[發(fā)明專利]融合自然γ能譜與中子時間譜的鈾礦測井刻度參數(shù)求法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810516711.2
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108825219B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯彬;王海濤;陳銳;黃凡;張積運(yùn);張雄杰;劉志鋒;王仁波;周書民;管少斌;瞿金輝
• 申請（專利權(quán)）人: 東華理工大學(xué)
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00
• 代理公司: 江西省專利事務(wù)所 36100
• 代理人: 胡里程

1.一種融合自然γ能譜與中子時間譜的鈾礦測井刻度參數(shù)求法，具體是指：將自然γ能譜測井與鈾裂變瞬發(fā)中子時間譜測井的兩種測井方法有機(jī)融合在一起，構(gòu)建出組合式鈾礦測井方法；以及利用該測井方法獲取的數(shù)據(jù)實現(xiàn)鉆孔穿過的巖礦層內(nèi)鈾、釷、鐳、鉀天然放射性元素定量的刻度參數(shù)求法；

1)、由于自然γ能譜與瞬發(fā)中子時間譜這兩類測井方法的特征能區(qū)計數(shù)率與放射性元素含量之間的正比關(guān)系非常相似，且高能區(qū)特征γ射線在低能區(qū)將形成散射γ射線的附加計數(shù)率，對于沿鉆孔分布的無數(shù)個放射性薄層，如果依此構(gòu)建厚度H＝H₁+H₂→∞的放射性礦層或巖層，則將沿鉆孔方向的放射性元素含量分布函數(shù)記為q_k(z)，相應(yīng)沿鉆孔方向的特征能區(qū)計數(shù)率分布函數(shù)記為N_i(Z)，則兩者的函數(shù)關(guān)系將由積分表達(dá)式表示為：

其中，厚度采用微分元dz表示的任一放射性薄層在鉆孔任一深度坐標(biāo)Z處形成的特征能區(qū)計數(shù)率的微分表達(dá)式為：

式中，

Z、z分別表示鉆孔中的測點深度坐標(biāo)和放射性薄層的深度坐標(biāo)；則|Z-z|為測點到任一放射性薄層的距離，其中放射性薄層的厚度采用微分元dz表示；

q_k(z)表示深度坐標(biāo)z處的放射性薄層中的各元素含量；其中，按特征能區(qū)從高能到低能的順序，對應(yīng)鈾放射性元素的編號為k＝1、釷放射性元素的編號為k＝2、鐳放射性元素的編號為k＝3、鉀放射性元素的編號為k＝4；

N_i(Z)表示無數(shù)個放射性薄層構(gòu)建處的放射性礦層在測點深度坐標(biāo)Z處形成的特征能區(qū)計數(shù)率；其中，任一放射性薄層形成的特征能區(qū)計數(shù)率采用微分元dN_i(Z)表示；按特征能區(qū)從高能到低能的順序，對應(yīng)鈾放射性元素的特征能區(qū)編號為i＝1、釷放射性元素的特征能區(qū)編號為i＝2、鐳放射性元素的特征能區(qū)編號為i＝3、鉀放射性元素的特征能區(qū)編號為i＝4，這些特征能區(qū)分別稱之為鈾能區(qū)、釷能區(qū)、鐳能區(qū)、鉀能區(qū)；

稱為地質(zhì)脈沖響應(yīng)函數(shù)，記為用于表達(dá)任一放射性薄層所能響應(yīng)的特征能區(qū)計數(shù)率的變化規(guī)律；也就是的取值隨測點深度坐標(biāo)為Z與放射性薄層深度坐標(biāo)為z之間的距離|Z-z|的加大而減小，其衰減規(guī)律由負(fù)指數(shù)函數(shù)近似描述，其中α_i稱為特征參數(shù)，表征了衰減速率，且α_i的取值與射線種類、射線與巖礦層相互作用因素相關(guān)；

A_ki稱為刻度因子；如果將放射性元素均勻分布的“無限厚”礦層稱為飽和礦層，當(dāng)沿鉆孔對僅含第k種放射性元素的單位含量的飽和礦層進(jìn)行測井時，刻度因子A_ki就是該飽和礦層中心點的第i個特征能區(qū)計數(shù)率的測量值，常見的刻度因子A_ki是一個常數(shù)矩陣，表明該飽和礦層內(nèi)的任意一種放射性元素對任意一個特征能區(qū)計數(shù)率都能形成一定的貢獻(xiàn)率；

B_i稱為本底響應(yīng)；包括測井儀與巖層的兩類本底響應(yīng)，且每個特征能區(qū)都有各自的計數(shù)率本底，它常常為一組常數(shù)；

上述(1)式和(2)式就是用來求解巖礦層放射性元素含量沿鉆孔分布的定量方程，分別稱為該鈾礦測井的放射性元素定量方程的積分表達(dá)式和微分表達(dá)式；其中積分表達(dá)式是最常用的求解放射性元素含量分布的定量方程；

2)、對于飽和礦層，實指礦層厚度H中的H₁和H₂均達(dá)0.6m以上，因礦層內(nèi)任一點，深度坐標(biāo)為z的同一種放射性元素含量q_k(z)處處相等，則其任一點的元素含量采用礦層中心點的元素含量表示，深度坐標(biāo)為Z₀來表示，即q_k(z)＝q_k(Z₀)為常數(shù)；由(1)式求得礦層中心區(qū)域任一測點，深度坐標(biāo)為Z的特征能區(qū)計數(shù)率為：

可見，落在飽和礦層中心區(qū)域的任一測點的特征能區(qū)計數(shù)率也處處相等，此時由礦層中心點表示的鉆孔內(nèi)任一測點的特征能區(qū)計數(shù)率為常數(shù)，即：

3)、為了采用積分表達(dá)式(1)式求得礦層內(nèi)的放射性元素含量q_k(z)，就必須事先確定刻度該測井的定量特性和本底干擾的刻度因子A_ki和本底響應(yīng)B_i，因而統(tǒng)稱它們?yōu)榭潭葏?shù)；在鈾礦定量中，并不直接求得刻度因子A_ki，而是將第k種放射性元素稱為主元素，鈾作為主元素的鈾礦定量，主元素以外的其它元素稱為輔元素，且將主元素自身對應(yīng)的特征計數(shù)率稱為主特征計數(shù)率,此時i＝k，相應(yīng)刻度因子分量A_kk稱為換算系數(shù)，其它特征計數(shù)率稱為輔特征計數(shù)率，同時引入靈敏度因子S_ki的定義式為：

S_ki＝A_ki/A_kk (4)

若有只含主元素、不含任何輔元素的飽和礦層刻度模型井又稱其為標(biāo)準(zhǔn)模型井，就能方便地求得換算系數(shù)A_kk與靈敏度因子S_ki，即：

其中，本底響應(yīng)由不含任何放射性元素的標(biāo)準(zhǔn)零值模型井求得：

B_i＝N_i(Z₀)(i＝1,2,3,4) (6)

可見，A_ki＝S_ki·A_kk，表明了刻度因子A_ki是靈敏度因子S_ki對換算系數(shù)A_kk的修正結(jié)果，它明確了A_kk和S_ki的物理關(guān)系；也就是以主元素對主特征計數(shù)率的貢獻(xiàn)率為參考，即S_kk＝1，則主元素對輔特征計數(shù)率的相對貢獻(xiàn)率為S_ki,其中i≠k，或者輔元素對主特征計數(shù)率的相對貢獻(xiàn)率為S_ik，其中k≠i；

只需制作與野外鉆孔條件相當(dāng)?shù)膬H含4種主元素的標(biāo)準(zhǔn)模型井，平衡鈾、平衡釷、鉀元素、零值的標(biāo)準(zhǔn)模型井，就不必求解線性方程組(3)式，而是按(4)式和(5)式直接求得換算系數(shù)A_kk、靈敏度因子S_ki、本底響應(yīng)B_i；由于自然γ能譜與瞬發(fā)中子時間譜相不干擾，將瞬發(fā)中子時間譜測井?dāng)?shù)據(jù)與鈾的特征計數(shù)率N₁(Z)相對應(yīng)之后，且僅僅一個平衡鈾模型井就能求得鈾、鐳的換算系數(shù)A₁₁、A₃₃，且有S_1i＝S_k1＝0，其中i≠1,k≠1；

對于特征能區(qū)定量法，選擇釷的特征能區(qū)覆蓋2.615MeV的特征γ峰，鐳的特征能區(qū)覆蓋1.765MeV的特征γ峰，鉀的1.461MeV的特征γ峰，此時的靈敏度因子S_ki矩陣格式為：

對于特征峰定量法，選擇釷、鐳、鉀的三個特征γ峰分別為2.615MeV、1.765MeV、1.461MeV的特征γ射線，按照低能特征γ射線不產(chǎn)生高能散射γ射線的原則，必有S₂₃≠0、S₂₄≠0、S₃₄≠0，其它S_ki＝0，即刻度因子A_ki的矩陣格式將進(jìn)一步簡化為：

此外，模型井是否達(dá)到飽和礦層對求取靈敏度因子S_ki并不重要，因此實測野外礦層也能求取靈敏度因子S_ki；換句話說，只要大量統(tǒng)計野外礦層實測的輔特征計數(shù)率與主特征計數(shù)率的比值是否接近于相應(yīng)的靈敏度因子S_ki，還能檢測出該測井儀的性能是否發(fā)生變化，進(jìn)而提示用戶該測井儀是否能繼續(xù)使用。