[发明专利]一种基于D-D可控中子源的密度测量方法

说明书

本发明属于石油及天然气勘探技术领域，涉及一种基于D‑D可控中子源的密度测量方法，采用可控中子源和多探测器系统，利用脉冲和测量时序设计，记录不同位置处的伽马能谱和热中子能谱，研究不同地层条件下的近远俘获伽马计数比、近远热中子计数比与地层密度的关系；再通过现有谱解析和数据处理方法，从理论上确立地层密度的计算模型，将得到的密度计算值和参考值对比，其精度满足测量要求；利用脉冲中子源和多探测器组合实现地层密度测量，建立一套完整的D‑D可控源密度测量方法，对研制新一代脉冲中子—伽马密度测井仪并有效消除仪器中氚元素对人体和环境的危害具有重要意义，为非常规地层的安全勘探提供保障。

技术领域：

本发明属于石油及天然气勘探技术领域，涉及一种基于D-D可控中子源的密度测量方法，利用D-D可控中子源计算地层密度进行测井。

背景技术：

近年来，可控中子源替代传统的化学放射源进行密度测井成为核测井发展的必然趋势。目前，可控源密度测井应用较多的是D-T可控中子源，并且针对D-T源密度测井，国内外研究者开展各种研究工作，并取得了一定的成果。

最近国内外出现的可控源密度测量的方法中，大多采用14Mev的D-T中子源，其测量原理是利用非弹伽马计数比计算地层密度，在CN 102518431 A中采用D-T中子源，用俘获伽马计数比校正地层含氢量的影响；由于D-T中子源具有寿命短(国内产品大约几十到300小时)、成本高、使用放射性氚靶存在潜在危险等缺陷。与D-T源相比，D-D中子源寿命长(超过1000小时)、成本低，而且由于不使用放射性氚气，安全性更高等优点。但是现有的D-D测地层密度的方法中，在CN 103513287 A中采用的是直流电方式进行密度测量；文献“D-D次生源计数对密度测量的影响”中只是从次生伽马计数的角度定性分析D-D可控源测量地层密度的可行性，文献“地层因素影响D-D次生γ源空间分布规律模拟研究与分析”中只是分析地层因素对D-D次生γ源的影响，并没有提出一整套的地层密度计算方案。因此，进行D-D可控中子源密度测量方法的模拟研究，建立一套完整的D-D可控源密度测量方法，对研制新一代脉冲中子—伽马密度测井仪并有效消除仪器中氚元素对人体和环境的危害具有重要意义，为页岩气等非常规地层的安全勘探提供保障。

发明内容：

本发明的目的在于解决传统密度测井的缺点，克服D-T可控中子源寿命短、成本高、使用放射性氚靶存在潜在危险等缺陷，设计一种基于D-D可控中子源采用脉冲时序设计测量地层密度的方法。

为了实现上述目的，本发明基于D-D可控中子源进行密度测量的具体过程为：

(1)采用可控中子源和多探测器系统，利用脉冲和测量时序设计，记录不同位置处的伽马能谱和热中子能谱，研究不同地层条件下的近远俘获伽马计数比、近远热中子计数比与地层密度的关系；

(2)通过现有谱解析和数据处理方法，从理论上确立地层密度的计算模型，将得到的密度计算值和参考值对比，其精度满足测量要求。

本发明所述可控中子源为产额为2×10⁷n/s，脉冲宽度为40μs的D-D脉冲中子源。

本发明所述多探测器系统由近热中子探测器、近伽马探测器、远热中子探测器和远伽马探测器组成，其中近热中子探测器到可控中子源的距离为25-35cm，近伽马探测器到可控中子源的距离为35-45cm，远热中子探测器到可控中子源的距离为45-55cm，远伽马探测器到可控中子源的距离为55-65cm；近伽马探测器长度为5cm，远伽马探测器长度为10cm，近热中子探测器长度为5cm，远热中子探测器长度为10cm。

本发明所述可控中子源与近热中子探测器之间设有碳化硼材料制成的屏蔽体。

本发明所述近热中子探测器和远热中子探测器类型均为He-3，近伽马探测器和远伽马探测器类型均为NaI。