[發明專利]一種脈沖中子能譜測量方法及裝置

在審

• 申請號: 202010592291.3
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN113835132A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 李宏魁;蔣國棟;賈慧麗;古小紅;張文昌;屈廣民;朱玲玲;郭鑫
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司中原油田分公司石油工程技術研究院
• 主分類號: G01V5/10
• 分類號: G01V5/10
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 吳敏;史萌楊

本發明屬于石油勘探開發測試技術領域，具體涉及一種脈沖中子能譜測量方法及裝置。本發明將早俘獲譜對中子爆發非彈總譜的影響考慮在內對中子爆發非彈總譜進行修正，便可得到非彈凈譜INN，將本底譜對俘獲譜的影響考慮在內，對俘獲譜進行修正，便可得到俘獲凈譜。在準確計算得到非彈凈譜和俘獲凈譜后，提高儲層物性參數的精準度，使基于脈沖中子源的各種測井儀器在復雜巖性地層飽和度測井解釋方面的應用取得理想效果。

技術領域

本發明屬于石油勘探開發測試技術領域，具體涉及一種脈沖中子能譜測量方法及裝置。

背景技術

使用脈沖中子源的測量儀器測量地層骨架和流體參數，在石油、天然氣、金屬等礦產資源勘測領域中有著廣泛的應用。由脈沖中子發生器產生的高能中子進入地層后，與地層中的原子核發生非彈性散射、彈性散射、俘獲、活化等核反應，產生超熱中子、熱中子和各種次生γ射線。脈沖中子能譜測井就是通過測量和分析這些射線場的時間和空間分布，通過對能譜中的非彈譜、俘獲譜和伽馬譜進行解析，運用不同的處理方法獲得流體及儲層的物性參數，來確定地層的巖性、孔隙度、流體飽和度及剩余油氣評價。

由脈沖中子發生器發射的14.1MeV的高能快中子射入地層后，按照時間順序依次產生非彈性散射、俘獲、活化伽馬射線，可以從時間上將不同核反應過程中所產生的伽馬射線區分開來，因此形成了不同的脈沖中子能譜測井時序。

本次所述的脈沖時序設計中一個單時序為0～100微秒，包括T1和T2兩個時間段，其中T1時間段時長為0～40微秒，在此期間中子管加載2000伏陽極高壓，中子發生器工作，測量中子爆發非彈總譜；T2時間段時長為40～100微秒，此時中子管陽極高壓關閉，中子發生器停止工作，測量俘獲譜。如圖4所示。

依據上述測量時序，理論上認為40微秒(T1)陽極脈沖開時間段內，中子發生器一直在發射中子，并同時測量記錄下的是非彈總譜。事實上，脈沖中子源的各類測井儀器普遍使用的是潘寧冷陰極結構的中子管，這類結構的中子管受離子源起弧滯后的影響，普遍存在中子爆發延遲，并且每支中子管中子爆發延遲時間隨著靶壓、陽極電流、溫度、工作時間等環境條件的不同而變化，所以陽極脈沖開時間段(T1)包括中子爆發延遲(T1A)時段(如圖5)，而中子管中子爆發延遲(T1A)時段沒有中子也沒發生非彈反應，在這個時段測到的是上個周期末端俘獲譜。同時由于環境中的天然放射性和反應過程中產生的活化伽馬射線，整個測量過程中存在伽馬本底譜。因此在40微秒(T1)陽極脈沖開時間段測量的中子爆發總譜中存在俘獲譜和本底譜，而不是純凈的非彈譜；在60微秒(T2)極脈沖關時間段測量俘獲譜，包括本底譜和俘獲譜，而非純凈的俘獲譜。

而且，除了上述因素外，還存在其他因素影響非彈譜進一步使得得到的非彈譜并不純凈。用不純的非彈譜和俘獲譜計算的地層元素含量或含油氣飽和度等參數精準度差，使得基于脈沖中子源的各種測井儀器在復雜巖性地層、頁巖油氣層、飽和度監測等方面的結果不準，應用效果不理想。

發明內容

本發明提供了一種脈沖中子能譜測量方法及裝置，用以解決用不純的非彈譜和俘獲譜進行測井造成的結果不準的問題。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案包括：

本發明提供了一種脈沖中子能譜測量方法，包括如下步驟：

獲取中子發生器工作時的能譜，確定中子爆發時間和中子爆發延時時間；所述中子發生器工作時的能譜包括各個周期的非彈總譜和俘獲譜；所述中子爆發時間為中子爆發時刻與陽極電壓關斷時刻之間的時間，該時間對應的為中子爆發非彈總譜；所述中子爆發延時時間為陽極電壓加載時刻至中子爆發時刻之間的時間，該時間對應的為第一晚俘獲譜；

根據中子爆發時間，劃分俘獲譜為早俘獲譜和第二晚俘獲譜；其中，早俘獲譜在時間上早于第二晚俘獲譜，早俘獲譜的測量時間與中子爆發非彈總譜的測量時間相等；且第一晚俘獲譜和第二晚俘獲譜構成晚俘獲譜；

按照如下方式一確定非彈凈譜和/或按照方式二確定俘獲凈譜：