一种孔隙度与俘获截面量值传递装置及处理方法

技术领域

本发明涉及油气勘探中的测井技术领域，具体为一种孔隙度与俘获截面量值传递装置及处理方法。

背景技术

地层孔隙度、地层俘获截面是石油地质以及储层评价中重要的地质参数，精确测量油藏的孔隙度、俘获截面对油气开发和勘探有极其重要的意义。石油测井是储层孔隙度、俘获截面测量的主要方法。石油测井量值是判断该油气藏的位置和含量的依据，其准确性对油气勘探开发工作至关重要。石油测井量值传递工作是测井量值准确性的保证。目前孔隙度量值传递工作使用的是属于二类放射源的同位素中子源，安全风险高，对操作人员辐射伤害大，而且放射源异地使用及安全环保问题。俘获截面量值传递一般使用氘氚中子发生器，氘氚中子发生器中子产额较高，被普遍用于放射性石油测井仪器。但使用该中子发生器的石油测井仪孔隙度灵敏度较低，不适合高孔隙度刻度块量值传递，该发生器使用的氘氚中子管含有天然放射性氚，在制造过程中也存在辐射危害，并且制造成本昂贵。以上问题限制了孔隙度、俘获截面的量值溯源、传递工作开展。

发明内容

针对现有技术中存在孔隙度及俘获截面量值传递的问题，本发明提供一种孔隙度与俘获截面量值传递装置及处理方法，结构简单，操作方便，无放射性污染危害，可进行地层俘获截面量值传递；相较于氘氚中子测井仪孔隙度灵敏度更高。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种孔隙度与俘获截面量值传递装置，包括测井仪外壳，所述测井仪外壳包括依次连接的上护帽、线路外筒和下护帽以及测井仪外壳内设置的发射短节、探测短节和电子线路短节，所述电子线路短节设置在上护帽内，所述探测短节设置在线路外筒内，所述探测短节包括主绝缘筒组件和外围电路；所述主绝缘筒组件设置在线路外筒内，外围电路设置在下护帽内，所述电子线路短节电源连接探测短节，所述探测短节螺纹连接主绝缘筒组件的一端，主绝缘筒组件与外围电路连接。

优选的，电子线路短节包括探测器高压电源、低压电源、数据采集控制模块和数据传输模块，其中探测器高压电源和低压电源布置在上护帽内线路骨架的一侧，并与发射短节和探测短节电源连接；数据采集控制模块和数据传输模块布置在上护帽内线路骨架的另一侧，并与发射短节和探测短节通信连接。

优选的，探测短节包括沿着线路外筒的长边方向依次连接的远探测前置放大器、远探测器、远探测器屏蔽体、近探测前置放大器、近探测器和近探测器屏蔽体，所述前置放大器与电子线路短节连接，所述近探测器屏蔽体的连接端与主绝缘筒组件的一端螺纹连接。

进一步的，主绝缘筒组件包括绝缘筒外壳、氘氘中子管和高压变压器及倍压电路；所述氘氘中子管靶极与高压变压器及倍压电路输出端相连，且氘氘中子管和高压变压器及倍压电路均密封在绝缘筒外壳内，绝缘筒外壳的一端与近探测器屏蔽体的连接端螺纹连接，另一端与外围电路连接。

更进一步的，外围电路包括中子发生器外围电路，所述中子发生器外围电路的输出端通过绝缘接线柱接入绝缘筒外壳上。

优选的，发射短节、探测短节和电子线路短节在测井仪外壳内同轴连接。

一种孔隙度刻度的处理方法，基于上述所述的孔隙度与俘获截面量值传递装置，包括如下步骤：

利用蒙特卡罗方法，根据所述一种孔隙度与俘获截面量值传递装置及标准孔隙度刻度井的结构建立孔隙度刻度模型，模拟氘氘源中子发生器的工作模式，设置不同的脉冲宽度、脉冲起始时间、脉冲周期，通过分析孔隙度刻度数据确定氘氘源中子发生器最优工作状态。

优选的，所述孔隙度刻度模型包括刻度井模型和测井仪模型，其中，测井仪模型依据所述孔隙度与俘获截面量值传递装置结构构建，包括中子发生器、近探测器屏蔽体、近探测器、远探测器屏蔽体、远探测；其中近探测器屏蔽,由钨镍铁屏蔽体与碳化硼屏蔽体构成；远探测器屏蔽体为碳化硼屏蔽体。

一种地层俘获截面数据处理方法，基于上述所述的孔隙度与俘获截面量值传递装置，包括如下步骤：

利用蒙特卡罗方法，根据所述一种孔隙度与俘获截面量值传递装置及标准地层俘获截面刻度井结构建立地层俘获截面刻度模型，设置多种所述氘氘中子发生器的工作模式，通过选择合理的探测器采集时窗的数量、位置及时长，实现基于单指数拟合的地层俘获截面最优算法。

优选的，氘氘中子发生器采用双脉冲工作模式，探测器采用滑动时窗方式进行数据采集。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供了一种孔隙度与俘获截面量值传递装置，发射短节、探测短节、电子线路短节组成，可实现孔隙度、地层俘获截面的量值传递。发射短节可以称之为中子发生器，包括氘氘中子管和外围供电及控制电路；探测短节包括屏蔽体、两个探测器及与之匹配的前置放大器；电子线路短节包括高压电源、低压电源、数据处理分析模块、数据传输模块。本发明中相较于使用镅铍中子源的补偿中子测井仪无放射性污染危害，可进行地层俘获截面量值传递；相较于氘氚中子测井仪孔隙度灵敏度更高。

进一步的，电子线路短节包括给探测器供电的高压电源，数据处理分析模块、数据传输模块及相应低压供电电源，通过数据处理分析模块、数据传输模块有效的对探测器进行数据传输和分析，高压电源、低压电源有效的对探测器进行供电。

本发明提供了一种孔隙度刻度的处理方法，利用蒙特卡罗方法，建立孔隙度刻度模型，模拟结果结合刻度井实测数据，确定氘氘源中子测井仪最优工作状态，将氘氘源中子测井仪至于孔隙度刻度环境，通过调节中子发生器工作模式和探测器开窗位置及时间，确定孔隙度灵敏度和精度最优值。

本发明还提供了一种孔隙度刻度的处理方法，通过理论计算及实际测量，优选氘氘源中子发生器的脉冲时序以及探测器采集时窗的数量、位置及时长，实现地层俘获截面的高精度测量。

附图说明

图1为本发明中一种孔隙度与俘获截面量值传递装置的结构示意图；

图2为本发明中孔隙度刻度模型；

图3a为本发明中某条件下直流模式氘氘源、直流模式氘氚源、镅铍源的近探测器计数率线型图；

图3b为本发明中某条件下直流模式氘氘源、直流模式氘氚源、镅铍源的远探测器计数率线型图；

图3c为本发明中某条件下直流模式氘氘源、直流模式氘氚源、镅铍源的近、远探测器计数比线型图；

图4为本发明中某条件下直流模式氘氘源、脉冲模式氘氘源、镅铍源的近、远探测器计数比线型图；

图5为本发明中氘氘中子发生器脉冲工作模式探测器开窗时间与计数率及比值的关系线型图；

图6a为本发明中氘氘中子发生器某双脉冲工作时序下近探测器俘获截面时间谱；

图6b为氘氘中子发生器某双脉冲工作时序下远探测器俘获截面时间谱。

图中：1-上护帽；2-数据传输模块；3-数据采集控制模块；4-低压电源；5-探测器高压电源；6-线路外筒；7-远探测前置放大器；8-远探测器；9-远探测器屏蔽体；10-近探测前置放大器；11-近探测器；12-近探测器屏蔽体；13-主绝缘筒；14-氘氘中子管；15-高压变压器及倍压电路；16-中子发生器外围电路；17-下护帽。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供一种孔隙度与俘获截面量值传递装置及处理方法，结构简单，操作方便，无放射性污染危害，可进行地层俘获截面量值传递；相较于氘氚中子测井仪孔隙度灵敏度更高。

具体的，根据图1所示，该孔隙度与俘获截面量值传递装置，包括测井仪外壳，所述测井仪外壳包括依次连接的上护帽1、线路外筒6和下护帽17以及测井仪外壳内设置的发射短节、探测短节和电子线路短节，所述电子线路短节设置在上护帽1内，所述探测短节设置在线路外筒6内，所述探测短节包括主绝缘筒组件和外围电路；所述主绝缘筒组件设置在线路外筒6内，外围电路设置在下护帽17内，所述电子线路短节电源连接探测短节，所述探测短节螺纹连接主绝缘筒组件的一端，主绝缘筒组件与外围电路连接。

具体的，电子线路短节包括探测器高压电源5、低压电源4、数据采集控制模块3和数据传输模块2，其中探测器高压电源5和低压电源4布置在上护帽1内线路骨架的一侧，并与发射短节和探测短节电源连接；数据采集控制模块3和数据传输模块2布置在上护帽1内线路骨架的另一侧，并与发射短节和探测短节通信连接。

具体的，探测短节包括沿着线路外筒6的长边方向依次连接的远探测前置放大器7、远探测器8、远探测器屏蔽体9、近探测前置放大器10、近探测器11和近探测器屏蔽体12，所述前置放大器7与电子线路短节连接，所述近探测器屏蔽体12的连接端与主绝缘筒组件的一端螺纹连接。

其中，主绝缘筒组件包括绝缘筒外壳13、氘氘中子管14和高压变压器及倍压电路15；所述氘氘中子管14靶极与高压变压器及倍压电路15输出端相连，且氘氘中子管14和高压变压器及倍压电路15均密封在绝缘筒外壳13内，绝缘筒外壳13的一端与近探测器屏蔽体12的连接端螺纹连接，另一端与外围电路连接。

其中，外围电路包括中子发生器外围电路16，所述中子发生器外围电路16的输出端通过绝缘接线柱接入绝缘筒外壳13上。中子发生器外围电路16离子源供电及控制电路、靶压供电及控制电路，以上供电电路输出端由绝缘接线柱接入主绝缘筒。

具体的，发射短节、探测短节和电子线路短节在测井仪外壳内同轴连接。

本发明提供了一种孔隙度刻度的处理方法，基于上述所述的孔隙度与俘获截面量值传递装置，包括如下步骤：

利用蒙特卡罗方法，根据所述一种孔隙度与俘获截面量值传递装置及标准孔隙度刻度井的结构建立孔隙度刻度模型，模拟氘氘源中子发生器的工作模式，设置不同的脉冲宽度、脉冲起始时间、脉冲周期，通过分析孔隙度刻度数据确定氘氘源中子发生器最优工作状态。

其中，孔隙度刻度模型包括刻度井模型和测井仪模型，其中，测井仪模型依据所述孔隙度与俘获截面量值传递装置结构构建，包括中子发生器、近探测器屏蔽体12、近探测器11、远探测器屏蔽体9、远探测8；其中近探测器屏蔽,12由钨镍铁屏蔽体与碳化硼屏蔽体构成；远探测器屏蔽体9为碳化硼屏蔽体。

本发明还包括一种地层俘获截面数据处理方法，基于上述所述的孔隙度与俘获截面量值传递装置，包括如下步骤：

利用蒙特卡罗方法，根据所述一种孔隙度与俘获截面量值传递装置及标准地层俘获截面刻度井结构建立地层俘获截面刻度模型，设置多种所述氘氘中子发生器的工作模式，通过选择合理的探测器采集时窗的数量、位置及时长，实现基于单指数拟合的地层俘获截面最优算法。

其中，氘氘中子发生器采用双脉冲工作模式，探测器采用滑动时窗方式进行数据采集。

实施例

本实施例提供一种孔隙度与俘获截面量值传递装置，其结构示意图可参考图1。如图1所示上护帽1与线路外筒6相连，线路外筒6与下护帽17相连，构成测井仪的密封外壳。氘氘中子管14靶极与高压变压器及倍压电路15输出端相连，密封在主绝缘筒13内，中子发生器外围电路16输出端通过绝缘接线柱接入主绝缘筒13，中子发生器外围电路16与主绝缘筒13构成发射短节。近探测器屏蔽体12与主绝缘筒13使用螺纹钉固定，近探测器屏蔽体12、近探测器11、近探测前置放大器10、远探测器屏蔽体9、远探测器8、远探测前置放大器7依次相连，构成探测短节。探测器高压电源5、低压电源4、数据采集控制模块3、数据传输模块2分别置于线路骨架两侧，构成电子线路短节。

本发明还提供了一种孔隙度刻度的处理方法，具体步骤如下：利用蒙特卡罗方法，建立孔隙度刻度模型如图2所示，该模型由刻度井模型和测井仪模型构成。地层岩性分别选取石灰岩、砂岩、白云岩，地层孔隙度分别选取0、5、10、15、20、30、40，井径为200mm。测井仪模型依据所述孔隙度与俘获截面量值传递装置结构构建，包括中子发生器、近探测器屏蔽体、近探测器、远探测器屏蔽体、远探测。其中近探测器屏蔽体由钨镍铁屏蔽体与碳化硼屏蔽体构成，远探测器屏蔽体为碳化硼屏蔽体。近、远探测器分别为尺寸不等的两支He3管，近、远探测器源距分别为38.5cm、71.8cm。

根据所述孔隙度刻度模型，模拟了若干组中子产额106～107量级及不同近、远探测器源距条件下，直流模式氘氘源、直流模式氘氚源、镅铍源等三种中子源在相同中子产额时近、远探测器计数率与计数比，图3a、图3b、图3c分别为所述条件为某定值时三种中子源的近、远探测器计数率与计数比，其他条件时得到规律相同不再累述。由理论模拟结果得出结论：所述三种中子源中，直流模式氘氘源在计数率、比值灵敏度方面性能最优。

根据所述孔隙度刻度模型，模拟了若干组中子产额106～107量级及不同近、远探测器源距条件下，直流模式氘氘源、脉冲模式氘氘源、镅铍源等三种中子源在相同中子产额时近、远探测器计数比，图4为所述条件为某定值时三种中子源的近、远探测器计数比，其它条件时得到规律相同不再累述。由模拟结果可以得出结论：氘氘源的脉冲工作模式比直流工作模式比值灵敏度更高，最适用于孔隙度刻度。

将所述孔隙度与俘获截面量值传递装置置于若干不同孔隙度标准刻度井中，为了使中子发生器中子产额、探测器计数达到最优解，设置多组氘氘中子发生器的脉冲宽度、脉冲周期、探测器采集时窗数据进行测量，最后确定脉冲宽度为80us、道宽12.8us、探测器采集时窗为27道～256道，图5为所述多组数据之一，其他不再累述。

以上为所述孔隙度刻度的处理方法的步骤，利用蒙特卡罗方法，建立孔隙度刻度模型，模拟结果结合刻度井实测数据，确定氘氘源中子测井仪最优工作状态。未提及的过程均为孔隙度刻度通用方法，不进行额外说明。

本实施例还提供了一种地层俘获截面数据处理方法，为消除井眼对地层俘获截面测量的影响，氘氘中子发生器采用双脉冲工作模式，探测器采用滑动时窗方式进行数据采集。具体步骤如下：设置多组氘氘中子发生器的双脉冲工作时序，首脉冲时序用于测量井眼俘获截面，尾脉冲时序用于测量的地层俘获截面。利用所述方法M1构建的模型图2，模拟出在计数率、俘获截面测量值方面最优时序组合，图6a、图6b分别是某双脉冲工作时序下近、远探测器俘获截面的时间谱，其他时序不再累述。

近、远探测器在一个中子发生器发射周期内开两个时窗，分别是井眼时窗和地层时窗，在淡水、淡盐水、浓盐水中开窗时间滑动变化。

开窗时间与俘获截面数据，如表1所示，其余同类型数据不再累述。

表1开窗时间与俘获截面数据

以上为所述地层俘获截面数据处理方法的全步骤，使用中子发生器双脉冲工作模式、探测器滑动开双窗的方式实现地层俘获截面的精确刻度。

综上所述，本发明提供一种孔隙度与俘获截面量值传递装置及处理方法，相较于使用镅铍中子源的补偿中子测井仪无放射性污染危害，可进行地层俘获截面量值传递；相较于氘氚中子测井仪孔隙度灵敏度更高。，用高性价比的中子发生器代替同位素中子源一直是放射性测井量值传递研究的重点。氘氘中子发生器(氘氘中子发生器)虽然中子产额相较于氘氚中子发生器低1到2个数量级，但具有更高的孔隙度灵敏度，且使用寿命更长，成本更低，更适合孔隙度、地层俘获截面的量值传递。孔隙度刻度方法将氘氘源中子测井仪至于孔隙度刻度环境，通过调节中子发生器工作模式和探测器开窗位置及时间，确定孔隙度灵敏度和精度最优值；地层俘获截面数据处理方法通过实验方法确定氘氘中子发生器工作模式及地层俘获截面计算方法。

本发明一种孔隙度与俘获截面量值传递装置及处理方法进行孔隙度、地层俘获截面的刻度块量值传递，相较于使用同位素中子源的孔隙度测井仪安全、环保，相较于使用氘氘源的孔隙度测井仪孔隙度灵敏度更高，且使用寿命更长，成本更低。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。