基于伽马能谱的元素测井发展历程及技术展望

随着对油气勘探开发的不断深入,勘探对象复杂,给测井解释评价带来极大的挑战.基于伽马能谱的元素测井是通过测量地层元素自发产生或中子源激发的次生伽马能谱,利用谱解析方法获得地层元素含量,为复杂储层测井评价提供一种有效手段.本文全面归纳总结了伽马元素能谱测井的发展历程,认为其可分为四个大的阶段:自然伽马能谱测井、地球化学测井、元素俘获能谱测井和基于脉冲中子源的元素能谱测井;并对其测井技术进行展望,认为基于伽马能谱的元素测井应遵循"三多"发展趋势,即:多功能仪器设计、多参数成果解释和多方位近钻头测量.     

脉冲中子双伽马谱饱和度测井方法及数值模拟研究

脉冲中子双伽马谱饱和度测井方法是利用特定的脉冲和测量时序设计,采用远、近伽马探测器记录非弹性散射和俘获伽马能谱以及伽马射线时间谱,通过获取C/O和地层宏观俘获截面等信息来确定地层含油饱和度.采用大直径仪器和BGO晶体探测器时,其采集的非弹性散射和俘获伽马能谱计数统计性优于国外仪器,重复脉冲发射中子后伽马射线时间谱仍满足指数衰减规律,且能使伽马射线时间谱的道计数累积,计数统计性好于常规中子寿命测井,得到的地层宏观俘获截面与单脉冲发射近似相同.在地层孔隙度未知的情况下,利用C/O和地层宏观俘获截面交会技术可以定量确定含油饱和度.     

元素俘获能谱测井标准谱测量与模拟(英文)

为了解决目前元素俘获能谱测井解释中,根据原始测量谱难以准确获得各个元素产额的困难,本文建立了一套先进的测量元素俘获伽马能谱实验方法,首次获得了硅、钙和铁等10种元素的标准俘获伽马能谱;并利用蒙托卡罗方法在同样条件下模拟得到了上述10种元素的标准模拟俘获伽马能谱。将这两种方式获得的元素标准俘获伽马能谱与国际原子能机构核数据中心数据进行对比分析,从中确定了可用于实际元素俘获能谱测井解谱计算的硅、钙和铁等10种元素的俘获伽马能谱。这一结果有效解决了元素俘获能谱测井资料处理过程中由原始测量谱到各元素产额转换过程中的关键技术难点,可有效提高元素产额的计算精度。     

脉冲中子源密度测井进展

密度是储层评价的重要参数.传统的密度测井是测量137Cs同位素放出的伽马射线与地层作用后的剩余伽马射线强度.虽然在密度测量方面已经非常成熟,但是由于同位素源具有放射性危害,使得脉冲中子源密度测井技术应运而生.脉冲中子密度测井使用电控脉冲中子源,中子源发射14MeV的快中子,通过非弹散射和俘获放出伽马射线,伽马射线在伽马源和探测器之间的地层中衰减,据此计算地层密度.脉冲中子密度测井可以计算密度、识别地层骨架,且探测深度大,没有放射性危害,因此越来越受到青睐,商用测井仪器已投入使用.另一方面,因为脉冲中子源密度测井与传统密度测井本质上有所区别,次生伽马源能量不单一、位置不固定,使得该方法的研究也面临着一些新的挑战,需要进一步深入的研究与测试.本文对脉冲中子源密度测井的方法原理、γ场特性、仪器的研究与应用以及未来发展方向进行介绍,以期对我国未来此类仪器的研发与解释方法研究提供一定的借鉴.     

利用俘获伽马能谱确定饱和度的可行性及蒙特卡罗模拟研究

脉冲中子伽马能谱测井是利用多探测器获取非弹性散射伽马、热中子俘获伽马能谱及伽马时间谱,通过C/O和地层宏观吸收截面来确定饱和度,但俘获伽马能谱的信息没有得到很好利用,在地层水矿化度较高的情况下,由于俘获伽马能谱的Si,Ca和H的能窗内总的伽马计数与Fe能窗内的伽马计数比值与含氯量有关,因此由俘获伽马能谱确定含水饱和度是可行的,利用MCNP(蒙特卡罗方法)模拟研究了三能窗计数与Fe能窗计数比值与饱和度、岩性、孔隙度、泥质含量、井眼持水率、地层水矿化度以及井眼套管等条件下的关系,为在高矿化度地区利用俘获伽马能谱确定饱和度的可行性在理论上提供了支持.     

测井中子发生器

测井中子发生器作为中子源目前应用于地层岩性、孔隙度、含油饱和度及地层动态监测测井,是C/O测井、中子寿命测井、氧活化水流测井以及脉冲伽马能谱测井等仪器的核心部件.简要介绍了几种国外测井中子发生器的产品.阐述了测井中子发生器的工作原理、基本构成及关键技术.介绍了中国石油测井有限公司测井仪器厂研制生产的中子发生器产品系列.脉冲中子伽马测井是当前油田生产动态监测普遍采用的技术.介绍了实现宽频带、锐截止的技术途径以及目前所取得的成果.中子发生器产额的稳定性及开机重复率指标的提高将会极大拓宽其应用领域,尤其在使用同位素中子源的领域,可以替代同位素中子源发挥独到的优势.介绍了中国石油测井有限公司在中子发生器产额稳定方面所做的工作和取得结果,并列举了稳定产额后的中子发生器在元素分析领域所取得的成功试验.     

基于时频分析的中子非弹性散射伽马能谱反演方法

本文针对脉冲中子多循环发射过程中测量的非弹伽马能谱受俘获能谱干扰,引起的油水区分度小的问题,提出了利用时间谱和能谱结合获取纯净非弹伽马能谱的方法.通过蒙特卡罗方法建立C/O仪器数值计算模型,模拟不同井眼和地层条件下的伽马时间谱,分析了井眼和地层对伽马能谱的贡献,对比了俘获伽马时间谱理论计算结果和模拟结果,同时利用某油田刻度井实测数据,验证该方法在评价含油饱和度的可靠性.结果 表明:井眼条件是影响伽马能谱的主控因素;利用理论计算的脉冲区内俘获密度和数值模拟结果一致;采用该方法处理某油田刻度井实测数据,C/O对油、水差异反应更加灵敏度,油水动态范围提高;最终实测井数据也验证了该方法的准确性.     

基于微扰理论的伽马-伽马密度测井快速正演方法

伽马-伽马密度快速正演结果作为中子和密度联合反演模型的输入,对实时反演确定地层几何结构及属性参数具有重要的意义.基于时间独立的玻耳兹曼输运方程,结合微扰理论与蒙特卡罗(Monte Carlo N Particle Transport Code,MCNP)模拟,形成了伽马-伽马密度快速计算方法.以双源距补偿密度仪器参数为...     

碳氧比能谱测井的蒙特卡罗模拟

介绍碳氧比能谱测井蒙特卡罗模拟方法及软件,内容包括输运计算与探测器响应计算,其中中子诱发y使用了期望值技巧,γ散射采用指向概率法.计算结果可分别给出次级γ线光和连续光,还可给出被探测物或元素的非弹性谱和俘获谱,新方法基本解决了碳氧比能谱测井深穿透、低计数率的难题.     

基于元素俘获能谱测井的多矿物最优化处理方法(英文)

计算地层岩石矿物组分并形成连续变化的岩性剖面是测井解释的核心工作之一。相对于传统的POR、CRA等处理方法,最优化方法能够利用各类测井、地质信息进行综合求解,适用范围更广、计算精度更高。元素俘获能谱测井可以提供多达9种常见地层元素的重量百分含量,使得岩性剖面的计算更直接、更准确。为了充分发挥最优化方法、元素俘获能谱测井的优势,进一步提高岩石矿物组分计算的精度,本文首先确定了不同矿物的元素俘获能谱测井响应方程形式和权重系数计算方法,然后在全岩氧化物实验分析和理论计算的基础上确定了常见矿物的元素含量测井响应值,从而形成了一套完整的基于元素俘获能谱测井的多矿物最优化处理新方法。应用证明,新方法的处理结果与岩心分析结果具有较好的一致性,平均绝对误差在10%以内,其计算精度更高。     

元素测井产额计算及影响因素分析

元素测井是非常规储层测井评价的主要测井方法之一.元素测井是以元素测量为基础,从矿物成分的角度提供地层信息,有效地将测井资料与地质信息结合起来.元素产额获取会受地层矿物和井眼环境的影响.为了提高元素产额计算的准确性,有必要对影响元素产额计算的因素进行分析.本文利用蒙特卡罗方法分析加权最小二乘逆矩阵法在地层矿物相对复杂的情况下求取元素产额时,地层减速作用、地层俘获作用、地层密度与井眼尺寸对元素产额计算精度的影响.研究结果表明,地层密度对元素产额计算的精度影响较大,地层密度越低,地层元素之间的相互影响越大,使得元素产额计算的误差变大,而元素产额计算受地层减速作用与地层俘获作用的影响较小,仅在地层减速能力较弱或地层俘获作用较强时对元素产额计算有一定影响,井眼尺寸对元素产额计算的精度影响取决于井内介质.     

松科2井东孔营城组高放射性异常层测井响应特征及成因初探

松科2井东孔是松辽盆地科学钻探工程的主体钻孔,按照计划在全井段进行地球物理测井资料采集,为深部资源勘探及白垩纪古气候、古环境研究提供准确和全面的地球物理信息.在诸多测井方法中,自然伽马测井和自然伽马能谱测井能够测量地层的天然放射性强度和铀、钍、钾元素含量等参数,被有效地应用于放射性矿床勘查,尤其是铀资源的勘查与研究;电阻率、声波、密度和中子测井等常规测井和核磁共振成像、电阻率成像、元素俘获谱测井等特殊测井能够获取地层岩性和物性参数等信息,为铀矿勘查提供有力支持.本文利用松科2井东孔自然伽马测井资料来识别高放射性异常层;基于常规测井与特殊测井资料,结合前人的地质研究成果,分析放射性异常层的特征和成因.核测井曲线指示营城组存在两段高放射性异常层,深度分别为3096.8~3102.8 m（I号层）、3168.3~3170.9 m（Ⅱ号层）.I号层自然伽马值最高达360 API,铀含量范围20.5~29.3 ppm,综合测井和岩心资料判断该层为砾岩,具有铀成矿潜力;分析表明,构造条件和后生改造作用是影响I号层铀富集的关键因素,推测断裂-火山活动和盆地抬升剥蚀为含铀地下水及油气运移至I号层提供了通道,油气的后生还原作用最终导致了I号异常层的铀富集.Ⅱ号层自然伽马值最高达250API,钍含量22.4~37.3 ppm,铀含量5.9~11.0 ppm,为集块熔岩及凝灰岩,高放射性异常可能是高钍含量的流纹质成分和粘土矿物对铀的吸附作用导致的.松科2井东孔营城组高放射性异常层具有埋藏深度深、铀含量高等特点,表明松辽盆地深部具有找铀矿前景.     

欠平衡和超平衡测井条件下气层的中子和密度测井响应特征——以西部某油田砂岩气藏为例

研究气层在欠平衡和超平衡测井条件下响应特征的差异,对于欠平衡条件下天然气储层的评价和测井资料的应用具有指导意义.利用Monte Carlo数值模拟技术,计算得到了在欠平衡和超平衡测井条件下,补偿中子和密度测井随井眼直径、地层孔隙度和含气饱和度的变化关系.从而得出,在井眼直径较小时,密度和中子测井,在超平衡测井或欠平衡测井条件下,对气层的响应特征基本相同,欠平衡密度测井资料可以正常应用,不需要做校正处理;当井眼直径较大时,井内介质对探测器的影响不同,需要对欠平衡测井资料做井径的影响校正.     

三探测器密度测井的Monte Carlo模拟

为了改善传统岩性密度测井仪的缺陷,本文基于传统的双 源距探测器密度测井仪,提出在负源距范围内增加一个反散射探测器,构成新的三探测器密 度测井仪器. 利用Monte Carlo方法通用程序MCNP(3B),从光子与地层相互作用的机理出发 ,计算得到了反散射探测器、长源距探测器和短源距探测器的光子通量的能谱分布、光子通 量与源距的关系、光子通量与地层密度的关系、源距与探测深度的关系以及计数能窗等. 从 结果看,三探测器密度测井仪的长、短源距探测器对地层的响应关系与双源距密度测井仪的 长、短源距探测器一致,而反散射探测器对地层具有明确的响应关系,其响应关系与长、短 源距探测器近似相反,且其计数率很高. 因此,在负源距范围内增加第三个探测器是可行的 ,这将有利于提高密度测井的测量精度和垂向分辨率. 同时表明了Monte Carlo方法在核测 井仪器早期研制中的有效性,对仪器设计具有指导作用.     

提高碳氧比能谱测井分辨率的反褶积法

在地层孔隙度比较低的情况下,由于受放射性统计涨落以及地层中其它核反应所产生的伽马射线的影响,传统的碳氧比能谱测井解释的分辨率不高。这些伽马射线形成了碳氧比能谱测井的本底,本底越高,碳氧比值精度越差。因此,必须设法降低本底值来提高谱线的分辨率。本文通过反褶积技术来提高谱线的分辨率,应用修正的高斯函数作为系统响应函数对测井曲线进行反褶积;采用修正的 Blackman 窗函数来消除放射性统计涨落的高频噪声,通过实际资料验证,利用"反褶积-开窗"法对碳氧比能谱测井的谱线进行处理以及用变系数法求取非弹性散射伽马谱,提高了测井资料对油、水储集层的分辨率,对油田的合理开发及油藏管理具有重要的现实意义。     

随钻方位伽马测井仪器设计及试验

方位伽马测量仪是钻井行业普遍应用的一种重要的随钻测井仪器.随钻方位伽马测井仪器能在钻井过程中有效测量地层的放射性强度,为钻井工程提供方位地质参数、区分原状地层的岩性,进而为地质导向提供地层信息.本文依托随钻伽马测井基本方法原理,简要探讨了随钻方位伽马探测器的设计方法,基于探测器安装剖面的建模条件,采用MATLAB软件详细计算了不同尺度晶体在不同钻井速度下的仪器性能指标,通过理论计算和实验验证了设计的正确性和可行性,在此基础上,阐述了随钻伽马井下测量仪器的刻度方法.现场实际应用证明,该仪器在国内地质导向系统中取得了良好的应用效果.     

双单轴各向异性地层中定向电磁波测井的井中偏心模型计算及影响因素分析

本文在考虑电导率单轴各向异性和磁导率单轴各向异性介质的基础上,基于并矢格林函数的谱解形式推导了定向电磁波测井在仪器处于偏心位置时,对双单轴各向异性地层响应的伪解模型,并通过与数值模式匹配方法结果对比验证算法的精度.在此基础上,计算了定向电磁波测井在仪器偏心条件下的旋转测量结果,发现仪器对目标层方位和距离的判断受到仪器偏心的严重影响.此外,本文将旋转测量结果转化成耦合电压矩阵,分析各电压分量对各向异性地层的响应能力受到仪器偏心的影响规律.     

基于单能窄束伽马射线算法计算高分辨率屏蔽自然伽马探测器的三维测井响应

本文应用单能窄束伽马射线理论建立高分辨率屏蔽自然伽马探测器三维测井响应的数值模拟算法.首先利用单能窄束原理,用稳态扩散方程描述伽马光子密度的空间分布,根据扩散方程基本解、放射源空间分布、探测器位置和屏蔽情况,将屏蔽探测器上的总伽马通量表示成放射性地层中的有效探测区域上的体积分和晶体表面上有效接收面的面积分形式.并根据伽马射线传播路径和探测器屏蔽情况,给出有效探测区域的解析表达式,通过数值积分法计算任意复杂情况下探测器上的自然伽马通量,获得伽马测井响应的3D数值模拟算法.并通过数值模拟结果与模型井数据的对比验证了该算法的有效性.最后通过3D数值模拟算法系统研究考察晶体形状（圆柱形晶体、方形晶体）、晶体长度、仪器在井轴中的位置（居中屏蔽探测器、贴井壁屏蔽探测器）、以及测速等不同情况下自然伽马测井响应,设计出新型高分辨率自然伽马测井仪器.     

利用地球化学元素与矿物关系识别GS油田下干柴沟组地层岩性

GS油田下干柴组上段地层石灰石、泥质成分含量较高,二者含量差别不大,粉砂质成分含量较低,并分布不均,造成地层岩性复杂,常规测井响应易引起较大误差.文中利用地球化学元素测井得到的矿物含量可识别地层岩性.首先从地层元素与γ射线,元素与矿物关系介绍了地球化学元素测井原理,利用地球化学元素测井资料处理结果得到地层岩性命名规则,通过与常规测井资料对比,并用岩心分析结果验证,说明这种方法可靠性.结果表明对于复杂岩性地层,该技术可以识别地层岩性,并为用测井方法识别这类复杂岩性提供一种选择.     

随钻核磁共振测井的地层界面响应特征

随钻核磁共振测井的地层界面响应特征对地质导向和原状地层评价具有重要意义,但钻井轨迹的复杂性决定其响应特征是多重因素综合作用的结果,且较难直接给出统一显式表达式.本文根据仪器在地层内的运动特征,建立了基于敏感区域体积元的随钻核磁共振测井响应方程和离散化计算方法;通过正演、反演结合的数值模拟,研究了单、双界面水平层状地层中,不同井斜角度、天线长度和目标地层厚度等条件下的随钻核磁共振测井响应特征,对关键结果给出了成立条件和定量关系.随钻核磁共振测井在斜井段中的T₂分布和孔隙度响应与直井中差异明显;井斜角越大,视地层厚度越大,地层界面在T₂分布和孔隙度曲线上的过渡段越长,T₂分布过渡起始位置已不能确定界面深度;仪器的最高纵向分辨率与天线长度、井眼条件和仪器参数有关;受围岩作用影响,较薄目的层的测井响应特征上可能出现异常"夹层".基于分析结果,对随钻核磁共振测井资料解释提出了建议.