一种确定地层孔隙度的方法技术

本发明专利技术提供一种确定地层孔隙度的方法。该方法包括如下步骤：获取待检测地层的密度；采用脉冲中子源向待检测地层发射快中子，产生热中子，并采用与该脉冲中子源具有不同距离的两个探测器获取热中子计数率和热中子时间谱；根据两个探测器的热中子计数率确定热中子计数比，并根据热中子时间谱确定待检测地层的俘获截面；建立待检测地层的孔隙度与待检测地层的密度、俘获截面以及热中子计数比之间的关系模型；根据该关系模型，以及所获取的待检测地层的密度、所确定的热中子计数比和待检测地层的俘获截面，确定待检测地层的孔隙度。上述方法，由于消除了地层俘获和地层岩性的影响，从而能够用于脉冲中子源孔隙度测井准确确定地层的孔隙度。

【技术实现步骤摘要】
一种确定地层孔隙度的方法
本专利技术涉及油气勘探中的测井
，具体涉及一种确定地层孔隙度的方法。
技术介绍
地层孔隙度是石油地质以及储层评价中一个非常重要的地质参数，精确测量地层的孔隙度对油气开发和勘探有极其重要的意义。中子孔隙度测井是常规孔隙度岩性测井系列组合中占主导地位的测井方法。随着社会的发展和科技的进步，人们对环保和健康的要求越来越高，传统的使用镅铍源等化学源的中子孔隙度测井的使用越来越受到限制。相较于传统化学源的中子孔隙度测井，脉冲中子孔隙度测井具有更高的安全性，因而逐渐受到各石油公司和研究机构的重视。但是，由于脉冲源发射的快中子具有非常高的能量，容易导致脉冲中子孔隙度测井对地层孔隙度的灵敏度降低，并且受地层俘获作用的影响更大。地层水矿化度对在不同孔隙度地层测量的热中子比的影响可参见图1；地层水矿化度对高孔隙度地层与低孔隙地层近远探测器的计数率以及近远探测器热中子比的影响可参见图2。根据图1和图2可知，由于受到了地层俘获和地层岩性的影响，所以采用目前的技术手段所测知的地层孔隙度并不十分精确，在一定程度上制约了油气的开发和勘探。
技术实现思路
针对现有技术中的上述缺陷，本专利技术提供一种确定地层孔隙度的方法，通过建立待检测地层的孔隙度与待检测地层的密度、俘获截面以及热中子计数比之间的关系模型，消除地层俘获和地层岩性的影响，从而能够准确确定地层孔隙度。为实现上述目的，本专利技术提供一种确定地层孔隙度的方法，包括如下步骤：获取待检测地层的密度；采用脉冲中子源向待检测地层发射快中子，产生热中子，并采用与该脉冲中子源具有不同距离的两个探测器获取热中子计数率和热中子时间谱；根据两个探测器的热中子计数率确定热中子计数比，并根据热中子时间谱确定待检测地层的俘获截面；建立待检测地层的孔隙度与待检测地层的密度、俘获截面以及热中子计数比之间的关系模型；根据该关系模型，以及所获取的待检测地层的密度、所确定的热中子计数比和待检测地层的俘获截面，确定所述待检测地层的孔隙度。根据本专利技术所提供的方法，通过建立地层孔隙度、两个探测器的热中子计数比、地层俘获截面和密度之间的数学关系式，即关系模型，并根据该关系模型确定地层孔隙度。该方法可以无需考虑测井资料是否齐全，也无需考虑地层孔隙度的大小、地层水矿化度的大小以及地层岩性和泥质等因素，就能够确定地层孔隙度，同时还消除了地层俘获和岩性对脉冲中子孔隙度测井的影响，从而为脉冲中子孔隙度测井求得更为准确的地层孔隙度提供理论支持和技术支持。具体的，建立上述待检测地层的孔隙度与待检测地层的密度、俘获截面以及热中子计数比之间的关系模型的步骤包括：确定待检测地层的密度和孔隙度与快中子减速长度之间的对应关系，记为第一关系；确定待检测地层的俘获截面、密度和孔隙度与热中子扩散长度之间的对应关系，记为第二关系；根据探测器到脉冲中子源之间的距离与热中子计数之间的函数关系，确定上述距离、热中子计数比、热中子扩散长度和快中子减速长度之间的对应关系，记为第三关系；根据上述第一关系、第二关系和第三关系，建立上述关系模型。本专利技术中，采用脉冲中子源(亦称为中子发生器、加速器中子源)以脉冲的形式向待检测地层发射快中子。快中子进入待检测地层，与待检测地层中的元素原子核发生非弹性散射、弹性散射，使快中子的能量降低。这样，脉冲中子源所发射的快中子经过多次的非弹性散射和弹性散射变成热中子。最后由距离脉冲中子源不同距离的两个探测器(为简述方便，以下分别称为“近探测器”和“远探测器”)测量经过地层慢化并扩散回井眼的热中子。在快中子变成热中子的上述过程中，快中子减速长度主要与地层含氢指数有关。但是由于非弹性散射不能忽略，所以快中子减速长度也会受到地层密度的影响，这样快中子减速长度可以认为是地层含氢指数与地层密度的函数，因此，可建立待检测地层密度ρ和地层含氢指数HI与快中子减速长度Le之间的对应关系，如式(1)所示：式(1)中，c为常数。由于在淡水石灰岩地层中，地层含氢指数HI等于地层孔隙度因此，可确定待检测地层的密度ρ和孔隙度与快中子减速长度Le之间的对应关系，即为第一关系：热中子扩散长度Lt与待检测地层的俘获截面∑a有关，二者的具体对应关系参见下式(2)：其中，Dt为热中子扩散系数，其具体可表示为：其中，μ为常数，一般取0.637；∑s为快中子散射截面。于是，根据式(2)和式(3)，可确定待检测地层的俘获截面∑a、密度ρ和孔隙度与热中子扩散长度Lt之间的对应关系，即为第二关系：上述第二关系中，d为常数。热中子通量指的是单位时间内通过单位面积的热中子数，为热中子密度与其平均速度的乘积。在均匀无限介质中，对于点状中子源，源距为r的探测器的热中子通量Φ(r)为：由式(4)可知，热中子通量的分布不仅取决于地层的快中子减速性质(Le)，而且与待检测地层的吸收性质(Dt，Lt)有关。由于热中子通量与热中子计数率成正比，所以可根据两个探测器的热中子通量确定热中子计数比。于是，根据上述式(4)即可确定热中子计数比R，如下式(5)所示：式(5)中，r1、r2分别为两个探测器与脉冲中子源之间的距离(源距)，其中r1为近探测器与脉冲中子源之间的距离，r2为远探测器与脉冲中子源之间的距离。由于快中子减速长度Le大于热中子扩散长度Lt，所以目前在确定地层孔隙度时，一般认为可忽略不计。但是由于地层俘获作用对测量结果影响较大，尤其是对脉冲中子孔隙度测井，因此不能忽略不计。如上所述，由于热中子扩散长度Lt小于快中子减速长度Le，因此，根据泰勒展开公式，可根据式(5)进一步确定探测器与脉冲中子源之间的距离(r1、r2)、热中子计数比R、热中子扩散长度Lt和快中子减速长度Le之间的对应关系，即为第三关系，如下：这样，将快中子减速长度Le和热中子扩散长度Lt的表达式(即第一关系和第二关系的表达式)代入上述第三关系的表达式，即可获得待检测地层的孔隙度与待检测地层的密度ρ、俘获截面∑a以及热中子计数比R之间的关系，如下式(6)：其中，ai(即a1到a9)为系数。因为第三关系的表达式中的泰勒展开式是近似的，只保留展开式的前一项或前两项，所以需要对上述式(6)进行修正，修正后即得到待检测地层的孔隙度与待检测地层的密度ρ、俘获截面∑a以及热中子计数比R之间的关系模型，如下：其中，ai(即a1到a10)为系数。采用上述关系模型，即可对不同孔隙度和岩性的地层求出更准确的地层孔隙度。具体的，上述待检测地层可以具体可以是含有碳酸盐岩、砂岩、白云岩或泥岩等的复杂地层。待检测地层的密度可采用密度测井来确定，其为本领域常规技术手段，不做特别说明。钻头从地表钻至完钻井深所形成的地底与地表的井筒通道为井眼，一般为柱状。在本专利技术具体实施过程中，将脉冲中子源和两个探测器均轴向设置在井眼中，其中两个探测器与脉冲中子源之间具有不同的距离，比如可将近探测器设置在脉冲中子源与远探测器之间。在本专利技术具体实施过程中，采用脉冲中子源向待检测地层所发射的快中子的初始能量为14兆电子伏特(14MeV)，可利用热中子衰减时间谱或俘获伽马时间谱来求取地层的俘获截面。具体的，脉冲中子源以脉冲的形式向待检测地层发射快中子；探测器测量快中子经过地层慢化并扩散回井眼后的热中子，并获取热中子计数率和热中子时间谱。其中，采用与脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定地层孔隙度的方法，其特征在于，包括如下步骤：获取待检测地层的密度；采用脉冲中子源向所述待检测地层发射快中子，产生热中子，并采用与该脉冲中子源具有不同距离的两个探测器获取热中子计数率和热中子时间谱；根据两个探测器的热中子计数率确定热中子计数比，并根据所述热中子时间谱确定待检测地层的俘获截面；建立待检测地层的孔隙度与待检测地层的密度、俘获截面以及热中子计数比之间的关系模型；根据所述关系模型，以及所获取的待检测地层的密度、所确定的热中子计数比和待检测地层的俘获截面，确定所述待检测地层的孔隙度。

【技术特征摘要】
1.一种确定地层孔隙度的方法，其特征在于，包括如下步骤：获取待检测地层的密度；采用脉冲中子源向所述待检测地层发射快中子，产生热中子，并采用与该脉冲中子源具有不同距离的两个探测器获取热中子计数率和热中子时间谱；根据两个探测器的热中子计数率确定热中子计数比，并根据所述热中子时间谱确定待检测地层的俘获截面；建立待检测地层的孔隙度与待检测地层的密度、俘获截面以及热中子计数比之间的关系模型；根据所述关系模型，以及所获取的待检测地层的密度、所确定的热中子计数比和待检测地层的俘获截面，确定所述待检测地层的孔隙度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立所述关系模型的步骤包括：确定待检测地层的密度和孔隙度与快中子减速长度之间的对应关系，记为第一关系；确定待检测地层的俘获截面、密度和孔隙度与热中子扩散长度之间的对应关系，记为第二关系；根据探测器到脉冲中子源之间的距离与热中子计数比之间的函数关系，确定所述距离、热中子计数比、热中子扩散长度和快中子减速长度之间的对应关系，记为第三关系；根据上述第一关系、第二关系和第三关系，建立所述关系模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一关系为：其中，Le为快...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文圣，葛云龙，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11