[发明专利]一种基于脉冲中子的伴随α粒子井下成像系统

说明书

本发明属于核测井技术领域，具体为一种基于脉冲中子的伴随α粒子井下成像系统。该系统是利用快中子的运动方向和运动距离原理，通过探测到的α粒子返回时间tsubgt;α/subgt;及位置伽马时间谱dt计算出快中子的运动方向和运动距离，以此确定出快中子非弹位置，实现地层的空间定位检测。通过对伽马探测器获取的瞬发伽马射线能谱实现地层含油饱和度的计算和地层各元素成分占比的分析。与现有技术相比，本发明的快中子能量达到14.1MeV且能够穿过套管水泥环后与地层中各种元素物质相互作用产生瞬发伽马射线能谱，且该能谱被探测到时受到俘获和本地谱的影响会更小，尤其适用于套后复杂地层环境，具有测量准确度高等优点。

技术领域

本发明属于核测井技术领域，具体为一种基于脉冲中子的伴随α粒子井下成像系统。

背景技术

测井的核心是确定测井信息与地质信息之间应用的关系，采用正确的方法得到地层中流体或岩石的位置及物理性质。随着经济发展对油气资源的需求量大幅上升，加之油气资源本身不具有再生性，这让油气资源的开采环境越来越复杂，使得测井的成本进一步提高。利用测井资料准确得到出油气存储位置、含油饱和度以及地层矿物成分等测井信息具有重要意义。

常规的测井信息获取方法主要有电法测量和核法测井两类。电法测量主要是电阻率测井，利用电阻率测井资料和Archie公式或其派生的一些公式来确定地层含油饱和度。但在实际工作中，储层的电阻率易受岩性等因素的影响，无法获得真实的井壁信息，在计算储层的含油饱和度时，容易造成解释失误。核法测井包括核磁共振测井、中子寿命测井以及碳氧比测井。核磁共振测井是通过对氢核核磁共振信号的观测，识别地层孔隙中的流体及其含量。一维核磁共振测井存在水油信号叠加的情况难以区分处理和解释，二维核磁共振测井技术还有待发展。中子寿命测井主要测量地层岩石的宏观俘获截面大小，但其大小受到地层水中氯离子含量的影响，若地层水矿化度较小，则无法区分水油，仅适用于中高矿化度地层水地区。碳氧比测井通过记录地层中碳、氧原子核与高能中子作用产生的非弹特征伽马射线来确定剩余油饱和度。该方法在固定时间门内采集非弹伽马能量分布，采集到的非弹伽马能谱会受到俘获和本底谱的影响。

中子成像测井属于核法测井，其原理与中子寿命测井相同，不同于中子寿命测井的是，中子成像测井可以直接探测含油饱和度等信息，受地层环境影响极小。现有的中子成像主要包含热中子成像和快中子成像，其中热中子成像主要是利用热中子衰减成像、俘获成像图，对含油饱和度进行定量解释，仅适用于地层矿化度范围约10～100g/L的地区。快中子成像技术投射能力强，与不同元素发生特定反应能产生具有特征能量的射线，常被用于检测违禁品和特殊核材料。常规的测井方法应用环境有限，在套后非常规类地层环境中均不能准确给出测井信息，现有的中子成像测井技术同样存在应用环境有限、且不适用于套后的测井地层环境的问题，因此迫切需要开发一种适用于在井中安装套管、浇筑水泥固井后的地层环境，也就是适用于套后测井技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于脉冲中子的伴随α粒子井下成像系统，以解决现有中子成像测井技术无法适用于套后复杂地层环境的问题，具有测量准确度高等优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于脉冲中子的伴随α粒子井下成像系统，包括：脉冲中子发生器、α粒子探测器、伽马探测器、数据存储模块、终端数据分析模块以及图像重建模块；

所述脉冲中子发生器用于向待探测区域发射中子和α粒子；其内置有D-T可控脉冲中子源，利用D-T聚变反应产生快中子和α粒子；

所述α粒子探测器用于探测α粒子，根据探测到的α粒子返回的时间t_a及位置计算快中子的运动方向和飞行时间；

所述伽马探测器用于探测快中子与地层中各种元素物质相互作用时产生的瞬发伽马射线能谱及其对应时间谱dt，该瞬发伽马射线能谱为0.01～0.1飞秒范围内的瞬发伽马射线能谱；