基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪及测井方法-9479威尼斯

专利名称：基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪及测井方法

专利类型：发明专利

专利申请号：cn202210643863.5

专利申请（专利权）人：中国石油大学(华东)
权利人地址：山东省青岛市黄岛区长江西路66号

专利发明（设计）人：张锋,梁启轩,张慧

专利摘要：本发明公开了一种基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪，涉及油气勘探设备技术领域，基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪其仪器壳体内部由下而上依次设置有d‑t可控中子源、第一钨镍铁屏蔽体、近clyc双粒子探测器、第二钨镍铁屏蔽体和远clyc双粒子探测器，能够直接测量相同源距位置处地层热中子时间谱、伽马能谱和伽马时间谱，实现了对地层中子信息和伽马信息的精确探测。本发明还公开了一种基于双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的测井方法，实现了对地层中子孔隙度、中子伽马密度、含油饱和度和含气饱和度的同时测量以及对地层流体类型的准确划分，有利于地层的流体类型识别及含油气性评价。

主权利要求：
1.一种基于双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的测井方法，采用基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪，利用基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪在井中贴井壁连续测量，所述可控中子源多谱测井仪的仪器壳体内部由下而上依次设置有d‑t可控中子源、第一钨镍铁屏蔽体、近clyc双粒子探测器、第二钨镍铁屏蔽体和远clyc双粒子探测器，近clyc双粒子探测器和远clyc双粒子探测器，能够同时测量地层的热中子时间谱、伽马能谱和伽马时间谱，其中，伽马能谱包括碳氧比模式总伽马能谱和碳氧比模式俘获伽马能谱，伽马时间谱包括中子寿命模式伽马时间谱和本底伽马时间谱，其特征在于，同时测量地层的中子孔隙度、中子伽马密度、含油饱和度和含气饱和度，并对地层内的流体类型进行划分，综合评价地层的含油气性，具体包括以下步骤：步骤1，将双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪在井中贴井壁连续测量，利用d‑t可控中子源以脉冲形式发射快中子，近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器分别记录不同位置处的热中子时间谱、伽马能谱和伽马时间谱；
步骤2，根据近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器测量的热中子时间谱，获取近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的热中子计数比，计算得到地层的中子孔隙度，如式(1)所示：式中，φ为地层的中子孔隙度，rth为近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的热中子计数比，b0、b1、b2和b3均为中子孔隙度刻度系数；
步骤3，根据近clyc双粒子探测器和远clyc双粒子探测器测量的碳氧比模式总伽马能谱、碳氧比模式俘获伽马能谱，通过在碳氧比模式总伽马能谱中扣除碳氧比模式俘获伽马能谱得到非弹伽马能谱，分别得到近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱，确定近clyc双粒子探测器和远clyc双粒子探测器的非弹伽马计数比，计算得到地层的中子伽马密度，如式(2)所示：ρ＝a1ln(rin) a2ln(rth) a3(2)
式中，ρ为地层的中子伽马密度，rin为近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的非弹伽马计数比，a1、a2、a3均为中子伽马密度刻度系数；
步骤4，根据近clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱获取近clyc双粒子探测器的碳氧比值，再根据近clyc双粒子探测器的碳氧比模式俘获伽马能谱获取近clyc双粒子探测器的硅钙比值，计算得到地层含油饱和度，如式(3)所示：式中，so为地层含油饱和度，cor为近clyc双粒子探测器的碳氧比值，scr为近clyc双粒子探测器的硅钙比值，kw、bw、c1、c2和c3均为含油饱和度刻度系数；
步骤5，根据近clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱和热中子时间谱，确定近clyc双粒子探测器的非弹热中子计数比值，再根据远clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱和热中子时间谱，确定远clyc双粒子探测器的非弹热中子计数比值，计算得到地层含气饱和度，如式(4)所示：式中，sg为地层含气饱和度，rit为近clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值与远clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值之间的差值，ritw为地层饱含水时近clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值与远clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值之间的差值，ritg为地层饱含气时近clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值与远clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值之间的差值，d1、d2、d3均为地层饱含水时双clyc双粒子探测器的含气饱和度刻度系数，f1、f2、f3均为地层饱含气时双clyc双粒子探测器的含气饱和度刻度系数；
步骤6，根据近clyc双粒子探测器的伽马时间谱获取地层的宏观俘获截面值，结合近clyc双粒子探测器的碳氧比值以及近、远clyc双粒子探测器的热中子计数比，计算地层流体类型划分参数，如式(5)所示：式中，d为地层流体类型划分参数，cor为近clyc双粒子探测器的碳氧比值，rth为近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的热中子计数比，σ为地层的宏观俘获截面值，σma为地层骨架的宏观俘获截面值，a、b、c均为仪器刻度系数；
步骤7，根据地层的地层流体类型划分参数和中子孔隙度，基于mcnp数值模拟方法建立地层流体类型划分图版，确定地层内流体的类型，综合地层的含油饱和度、含气饱和度和流体类型，评价地层的含油气性。
2.根据权利要求1所述的一种基于双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的测井方法，其特征在于，所述步骤7中，具体包括以下步骤：步骤7.1，根据双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的结构参数，结合双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪在井中的实际探测情况，构建双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型；
步骤7.2，依次将双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型中地层设置为饱含水、饱含油和饱含气的砂岩地层，分别改变双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型中地层的孔隙度，模拟得到不同地层条件下的双clyc双粒子探测器的热中子时间谱、伽马能谱和伽马时间谱，分别计算各地层条件所对应的地层流体类型划分参数；
步骤7.3，依次根据饱含砂岩地层、饱含油砂岩地层和饱含气砂岩地层中各地层孔隙度对应的地层流体类型划分参数，分别确定砂岩地层饱含水、饱含油和饱含气时双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪地层流体类型划分参数的测量响应，绘制地层流体类型划分图版；
步骤7.4，根据地层流体类型划分参数和地层中子孔隙度，利用地层流体类型划分图版确定地层内流体的类型，综合地层的含油饱和度、含气饱和度和流体类型，评价地层的含油气性。
3.根据权利要求2所述的一种基于双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的测井方法，其特征在于，所述步骤7.2中，依次将双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型中的地层孔隙度设置为0、5％、10％、15％、20％、25％、30％。
4.根据权利要求1所述的一种基于双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的测井
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方法，其特征在于，所述d‑t可控中子源的产额不低于1×10/s；所述仪器壳体的直径设置为43～90mm；所述近clyc双粒子探测器的直径设置为20～60mm、长度设置为40～60mm，与d‑t可控中子源之间的距离设置为30～35cm；所述远clyc双粒子探测器的直径设置为20～
60mm、长度设置为100～140mm，与d‑t可控中子源之间的距离设置为50～55cm；所述近clyc双粒子探测器和远clyc双粒子探测器采集的伽马能谱能量范围为0.1～10.3mev，分为256道；
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所述近clyc双粒子探测器和远clyc双粒子探测器均为cs2liycl6:ce 闪烁晶体探测器，
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cs2liycl6:ce 晶体的密度为3.31g/cm ，伽马能量分辨率为4～5％，热中子能量分辨率为4～6％。
5.根据权利要求1所述的一种基于双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的测井方法，其特征在于，所述第一钨镍铁屏蔽体的长度设置为7～12cm，第二钨镍铁屏蔽体的长度设置为1～2cm，第一钨镍铁屏蔽体和第二钨镍铁屏蔽体的直径均设置为40～90mm，第一钨镍铁屏蔽体和第二钨镍铁屏蔽体中均含有1％的硼元素。
6.根据权利要求1所述的一种基于双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的测井方法，其特征在于，所述可控中子源多谱测井仪脉冲测量时序的周期时长为100ms，包括时长为99ms的时间段t1和时长为1ms的时间段t2；时间段t1内包括4个记录周期，各记录周期内包括300个碳氧比模式记录周期和1个中子寿命模式记录周期，碳氧比模式记录周期的总时长为75μs，包括时间门g1和时间门g2，时间门g1的记录范围为第10～30μs，用于控制d‑t可控中子源以脉冲形式发射快中子以及记录碳氧比模式总伽马能谱，时间门g2的记录范围为第35～75μs，用于记录碳氧比模式俘获伽马能谱和碳氧比模式伽马时间谱，中子寿命记录周期的总时长为2250μs，其中设置有时间门g3，时间门g3的记录范围为第75～2325μs，用于记录中子寿命模式伽马时间谱和热中子时间谱，时间段t2内设置有时间门g4，时间门g4的记录范围为2325～3325μs，用于记录本底伽马时间谱。 说明书 : 基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪及测井
方法技术领域[0001] 本发明涉及油气勘探设备技术领域，尤其涉及一种基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪及测井方法。背景技术[0002] 地层含油饱和度作为计算油气剩余储量、制定油气井开发计划的关键参数之一，对于油气井的勘探开发具有重要意义。目前，脉冲中子含油饱和度测井仪器设计中，常采用一个或多个伽马探测器测量地层伽马射线信息，利用伽马能谱信息或伽马时间谱信息评价地层的含油饱和度；或者采用多个中子探测器测量地层热中子信息，利用中子寿命差异评价地层的含油饱和度。在脉冲中子含油饱和度评价过程中，主要利用仪器测量的碳氧比或中子寿命信息，结合其他测井仪器测量的地层孔隙度信息对地层含油饱和度进行评价。由此可见，现阶段脉冲中子含油饱和度测井仪器的探测器仅能获取单一的中子信息或伽马信息，无法同时测量中子信息和伽马信息。[0003] clyc(cs2liycl6:ce3 )双粒子探测器具有同时测量中子信息和伽马信息的能力，其3晶体密度为3.31g/cm，伽马射线能量分辨率为4％，热中子能量分辨率为5.6％，伽马光产额为20000光子/mev，中子光产额为70500光子/mev，clyc双粒子探测器能够在‑30℃～180℃的温度区间内正常工作，具有优异的物理性能，能够适应井下严苛的工作环境。[0004] 因此，亟需将clyc双粒子探测器应用于核地球物理勘探领域，为脉冲中子饱和度仪器的设计提供一种新思路。发明内容[0005] 为解决上述技术问题，本发明公开了一种基于双clyc(cs2liycl6:ce3 )双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪及测井方法，本发明通过对双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的仪器结构、脉冲测量时序和仪器测量信息进行设计，利用双clyc双粒子探测器同时获取地层的中子和伽马信息，仪器一次下井即可同时测量地层的中子孔隙度、中子伽马密度、含油饱和度和含气饱和度并准确确定地层的流体类型，有利于地层的流体类型识别及含油气性评价。[0006] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：[0007] 一种基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪，所述可控中子源多谱测井仪的仪器壳体内部由下而上依次设置有d‑t可控中子源、第一钨镍铁屏蔽体、近clyc双粒子探测器、第二钨镍铁屏蔽体和远clyc双粒子探测器，近clyc双粒子探测器和远clyc双粒子探测器，能够同时测量地层的热中子时间谱、伽马能谱和伽马时间谱，其中，伽马能谱包括碳氧比模式总伽马能谱和碳氧比模式俘获伽马能谱，伽马时间谱包括中子寿命模式伽马时间谱和本底伽马时间谱。[0008] 优选地，所述d‑t可控中子源的产额不低于1×108/s；所述仪器壳体的直径设置为43～90mm；所述近clyc双粒子探测器的直径设置为20～60mm、长度设置为40～60mm，与d‑t可控中子源之间的距离设置为30～35cm；所述远clyc双粒子探测器的直径设置为20～60mm、长度设置为100～140mm，与d‑t可控中子源之间的距离设置为50～55cm；所述近clyc双粒子探测器和远clyc双粒子探测器采集的伽马能谱能量范围为0.1～10.3mev，分为256道；[0009] 所述近clyc双粒子探测器和远clyc双粒子探测器均为cs2liycl6:ce3 闪烁晶体探3 3测器，cs2liycl6:ce 晶体的密度为3.31g/cm，伽马能量分辨率为4～5％，热中子能量分辨率为4～6％。[0010] 优选地，所述第一钨镍铁屏蔽体的长度设置为7～12cm，第二钨镍铁屏蔽体的长度设置为1～2cm，第一钨镍铁屏蔽体和第二钨镍铁屏蔽体的直径均设置为40～90mm，第一钨镍铁屏蔽体和第二钨镍铁屏蔽体中均含有1％的硼元素。[0011] 优选地，所述可控中子源多谱测井仪脉冲测量时序的周期时长为100ms，包括时长为99ms的时间段t1和时长为1ms的时间段t2；时间段t1内包括4个记录周期，各记录周期内包括300个碳氧比模式记录周期和1个中子寿命模式记录周期，碳氧比模式记录周期的总时长为75μs，包括时间门g1和时间门g2，时间门g1的记录范围为第10～30μs，用于控制d‑t可控中子源以脉冲形式发射快中子以及记录碳氧比模式总伽马能谱，时间门g2的记录范围为第35～75μs，用于记录碳氧比模式俘获伽马能谱和碳氧比模式伽马时间谱，中子寿命记录周期的总时长为2250μs，其中设置有时间门g3，时间门g3的记录范围为第75～2325μs，用于记录中子寿命模式伽马时间谱和热中子时间谱，时间段t2内设置有时间门g4，时间门g4的记录范围为2325～3325μs，用于记录本底伽马时间谱。[0012] 一种基于双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的测井方法，采用如上所述的基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪，利用基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪在井中贴井壁连续测量，其特征在于，同时测量地层的中子孔隙度、中子伽马密度、含油饱和度和含气饱和度，并对地层内的流体类型进行划分，综合评价地层的含油气性，具体包括以下步骤：[0013] 步骤1，将双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪在井中贴井壁连续测量，利用d‑t可控中子源以脉冲形式发射快中子，近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器分别记录不同位置处的热中子时间谱、伽马能谱和伽马时间谱；[0014] 步骤2，根据近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器测量的热中子时间谱，获取近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的热中子计数比，计算得到地层的中子孔隙度，如式(1)所示：[0015][0016] 式中，φ为地层的中子孔隙度，rth为近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的热中子计数比，b0、b1、b2和b3均为中子孔隙度刻度系数；[0017] 步骤3，根据近clyc双粒子探测器和远clyc双粒子探测器测量的碳氧比模式总伽马能谱、碳氧比模式俘获伽马能谱，通过在碳氧比模式总伽马能谱中扣除碳氧比模式俘获伽马能谱得到非弹伽马能谱，分别得到近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱，确定近clyc双粒子探测器和远clyc双粒子探测器的非弹伽马计数比，计算得到地层的中子伽马密度，如式(2)所示：[0018] ρ＝a1ln(rin) a2ln(rth) a3(2)[0019] 式中，ρ为地层的中子伽马密度，rin为近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的非弹伽马计数比，a1、a2、a3均为中子伽马密度刻度系数；[0020] 步骤4，根据近clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱获取近clyc双粒子探测器的碳氧比值，再根据近clyc双粒子探测器的碳氧比模式俘获伽马能谱获取近clyc双粒子探测器的硅钙比值，计算得到地层含油饱和度，如式(3)所示：[0021][0022] 式中，so为地层含油饱和度，cor为近clyc双粒子探测器的碳氧比值，scr为近clyc双粒子探测器的硅钙比值，kw、bw、c1、c2和c3均为含油饱和度刻度系数；[0023] 步骤5，根据近clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱和热中子时间谱，确定近clyc双粒子探测器的非弹热中子计数比值，再根据远clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱和热中子时间谱，确定远clyc双粒子探测器的非弹热中子计数比值，计算得到地层含气饱和度，如式(4)所示：[0024][0025] 式中，sg为地层含气饱和度，rit为近clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值与远clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值之间的差值，ritw为地层饱含水时近clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值与远clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值之间的差值，ritg为地层饱含气时近clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值与远clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值之间的差值，d1、d2、d3均为地层饱含水时双clyc双粒子探测器的含气饱和度刻度系数，f1、f2、f3均为地层饱含气时双clyc双粒子探测器的含气饱和度刻度系数；[0026] 步骤6，根据近clyc双粒子探测器的伽马时间谱获取地层的宏观俘获截面值，结合近clyc双粒子探测器的碳氧比值以及近、远clyc双粒子探测器的热中子计数比，计算地层流体类型划分参数，如式(5)所示：[0027][0028] 式中，d为地层流体类型划分参数，cor为近clyc双粒子探测器的碳氧比值，rth为近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的热中子计数比，σ为地层的宏观俘获截面值，σma为地层骨架的宏观俘获截面值，a、b、c均为仪器刻度系数；[0029] 步骤7，根据地层的地层流体类型划分参数和中子孔隙度，基于mcnp数值模拟方法建立地层流体类型划分图版，确定地层内流体的类型，综合地层的含油饱和度、含气饱和度和流体类型，评价地层的含油气性。[0030] 优选地，所述步骤7中，具体包括以下步骤：[0031] 步骤7.1，根据双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的结构参数，结合双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪在井中的实际探测情况，构建双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型；[0032] 步骤7.2，依次将双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型中地层设置为饱含水、饱含油和饱含气的砂岩地层，分别改变双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型中地层的孔隙度，模拟得到不同地层条件下的双clyc双粒子探测器的热中子时间谱、伽马能谱和伽马时间谱，分别计算各地层条件所对应的地层流体类型划分参数；[0033] 步骤7.3，依次根据饱含砂岩地层、饱含油砂岩地层和饱含气砂岩地层中各地层孔隙度对应的地层流体类型划分参数，分别确定砂岩地层饱含水、饱含油和饱含气时双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪地层流体类型划分参数的测量响应，绘制地层流体类型划分图版；[0034] 步骤7.4，根据地层流体类型划分参数和地层中子孔隙度，利用地层流体类型划分图版确定地层内流体的类型，综合地层的含油饱和度、含气饱和度和流体类型，评价地层的含油气性。[0035] 优选地，所述步骤7.2中，依次将双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型中的地层孔隙度设置为0、5％、10％、15％、20％、25％、30％。[0036] 本发明所带来的有益技术效果：[0037] 本发明基于clyc(cs2liycl6:ce3 )双粒子探测器的探测特性，将clyc双粒子探测器应用于脉冲中子饱和度测井仪器设计中，通过对仪器结构、脉冲测量时序和仪器测量信息进行研究，提出了一种基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪，该可控中子源多谱测井仪实现了对地层中子和伽马信息的同步测量，仪器一次下井即可获取地层的热中子时间谱、碳氧比模式总伽马能谱、碳氧比模式俘获伽马能谱、中子寿命模式伽马时间谱和地层本底伽马时间谱等多谱信息，即实现了对地层中子孔隙度、中子伽马密度、含油饱和度、含气饱和度的同时测量以及地层流体类型的准确获取，减少了仪器下井次数的同时有效提升了地层含油气性评价的准确性，为脉冲中子饱和度测井仪器的设计提供了一种新思路。[0038] 本发明还提出了一种基于双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的测井方法，利用可控中子源多谱测井仪的clyc双粒子探测器记录相同源距位置处地层的中子场和伽马场，实现了对地层中子信息和伽马信息的同时测量，相比于常规利用不同源距中子探测器或伽马探测器组合探测的测井方法以及通过在探测器外包裹硼套的次生伽马中子记录方法，本发明方法中clyc双粒子探测器记录的中子场和伽马场均具有明确的对应性和良好的统计性，实现了对相同源距位置处地层热中子时间谱、伽马能谱和伽马时间谱的直接测量，保证了地层流体类型划分的准确性，为地层的含油气性评价提供了新方法。附图说明[0039] 图1为本发明基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪结构示意图。[0040] 图2为基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪的脉冲测量时序示意图。[0041] 图3为双clyc双粒子探测器热中子计数比与地层中子孔隙度的刻度关系图。[0042] 图4为不同地层条件下中子伽马密度计算值与真实值的对比图。[0043] 图5为含油地层中近clyc双粒子探测器碳氧比值的测量响应。[0044] 图6为含气地层中双clyc双粒子探测器非弹热中子计数比差值的测量响应。[0045] 图7为地层流体类型划分图版。[0046] 图中，1、d‑t可控中子源，2、第一钨镍铁屏蔽体，3、近clyc双粒子探测器，4、第二钨镍铁屏蔽体，5、远clyc双粒子探测器，6、地层，7、井壁，8、仪器壳体。具体实施方式[0047] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0048] 一种基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪，如图1所示，可控中子源多谱测井仪的仪器壳体内部由下而上依次设置有d‑t可控中子源1、第一钨镍铁屏蔽体2、近clyc双粒子探测器3、第二钨镍铁屏蔽体4和远clyc双粒子探测器5，近clyc双粒子探测器3和远clyc双粒子探测器5，能够同时测量地层的热中子时间谱、伽马能谱(包括碳氧比模式总伽马能谱和碳氧比模式俘获伽马能谱)和伽马时间谱(包括中子寿命模式伽马时间谱和本底伽马时间谱)。[0049] 本实施例中基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪，其仪器参数如下所示：[0050] 基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪，仪器壳体8的直径设置为843mm，d‑t可控中子源1的产额不低于1×10/s。近clyc双粒子探测器3和远clyc双粒子探测器5共同构成双clyc双粒子探测器，其中，近clyc双粒子探测器3的直径设置为25.4mm、长度设置为50.8mm，与d‑t可控中子源1之间的距离为30cm，远clyc双粒子探测器5的直径设置为25.4mm、长度设置为101.6mm，与d‑t可控中子源1之间的距离为55cm；近clyc双粒子探测器33 和远clyc双粒子探测器5均为cs2liycl6:ce 闪烁晶体探测器，近clyc双粒子探测器3和远3clyc双粒子探测器5采集的伽马能谱能量范围为0.1～10.3mev且分为256道。cs2liycl6:ce 3晶体的密度为3.31g/cm，伽马能量分辨率为4～5％，热中子能量分辨率为4～6％，伽马光产额20000光子/mev，中子光产额70500光子/mev，在‑30℃～180℃的温度区间内正常工作，能够满足井下严苛探测环境的需求。[0051] 第一钨镍铁屏蔽体2设置于d‑t可控中子源1与近clyc双粒子探测器3之间，第二钨镍铁屏蔽体4设置于近clyc双粒子探测器3与远clyc双粒子探测器5之间，第一钨镍铁屏蔽体2和第二钨镍铁屏蔽体4均采用掺杂有1％硼元素的钨镍铁材料制成，第一钨镍铁屏蔽体2的直径设置为42mm、长度设置为800mm，第二钨镍铁屏蔽体4的直径设置为42mm、长度设置为20mm。[0052] 本实施例中基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪，其脉冲测量时序设计如图2所示，脉冲测量时序的周期时长为100ms，包括时长为99ms的时间段t1和时长为1ms的时间段t2；时间段t1内包括4个记录周期，各记录周期内包括300个碳氧比模式记录周期和1个中子寿命模式记录周期，碳氧比模式记录周期的总时长为75μs，包括时间门g1和时间门g2，时间门g1的记录范围为第10～30μs，用于控制d‑t可控中子源以脉冲形式发射快中子以及记录碳氧比模式总伽马能谱，时间门g1记录的第10～15μs，d‑t可控中子源处于预热状态，时间门g1记录的第15～30μs，d‑t可控中子源以脉冲形式发生快中子；时间门g2的记录范围为第35～75μs，用于记录碳氧比模式俘获伽马能谱和碳氧比模式伽马时间谱；中子寿命记录周期的总时长为2250μs，其中设置有时间门g3，时间门g3的记录范围为第75～2325μs，用于记录中子寿命模式伽马时间谱和热中子时间谱，时间段t2内设置有时间门g4，时间门g4的记录范围为2325～3325μs，用于记录本底伽马时间谱。[0053] 本发明还提出了一种基于双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的测井方法，采用如上所述的基于双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪，能够同时测量地层的中子孔隙度、中子伽马密度、含油饱和度、含气饱和度以及确定地层的流体类型，综合评价地层的含油气性，具体包括以下步骤：[0054] 步骤1，将双clyc双粒子探测器的可控中子源多谱测井仪在井中贴井壁7连续测量，利用d‑t可控中子源以脉冲形式发射快中子，近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器分别记录不同位置处的热中子时间谱、伽马能谱和伽马时间谱，具体包括热中子时间谱、碳氧比模式总伽马能谱、碳氧比模式俘获伽马能谱、中子寿命模式伽马时间谱和本底伽马时间谱。[0055] 步骤2，根据近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器测量的热中子时间谱，获取近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的热中子计数比，计算得到地层的中子孔隙度，如式(1)所示：[0056][0057] 式中，φ为地层的中子孔隙度，rth为近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的热中子计数比，b0、b1、b2和b3均为中子孔隙度刻度系数，可通过标准刻度井刻度或mcnp数值模拟获得。[0058] 本实施例中中子孔隙度刻度系数通过mcnp数值模拟获得，根据双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的仪器参数和实际测量情况，利用mcnp数值模拟软件建立双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型，将建立双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型的地层6设置为饱含水的石灰岩地层，依次将建立双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型的地层孔隙度设置为0、5％、10％、15％、20％、25％和30％，分别模拟得到不同地层孔隙度条件下近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器测量的热中子时间谱，计算各地层条件下近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的热中子计数比，得到双clyc双粒子探测器热中子计数比与地层中子孔隙度的刻度关系，如图3所示，通过对双clyc双粒子探测器热中子计数比与地层中子孔隙度的刻度关系进行拟合，确定中子孔隙度刻度系数b0、b1、b2和b3。[0059] 步骤3，根据近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器测量的碳氧比模式总伽马能谱和碳氧比模式俘获伽马能谱，通过在碳氧比模式总伽马能谱中扣除碳氧比模式俘获伽马能谱得到非弹伽马能谱，分别得到近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱，确定近clyc双粒子探测器和远clyc双粒子探测器的非弹伽马计数比，计算得到地层的中子伽马密度，如式(2)所示：[0060] ρ＝a1ln(rin) a2ln(rth) a3(2)[0061] 式中，ρ为地层的中子伽马密度，rin为近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的非弹伽马计数比，a1、a2、a3均为中子伽马密度刻度系数，通过将仪器置于标准刻度井中刻度后确定。[0062] 采用刻度后的双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪对实测井进行测量，根据近clyc双粒子探测器和远clyc双粒子探测器的非弹伽马计数比计算得到地层中子伽马密度的计算值，并与地层的真实密度进行对比，如图4所示，发现采用本发明方法计算的地层中子伽马密度与地层真实密度一致，验证了本发明双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪对地层中子伽马密度测量的准确性。[0063] 步骤4，根据近clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱获取近clyc双粒子探测器的碳氧比值，再根据近clyc双粒子探测器的碳氧比模式俘获伽马能谱获取近clyc双粒子探测器的硅钙比值，计算得到地层含油饱和度，如式(3)所示：[0064][0065] 式中，so为地层含油饱和度，cor为近clyc双粒子探测器的碳氧比值，scr为近clyc双粒子探测器的硅钙比值，kw、bw、c1、c2和c3均为含油饱和度刻度系数。[0066] 本实施例中将双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型中的地层依次设置为饱含水砂岩地层和饱含水石灰岩地层，分别将地层孔隙度设置为0、5％、10％、15％、20％、25％和30％，模拟得到不同地层条件下近clyc双粒子探测器测量的碳氧比模式总伽马能谱和碳氧比模式俘获伽马能谱，通过在碳氧比模式总伽马能谱中扣除碳氧比模式俘获伽马能谱得到非弹伽马能谱，得到不同地层条件下近clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱。[0067] 根据不同地层条件下近clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱获取近clyc双粒子探测器的碳氧比值，再根据不同地层条件下近clyc双粒子探测器的碳氧比模式俘获伽马能谱获取近clyc双粒子探测器的硅钙比值，以近clyc双粒子探测器的硅钙比值作为横坐标、碳氧比值作为纵坐标绘制碳氧硅钙交会图，通过分析碳氧硅钙交会图确定含油饱和度刻度系数kw和bw。[0068] 再利用双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型进行模拟，通过将双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型中的地层依次设置为砂岩地层，在地层饱含水和饱含油的条件下分别将地层孔隙度设置为0、5％、10％、15％、20％、25％和30％，模拟得到不同地层条件下近clyc双粒子探测器的碳氧比值，如图5所示，计算相同孔隙度条件下饱含油砂岩地层碳氧比值与饱含水砂岩地层碳氧比值的差值，通过对不同孔隙度条件下饱含油砂岩地层碳氧比值与饱含水砂岩地层碳氧比值的差值曲线进行拟合，确定含油饱和度刻度系数c1、c2和c3。[0069] 步骤5，根据近clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱和热中子时间谱，确定近clyc双粒子探测器的非弹热中子计数比值，再根据远clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱和热中子时间谱，确定远clyc双粒子探测器的非弹热中子计数比值，计算得到地层含气饱和度，如式(4)所示：[0070][0071] 式中，sg为地层含气饱和度，rit为近clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值与远clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值之间的差值，ritw为地层饱含水时近clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值与远clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值之间的差值，ritg为地层饱含气时近clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值与远clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值之间的差值，d1、d2、d3均为地层饱含水时双clyc双粒子探测器的含气饱和度刻度系数，f1、f2、f3均为地层饱含气时双clyc双粒子探测器的含气饱和度刻度系数。[0072] 本实施例中利用mcnp数值模拟确定地层饱含水时双clyc双粒子探测器的含气饱和度刻度系数d1、d2、d3以及地层饱含气时双clyc双粒子探测器的含气饱和度刻度系数f1、f2、f3。将双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型中的地层设置为饱含水砂岩地层和饱含气砂岩地层，将地层孔隙度设置为0、5％、10％、15％、20％、25％和30％，模拟得到不同地层条件下双clyc双粒子探测器的非弹伽马能谱和热中子时间谱，分别计算得到不同孔隙度条件下饱含水砂岩地层中近clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值与远clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值之间的差值以及不同孔隙度条件下饱含气砂岩地层中近clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值与远clyc双粒子探测器非弹热中子计数比值之间的差值，如图6所示。根据饱含水砂岩地层中双clyc双粒子探测器非弹热中子计数比差值随孔隙度的变化规律，拟合分析后得到地层饱含水时双clyc双粒子探测器的含气饱和度刻度系数d1、d2和d3。再根据饱含气砂岩地层中双clyc双粒子探测器非弹热中子计数比差值随孔隙度的变化规律，拟合分析后得到地层饱含气时双clyc双粒子探测器的含气饱和度刻度系数f1、f2和f3。[0073] 步骤6，根据近clyc双粒子探测器的伽马时间谱获取地层的宏观俘获截面值，结合近clyc双粒子探测器的碳氧比值以及近、远clyc双粒子探测器的热中子计数比，计算地层流体类型划分参数，如式(5)所示：[0074][0075] 式中，d为地层流体类型划分参数，cor为近clyc双粒子探测器的碳氧比值，rth为近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的热中子计数比，σ为地层的宏观俘获截面值，σma为地层骨架的宏观俘获截面值，a、b、c均为仪器刻度系数。[0076] 步骤7，根据计算得到的地层流体类型划分参数，基于mcnp数值模拟方法建立地层流体类型划分图版，确定地层的流体类型，综合地层的含油饱和度、含气饱和度和流体类型，评价地层的含油气性，具体包括以下步骤：[0077] 步骤7.1，根据双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪的结构参数，构建双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型，双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型中双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪在井中贴井壁测量。[0078] 步骤7.2，依次将双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型中地层设置为饱含水、饱含油和饱含气的砂岩地层，分别将双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪数值模拟模型中砂岩地层的孔隙度设置为0、5％、10％、15％、20％、25％、30％，模拟得到不同地层条件下的双clyc双粒子探测器的热中子时间谱、伽马能谱和伽马时间谱，确定不同地层条件下近clyc双粒子探测器的碳氧比值、近clyc双粒子探测器与远clyc双粒子探测器的热中子计数比、地层的宏观俘获截面值，分别计算各地层条件所对应的地层流体类型划分参数。[0079] 步骤7.3，依次根据不同孔隙度条件下饱含水砂岩地层、饱含油砂岩地层和饱含气砂岩地层所对应的地层流体类型划分参数，分别确定砂岩地层饱含水、饱含油和饱含气时双clyc双粒子探测器可控中子源多谱测井仪地层流体类型划分参数的测量响应，绘制地层流体类型划分图版，如图7所示。[0080] 步骤7.4，根据地层流体类型划分参数和地层中子孔隙度，利用地层流体类型划分图版确定地层内流体的类型，综合地层的含油饱和度、含气饱和度和流体类型，评价地层的含油气性。[0081] 本发明方法能够准确获取地层的中子孔隙度、中子伽马密度、含油饱和度和含气饱和度，实现了对地层流体类型的准确划分，有利于地层的含油气性评价。[0082] 当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

专利地区：山东

专利申请日期：2022-06-08

专利公开日期：2024-07-09

专利公告号：cn115012920b