏观俘获截面的关系
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。）
三 中子寿命测井的基本原理
中子从其产生，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，热中子被俘获产生俘 获伽马射线。
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 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，而且由于受到各种条件的限制，一般认为测井得到
T
N N0e
式中： N0——衰减开始时的热中子密度； N——经过时间T的热中子密度； τ ——岩石的热中子寿命。
三 中子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，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；
T1
N1 N0e
（1）
三 中子寿命测井的基本原理
T2时刻：探测器记录的俘获伽马射线的计数率；
T2
N2 N0e 来自百度文库2）
将(1)式除以(2)式得:
N1
T2 T1
e
N2
（3）
由（3）式，对两边取对数（自然对数）得：
T2 T1
LnN1 LnN2
的中子寿命 和地层的宏观俘获截面 称为视值，而不 是真值。
四 中子寿命测井测量 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；
(2)基本延时（发射脉冲－1门计数），淡水泥浆选 400us；盐水泥浆选200us；
四 中子寿命测井测量 和 的方法
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。
三 中子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 的少而出去得多，对于较远区域，则是进得多而 出去的少，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
n -吸收率 t
而吸收率＝ vn n
1 dn 1 dt
第10章脉冲中子测井
二 热中子寿命与地层对 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)N0exp(t) 当 t N(t)/N0 0.368
2、宏观俘获截面Σ
单位体积介质中所有原子核的微观俘获截面之和， 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.。
二 热中子寿命与地层对 热中子宏观俘获截面的关系
3、τ与Σ的关系 τ—表示地层的热中子寿命，单位us； Σ—表示地层对热中子的宏观俘获截面，单位cm-1；