[发明专利]一种脉冲中子氧活化测井水流速度最优化计算方法

说明书

本发明公开了一种脉冲中子氧活化测井水流速度最优化计算方法，主要实现了根据采集的活化时间谱计算井下水流速度。本发明采用蒙特卡洛数值模拟技术证明了可以采用洛伦兹分布来表征脉冲中子氧活化测井的氧活化反应率分布函数和探测器响应函数。据此获得了活化时间谱中各时刻计数率的理论值。结合实测活化时间谱各时刻计数率，建立求解水流速度的最优化模型。通过寻优获得使各时刻理论计数率与实测计数率间误差最小的水流速度，该水流速度与实际水流速度最为接近。本发明从原理上描述了水流速度与活化时间谱计数率之间的关系，可以直接从活化时间谱中提取水流速度，避免了估计活化水流到达探测器时间，且能够计算复杂管柱下的多水流速度。

技术领域

本发明涉及一种脉冲中子氧活化测井水流速度最优化计算方法，主要用于根据脉冲中子氧活化测井采集的活化时间谱计算井下水流速度。同时也解决了复杂管柱结构下存在多水流时的速度计算问题。

背景技术

注水开发是实现油田中后期稳产、增产的关键措施之一，准确的监测注水剖面对评价注水效果具有重要意义。在注入剖面监测中最常用的方法是采用涡轮流量计，但涡轮流量计在较长的油管中测量有遇阻遇卡的风险，且涡轮流量计对启动排量有一定要求，不适用于对低流量的测量。井温测井，放射性示踪测井以及频谱噪声测井也是近年来用于评价注入剖面的生产测井方法。然而，井温测井难以获得高质量的定量结果；当注水井管柱较为粗糙或注入水质欠佳时，放射性示踪测井必须进行沾污校正；频谱噪声测井虽然可以直接监测近井区的水流流动，但却很难区分油管和环空中的水流。除此之外，像分布式温度传感器(DTS)和分布式声波传感器(DAS)这类分布式光纤传感器技术目前也已用于注入剖面的监测中。但DTS需要在理想的测量环境下才能进行较好的定量分析，而DAS的定量解释方法目前仍在研究。相比而言，现阶段脉冲中子氧活化测井技术在油田注入剖面的监测中具有明显的优势。脉冲中子氧活化测井仪器在井中进行定点测量，仪器D-T中子源发射的14MeV的快中子能够穿透套管和油管与井内水流中的氧原子核发生活化核反应，因此脉冲中子氧活化测井不会受管柱结构的影响。此外，脉冲中子氧活化测井还能够同时监测油管和油套环空中的水流。在复杂管柱结构下，它还能区分不同测量井段的水流方向。

当D-T中子源发射的快中子与井内水流中的氧原子核发生活化核反应时，被活化的氧原子核会释放出活化伽马射线，当活化水流靠近并通过仪器伽马探测器时，其释放出的活化伽马射线会被伽马探测器采集，并在记录的活化时间谱上形成一个明显的信号峰。现有方法根据计时原理，通过估算活化水流到达伽马探测器的时间，结合已知源距即可计算水流速度。

为了准确估算活化水流到达伽马探测器的时间，一些研究人员提出活化时间谱中信号峰的峰位所对应的时间即为活化水流到达伽马探测器的时间，在解释时采用加权平均法对峰位进行近似计算。一些学者也提出了采用函数拟合法求取峰位时间，比如采用高斯函数加线性函数残式最小二乘法拟合确定峰值对应时间；或利用高斯函数拟合信号峰，同时采用双高斯函数来对多水流下重叠的信号峰进行分离；以及将活化时间谱的形态分为对称型和非对称型两种，分别采用高斯函数与泊松函数来进行拟合计算等方法。然而由于活化水流在流动时水中的活化氧原子核会发生衰变，因此活化时间谱中的信号峰并非是严格对称的。这使得采用加权平均法或高斯函数拟合法的结果存在一定的误差。此外，通过固定的拟合函数来求解活化水流到达探测器的时间只能得到一个估计解，并无法从原理上来解释活化时间谱中信号峰与水流速度之间的关系。

发明内容

本发明主要克服现有技术中的不足之处，目的在于提供一种基于脉冲中子氧活化测井采集的活化时间谱来准确计算水流速度的方法，同时也适用于复杂管柱结构下井中存在多水流时的速度计算。为了达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案：