基于D-D源的三探头中子孔隙度测井探测响应分析

随着油气勘探进程持续推进,低孔隙度储层越发受到关注,具备更高孔隙度灵敏度的D-D源中子测井存在良好应用前景,为了进一步探索其兼顾中子孔隙度测量灵敏度与化学源测量兼容性的可能性,提出一种基于D-D源的三探头中子孔隙度测井设计并开展分析。为探究D-D源中子孔隙度测量响应特征,利用蒙特卡罗方法,基于三探头测井仪器的基本构成,研究了探测器源距设计,并提出利用测量的近远热中子计数比、中远热中子计数比这2组比值分别表征地层孔隙度,同时对D-D源中子孔隙度测井的地层探测能力与地层测量响应进行了综合分析。研究表明:三探头D-D源中子孔隙度测井仪器探测深度稍浅、纵向分辨率较高;近远热中子计数比值响应表现出更高地层孔隙度灵敏度,低孔隙度地层情况下测得的孔隙度变化效果良好;中远热中子计数比值响应泥岩效应较强,虽无法与化学源测量结果兼容,但在纯岩性及含泥质地层与其较高程度接近。该文研究为D-D源中子孔隙度测井仪器测量应用提供了一定参考。

氘-氘和氘-氚随钻中子孔隙度测井探测特性对比

为考察在随钻中子孔隙度测井中用氘-氘(D-D)脉冲源替代氘-氚(D-T)源的可行性,利用蒙特卡罗模拟方法,对比分析使用两种脉冲源时测井仪器的热中子空间分布、零源距区域、地层孔隙度灵敏度以及探测深度等探测特性。研究结果表明,D-D与D-T源相比,虽然在水平或大斜度井段对地层界面的分辨能力稍低一点,但是两者的零源距区的上限值、近源距和探测深度都大致相等,且D-D源对地层孔隙度的灵敏度更高、使用时更安全,在随钻脉冲中子孔隙度测井中可以得到更好的使用。

D-T脉冲中子发生器随钻中子孔隙度测井的蒙特卡罗模拟

利用蒙特卡罗方法模拟研究了D-T脉冲中子发生器和^241Am-Be中子源产生的中子与地层的作用过程，以探讨D-T脉冲中子发生器在随钻中子孔隙度测井中的应用价值。模拟结果显示，使用这两种中子源，热中子计数均随源距增加而呈指数下降；孔隙度较小时，两者的计数差异较小，当地层孔隙度达到40％时，D-T脉冲中子发生器产生的热中子和超热中子计数均比。^241Am-Be中子源高很多，其分布范围也更宽，近探测器的源距选择20～30cm，远探测器的源距选择约60～70cm；C-T脉冲中子发生器用于中子孔隙度测井时对地层孔隙度的灵敏度降低，而相同源距条件下探测深度几乎不变。以上结果提示，利用D-T脉冲中子发生器可以进行补偿中子孔隙度测井，在增加源距的同时既可以保证计数统计性，又可以提高灵敏度和探测深度，在随钻测井仪器设计中可以取代^241Am—Be中子源。

D-D中子孔隙度测井泥质影响及校正研究

可控源替代同位素中子源进行中子孔隙度测井是核测井发展的必然趋势。为了提高可控D-D源中子孔隙度测井的可行性及测量精度,本文对D-D源中子孔隙度测井中泥质影响进行分析。首先利用蒙特卡罗模拟,对比分析三种源(^(241)Am-Be源、D-T源、D-D源)中子孔隙度测井过程中泥页岩响应;然后通过改变D-D源中子孔隙度测井中近、远源距位置,优选出D-D源的源距组合,重点分析通过改变源距的方式弱化泥页岩的影响。研究表明:D-D源和^(241)Am-Be源的泥页岩响应规律比较接近,当D-D源的源距设计相比于^(241)Am-Be源更近即采用25~45 cm的源距组合时,D-D源中子孔隙度测井中泥页岩影响与^(241)Am-Be源接近程度最高。虽然源距组合的改变不能使D-D源与^(241)Am-Be源的泥页岩响应完全一致或者彻底消除泥质影响,但这种较高程度趋近为D-D源中子孔隙度测井中泥页岩校正提供了思路,也为今后测井仪器中放射源的可兼容替代有一定的应用意义。

中子孔隙度测井灵敏度影响因素分析

可控源替代中子孔隙度测井中的同位素中子源已经成为石油勘探发展的必然趋势。为了提高中子孔隙度测井中可控源替代同位素中子源的兼容性与测量精度,本文针对影响地层孔隙度灵敏度的因素进行分析。首先,根据中子孔隙度响应的理论公式,推导出地层孔隙度灵敏度的响应方程,然后对其进行分析并得出影响灵敏度的各种因素。结果表明,地层中的中子减速长度对地层灵敏度变化起到主要影响作用,另外减速长度受到了源类型及能量、孔隙度、岩性、密度等因素的影响,其中中子能量和岩石密度是影响灵敏度变化的主要因素。本研究为今后可控源中子孔隙度测井的研究提供了理论依据。

利用D-D中子发生器进行补偿中子孔隙度测井的模拟研究

利用蒙特卡罗方法模拟研究了D-D脉冲中子源和Am-Be中子源产生的中子与地层的作用过程。得到热中子计数随着源距增加而呈指数下降,源距小于20cm时D-D中子管的热中子相对计数高于Am-Be中子源;源距大于20cm时比Am-Be中子源低。在低孔隙度(小于20%)地层D-D中子管补偿中子孔隙度测井的热中子计数比值略大于Am-Be中子源;高孔隙度(大于20%)地层D-D中子管的热中子计数比值远远大于Am-Be中子源,对地层孔隙度灵敏度增加。与Am-Be中子源相比,D-D中子管补偿中子孔隙度测井的探测深度略为降低,地层孔隙度测量的灵敏度增加,因此利用D-D中子管可以进行补偿中子孔隙度测井。

欠平衡钻井条件下钻井液的密度对中子孔隙度测井的影响

欠平衡钻井采用低密度钻井液,中子孔隙度的测井响应和常规井眼流体有一定差异。通过对双层介质扩散方程解析解的分析以及蒙特卡罗数值模拟,研究了低密度钻井液条件下中子孔隙度测井响应的变化规律。低密度井眼流体会对补偿中子孔隙度测井产生井眼挖掘效应,使视孔隙度值低于真孔隙度,且井眼流体密度越小,井眼尺寸越大,地层孔隙度越大,井眼挖掘效应越明显。利用数值模拟结果计算得到了井眼挖掘效应的孔隙度校正公式及不同密度泡沫钻井液时的中子孔隙度校正图版。

随钻D-T中子孔隙度测井屏蔽体的蒙特卡罗研究

为了消除石油测井中化学中子放射源使用的危害,针对使用氘-氚(D-T)中子发生器的随钻中子孔隙度测井仪器,利用蒙特卡罗模拟方法,分层计算了多种屏蔽材料对不同能量中子的慢化和屏蔽效果,并分析了使用各种屏蔽材料的测井仪器在石灰岩地层的响应规律。结果表明:使用D-T发生器的随钻中子孔隙度测井仪器的最佳屏蔽体为12cm钨与6cm碳化硼的组合,此时屏蔽效果最好、响应地层孔隙度的灵敏度最高。

脉冲中子孔隙度测井屏蔽体的蒙特卡罗研究

为了提高随钻脉冲中子孔隙度测井的测量精度,分别针对氘-氚(D-T)和氘-氘(D-D)脉冲中子源,利用蒙特卡罗模拟方法,分层计算了多种屏蔽材料对不同能量中子的慢化和屏蔽效果。通过研究,得到了最佳的屏蔽结构和材料,以及屏蔽体的长度。研究结果表明:综合考虑仪器结构、重量、造价等因素,当随钻中子孔隙度测井使用D-T源时,屏蔽体结构为12 cm的钨或铜外加6 cm碳化硼时,屏蔽效果比较理想;而使用D-D源时,屏蔽体外层同样使用6 cm碳化硼,而内层应选6cm的钨或碳化硼。

基于CLYC探测器的可控源中子孔隙度测井数值模拟研究

利用Cs_(2)LiYCl_(6):Ce(CLYC)探测器替代中子孔隙度测井中的3He中子探测器,已成为石油测井仪器发展的新思路。为探究在中子孔隙度测井中使用新型探测器的可行性,通过蒙特卡罗模拟,研究了CLYC探测器在不同^(6)Li纯度和探测器尺寸下的热中子计数通量,同时与不同内部气压下的^(3)He探测器热中子计数结果进行对比;另外根据仪器使用不同探测器时获取的中子孔隙度响应,验证了CLYC探测器的可替换性。研究表明:新型CLYC探测器在^(6)Li纯度高、探测器尺寸大时热中子计数效率高;相比于^(3)He中子探测器,热中子探测效率较低的CLYC探测器经过源距组合分析优化后,得到的中子近远比响应结果与^(3)He中子探测器近似,能够有效应用于地层孔隙度获取。

随钻D-T中子孔隙度测井低灵敏度和岩性影响校正方法研究

为了提高随钻氘-氚(D-T)中子孔隙度测井的测量精度,通过研究其在多种岩性、孔隙度地层中的响应,对比与化学源的响应差异,分析所测孔隙度灵敏度及精度偏低的原因,并提出对应的校正方法。结果表明:由于D-T源能量较化学源高,地层密度对含氢指数测量影响增强,使得随钻D-T中子孔隙度测井地层孔隙度灵敏度偏低,且受到泥页岩效应的影响较大;密度校正后,地层孔隙度灵敏度显著提高,且受到岩性的影响降低,尤其是泥页岩效应几乎被完全消除。因此,通过对随钻D-T中子孔隙度测井结果的校正,测量灵敏度和精度都得到大幅提高,可以较好地替代化学源测量地层中子孔隙度。

高温地层对中子孔隙度测井的影响

以往中子孔隙度测井的蒙特卡罗数值模拟研究,均基于常温地层环境,但实际中地层温度对中子孔隙度测井的影响较大,采用蒙特卡罗模拟程序MCNP5模拟研究了高温地层环境对中子孔隙度测井的影响。模拟计算不同温度条件下,计数率与源距、计数率与孔隙度、近远探测器计数比与孔隙度之间的关系。计算结果表明,探测器计数随着温度的升高而增大,近远探测器计数比随着温度的升高而降低,但探测器计数与源距、孔隙度,计数比与孔隙度关系曲线的趋势规律不变;高温地层环境条件下,中子孔隙度测井的地层灵敏度减小,不利于中、低孔隙度渗透率储层评价。地层高温对补偿中子孔隙度测井的影响不可忽视,研究为高温地层条件下中子孔隙度测井的重新刻度或后续校正提供理论依据,从而为准确评价储层孔隙度奠定基础。

基于三维空间响应分布函数的脉冲中子孔隙度测井快速模拟

应用蒙特卡洛方法进行中子测井正演模拟需要大量时间,无法满足实时反演等实际应用的生产要求。为此,通过蒙特卡洛方法得到不同位置单位地层对探测器计数的贡献即地层的三维空间响应分布函数,建立不同地层条件下的三维空间响应分布函数和热中子计数的数据库;再基于三维空间响应分布函数对不同区域地层进行积分得到不同区域地层对探测器计数的贡献;最后利用不同区域地层对探测器计数的贡献结合不同地层热中子计数实现了脉冲中子孔隙度测井曲线的快速模拟,并对比了不同地层条件下快速模拟方法与蒙特卡洛方法的计算结果。研究结果表明:(1)与蒙特卡洛方法相比,在直井和斜井中,快速模拟方法计算结果的最大误差分别为2.5 PU和3.0 PU;(2)对于不同岩性和含不同孔隙流体的地层,快速模拟方法与蒙特卡洛方法的计算结果基本一致;(3)快速模拟方法与蒙特卡洛方法相比将计算花费的时间从原本的几十小时降低到十几秒。结论认为,快速模拟方法不仅大幅度提高了正演速度,并且计算精度与传统的蒙特卡洛方法相近,为后续反演等应用打下了可靠的基础。

脉冲中子孔隙度测井密度校正研究

在井下地层中子孔隙度测井中,不同中子源测量得到的孔隙度存在显著差异,这已成为脉冲中子源取代同位素中子源进行中子孔隙度测量面临的重大挑战。基于中子孔隙度测量原理,分析了不同中子源对孔隙度测量的差异,给出脉冲中子孔隙度测量的密度校正方法。在石油工业计量站的标准刻度井群中对2种中子源仪器进行刻度,分析地层孔隙度与仪器的响应关系。将2种仪器测量得到的现场井试验数据进行对比,对校正方法的适用性进行验证。结果表明:脉冲中子源孔隙度对地层孔隙度灵敏度要低于同位素中子源孔隙度;脉冲中子孔隙度经过密度校正后,泥岩效应的影响显著降低,与同位素中子源孔隙度有较好的一致性。

随钻D-D源中子孔隙度测井数值模拟

随着中子发生器技术的进步,射频源中子发生器可将中子产额提高10倍,增大了使用氘氘(D-D)中子发生器进行动态测井的可能性。基于蒙特卡罗方法开展随钻D-D源中子孔隙度测井研究。研究结果表明:随钻D-D源中子孔隙度测井的孔隙度灵敏度明显高于氘氚(D-T)源中子孔隙度测井,与提高灵敏度后的D-T源中子孔隙度测井相近;径向探测深度主要受源距和地层减速性质的影响,受源能量的影响较小,纵向分辨率主要与源距有关;基于射频源D-D中子发生器的随钻中子孔隙度测井的测速约为Am-Be源中子孔隙度测井的三分之一,可通过缩短源距,增大探测器尺寸与气压,提高探测器计数率,实现随钻D-D源中子孔隙度测井。

可控中子孔隙度测井仪器设计

源距与屏蔽体厚度是直接影响可控中子孔隙度测井仪器测量准确性的重要参数。源距不仅影响测井仪器的测量误差,还影响测井仪器对地层孔隙度的灵敏度。屏蔽体厚度是保障测井响应完全反映地层的重要参数。从灵敏度、屏蔽率以及误差3个方面确定可控中子孔隙度测井仪器的源距与屏蔽体厚度。研究结果表明:近探测器源距越小,测井仪器灵敏度越高;近远探测器的间距对测量误差的影响随间距的增大,先减小再增大;当屏蔽率在70%以上且屏蔽率随厚度的变化较为缓慢时的屏蔽体厚度可作为屏蔽体最低厚度。

阵列中子孔隙度测井仪研究

采用可控脉冲中子源(脉冲中子发生器)代替传统化学源,实现了测井过程零放射性污染;采用多组超热中子及热中子探测器。结合岩性校正、仪器与井壁间隙校正、套后井套管水泥环校正以及放射源强度校正等孔隙度校正算法,实现套前、套后模式高精度测井。从阵列中子孔隙度测井仪现场试验井中选取了1口有代表性的测井资料,通过分析重复性、一致性和纵向分辨率证实阵列中子孔隙度测井曲线能准确地反映地层孔隙度。

可控源热中子孔隙度测井中地层密度的影响及校正

在进行可控源热中子孔隙度测井时,由于中子能量较高,非弹性散射在中子减速的过程中发挥的作用较大,使得地层密度对测量结果影响不可忽略。为了校正地层密度对测量结果的影响,本文应用MonteCarlo数值模拟技术,在对比可控中子源与同位素镅铍源孔隙度灵敏度差别的基础上,由中子孔隙度测井的地层密度响应特征,开展了热中子计数比和孔隙度灵敏度的地层密度校正。结果表明,经过地层密度校正后,测井仪器的孔隙度灵敏度和测量精度得到明显提高,并且减小了岩性对测量结果的影响。

随钻D-T源孔隙度测井中的钻铤影响机制

基于数值模拟方法剖析钻铤改善中子孔隙度测井灵敏度的机制,并仿照钻铤影响提出中子源减速块和探测器屏蔽套等结构用于设计高灵敏度电缆D-T源孔隙度仪器。结果表明:探测器附近钻铤能屏蔽来自井眼方向的热中子,提高来自地层的热中子信息比重,进而改善测井灵敏度;中子源附近钻铤会降低进入地层的高能快中子平均能量,使得仪器对中、低孔地层的灵敏度提高;中子源减速块和探测器屏蔽套等结构可以代替钻铤改善中子孔隙度的测井灵敏度,为D-T源在电缆测井中的应用提供理论指导。