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《中国石油大学》 2011年
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随钻环境下脉冲中子测量地层密度的理论基础研究

于华伟  
【摘要】:传统密度测井中的化学放射源容易对周围环境和工作人员的身体健康造成一定的危害。为了避免这些危害的发生,本论文研究了一种在随钻环境下利用D-T脉冲中子源替代传统的铯-137化学放射源,来测量地层密度的方法。 本研究首先从理论上推导利用脉冲中子源测量地层密度的方法及受到的影响,然后针对目前用来解决核测井问题的蒙卡程序(MCNP-5)的各种精度和功能不足,在一系列实验的基础上进行改进。通过精确的蒙卡模拟为脉冲中子密度测井方法设计基本的仪器结构及非弹伽马能谱或计数率的精确测量方法。在以上基础上,根据模拟得到的测井仪器在常见50种地层的各探测器响应,提出一种基于蒙特卡罗库最小二乘(MCLLS)的密度测量方法,分析了各种地层因素和随钻环境对密度测量的影响,然后对这些影响因素提出校正方法。 研究结果表明,D-T脉冲中子源可以用来测量地层的密度,但受到“次生伽马源”分布和岩性的影响。“次生伽马源”分布的影响可使用超热中子探测器的计数来进行校正;岩性的影响通过使用MCLLS方法解析的地层主要元素的产额来校正。实验证明改进后的蒙卡程序(MCNP-5)提高了模拟精度、完善了使用功能,为本研究的准确性提供了基本保证。通过模拟研究了中子和伽马探测器的源距、晶体类型、屏蔽体对于密度测量灵敏度,给出了随钻脉冲中子密度测井仪的最优化设计方案。研究认为超热中子俘获产生的伽马射线对于非弹伽马射线的测量存在影响,利用超热中子计数可以动态的校正掉其影响。蒙特卡罗库最小二乘法(MCLLS)可以较好地用来解析地层中产生非弹伽马射线的元素的相对产额,精度比仅用峰或能量段信息提高2~3倍。基于MCLLS方法的地层密度测量,在经过岩性校正之后,测量精度较其他方法更高,且不再受油气水类型、地层水矿化度、泥质含量等地层因素的影响,还能提供基本岩性和气层的识别。仪器和地层之间的间隙对于随钻脉冲中子密度测井有着较大的影响。针对设计的仪器,另外使用改进后的非弹伽马扩散长度法提供一个密度测量结果,联合使用两种密度测量方法实现对小于0.75in的井眼间隙的补偿校正。本研究为实现随钻脉冲中子密度测井的仪器研制及数据处理和解释方法奠定了坚实的理论基础。
【学位授予单位】:中国石油大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P631.81

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