多源距随钻中子孔隙度测量装置及其测量方法制造方法及图纸

一种多源距随钻中子孔隙度测量装置及其测量方法，测量装置包括无磁钻铤、中子发射单元、快中子监测单元、热中子探测单元及控制单元，所述中子发射单元包含多个加速器中子源，所述快中子监测单元包含多组快中子监测器组，所述热中子探测单元包含多组热中子探测器组，所述控制单元分别连接至中子发射单元、快中子监测单元和热中子探测单元；本发明专利技术克服现有技术中的不足之处，能在复杂地质条件下兼顾探测仪器的灵敏度及数据精度，还能有效降低测量结果受井孔参数、振动、冲击及测量数据随机波动的影响，解决现有技术中存在的问题和局限，实现地层孔隙度参数的准确获取。

Neutron porosity measurement device with multi source distance and its measurement method

A multispaced LWD neutron porosity measurement apparatus and method, measuring device comprises a non-magnetic drill collar, fast neutron neutron emission unit, monitoring unit, thermal neutron detection unit and a control unit, wherein the neutron emission unit comprises a plurality of accelerator neutron source, the sub monitoring unit of the fast group contains more than fast neutron monitor group, the thermal neutron detection unit comprising a plurality of groups of thermal neutron detector group, the control unit is respectively connected to the neutron emission unit, monitoring unit and fast neutron thermal neutron detection unit; the invention overcomes the shortcomings of existing technology, both the sensitivity and accuracy of data detection instrument in complex geological condition, but also effectively reduce the measurement results are affected by the borehole parameters, vibration, impact and measurement data of random fluctuation. To solve the problems and limitations existing in the prior art, the real To obtain accurate local porosity parameters.

【技术实现步骤摘要】
多源距随钻中子孔隙度测量装置及其测量方法
本专利技术涉及石油钻井工程的
，尤其涉及一种多源距随钻中子孔隙度测量装置及其测量方法。
技术介绍
随钻中子孔隙度测量是利用中子与地层的相互作用，获取地层孔隙度参数的随钻测量方法，其装置通过所携带的中子源向周围地层发射高能快中子，实时测量中子经过与地层各元素原子核的相互作用(包括非弹性散射、弹性散射、辐射俘获、活化等)后的能量及强度变化，从而获取地层的孔隙度及其他岩性参数。早期的中子孔隙度测量技术主要应用于电缆测井中，随后逐渐发展到随钻测井中，其中子源主要分为同位素中子源和加速器中子源，其中同位素中子源存在着卡钻难打捞、辐射安全等问题，不利于复杂而特殊的随钻条件。从上世纪90年代起，各大油服公司均研制出了基于加速器中子源的随钻孔隙度测量仪器，更加安全和高效，并不断加大研究投入。在现有技术中，一种随钻可控源中子测井方法及仪器用于在矿化度相对较低的地层中实现对所测地层含水饱和度和孔隙度的测量，实时测量井眼周围地层孔隙度与热中子宏观俘获截面参数。其探测单元主要有长源距探测器和短源距探测器构成，用于接收由地层散射至井眼中的热中子。然而该装置在复杂工况下进行随钻中子孔隙度测井作业时，受中子发生器输出中子数量、井孔参数及地层环境的影响，无法实时判断测量数据的真实性与准确性。在另一种方位中子孔隙度随钻测量装置中，采用加速器中子源、快中子监测单元及分布于钻铤壁靠近地层圆周上的近、远中子探测器构成。该技术的装置兼顾随钻测量的旋转和滑行两种工作状态，可进行方位中子孔隙度测量。但该装置中由于近、远探测器相对于中子发生器的源距固定，无法同时满足探头灵敏度与数据精度的要求。为此，本专利技术的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种多源距随钻中子孔隙度测量装置，以克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多源距随钻中子孔隙度测量装置及其测量方法，克服现有技术中的不足之处，能在复杂地质条件下兼顾探测仪器的灵敏度及数据精度，还能有效降低测量结果受井孔参数、振动、冲击及测量数据随机波动的影响，解决现有技术中存在的问题和局限，实现地层孔隙度参数的准确获取。为解决上述问题，本专利技术公开了一种多源距随钻中子孔隙度测量装置，包括无磁钻铤、中子发射单元、快中子监测单元、热中子探测单元及控制单元，其特征在于：所述中子发射单元包含多个加速器中子源，所述加速器中子源沿轴向固定在泥浆通道的内壁上，各加速器中子源的中子源靶端指向钻头方向，每个加速器中子源均配备独立的供电电路及控制电路，在测量作业时，可选择性的开启其中的1个、2个及4个加速器中子源以分别对应方位孔隙度测量模式、节能或全功率平均孔隙度测量模式；所述快中子监测单元包含多组快中子监测器组，所述多组快中子探测器组沿轴向间隔设置的固定在泥浆通道内壁上，每个快中子探测器组均包含4个快中子探测器，各组的4个快中子探测器在相同高度均布于泥浆通道1内壁，而每个快中子探测器均独立计数及存储；所述热中子探测单元包含多组热中子探测器组，所述多组热中子探测器组沿轴向固定在钻铤的外壁上，其中，所述多组热中子探测器组的数量和设置高度与多组快中子监测器组一一对应，所述每个热中子探测器组均包含4个热中子探测器，每组的4个热中子探测器在相同高度均布于钻铤的外壁，每个探测器独立计数，其测量结果作为计算中子孔隙度的依据；所述控制单元分别连接至中子发射单元、快中子监测单元和热中子探测单元，以将快中子监测单元及热中子探测单元测量得到的电信号转化为中子孔隙度参数，然后将置于井下存储模块或上传至地面供作业工程师实时调整井眼轨迹。其中：所述控制单元包括：电源变换及供电电路、快中子探测器信号处理及计数电路、热中子探测器信号处理及计数、工程参数处理电路和CPU控制及处理电路。其中：多组快中子监测器组包含4组快中子监测器组，所述4组快中子监测器组与加速器中子源的距离由近及远间隔设置，所述多组热中子探测器组包含4组热中子探测器组，4组热中子探测器组的设置高度与4组快中子监测器组一一对应。其中：还包含中子屏蔽结构，所述中子屏蔽结构设置于多组快中子监测器组的内侧以阻止中子沿泥浆通道从仪器内进入热中子探测单元以及阻止地层返回的中子进入快中子监测器组，保证快中子探测器仅接收未经地层减速而直接来自中子源并沿泥浆通道传输的中子。其中：所述中子屏蔽结构采用内层为重元素、外层为轻元素的复合屏蔽结构。如上所述的多源距随钻中子孔隙度测量装置的测量方法，其包含如下具体步骤：步骤一：根据实际情况及测量环境，开启其中的1个、2个或4个中子源，对应不同的测量模式，开启1个中子源时对应方位孔隙度测量模式，开启2或4个中子源时对应节能或全功率平均孔隙度测量模式；步骤二：控制单元分别接收快中子监测单元以及热中子探测单元的检测信号，并根据如下公式得到快中子和热中子的信息；快中子：热中子：其中r为源距，De是快中子的扩散系数，Dt是热中子的扩散系数，Le，Lt分别为快中子的减速长度和热中子的扩散长度；根据探测点的中子通量密度，若热中子探测器的转换效率为Kt，快中子探测效率为Ke，则热/快中子探测器的计数率分别为：快中子：热中子：同一时间测得热中子记数；步骤三：在不同的测量模式对数据进行处理。其中：在步骤二中同一时间测得4个热中子记数，即Nt(ra)、Nt(rb)、Nt(rc)、Nt(rd)；在步骤三中依据如下测量模式进行处理：(1)停钻测量时，4个数据进行两两配对计算中子孔隙度数值，即Nt(ra)/Nt(rb)、Nt(ra)/Nt(rc)、Nt(ra)/Nt(rd)、Nt(rb)/Nt(rc)、Nt(rb)/Nt(rd)、Nt(rc)/Nt(rd)，并通过反演算法得到对应的6个对应地层不同位置的中子孔隙度数值；(2)旋转钻进时，由于仪器受振动和冲击的影响，测量数据的随机扰动变大，选择[Nt(ra)+Nt(rb)]/[Nt(rc)+Nt(rd)]作为中子孔隙度计算的依据，减小复杂工况对测量数据的影响，保证在实时钻井测量时的数据准确度。通过上述结构可知，本专利技术的多源距随钻中子孔隙度测量装置及其测量方法具有如下效果：1、通过多源距热中子测量及快中子监测，可校正和补偿中子输出变化、井下工具振动、冲击等对测量探测器的影响；2、通过多源距测量数据的组合，兼顾了中子孔隙度测量灵敏度及精度的需求，能够准确获取原状地层的地质信息，在我国目前勘探开发环境日趋复杂化的状况下，能够适应复杂地质条件并在复杂工况下准确地实现地层实时评价，具有极大的价值和意义。本专利技术的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。附图说明图1显示了本专利技术的多源距随钻中子孔隙度测量装置的安装示意图。图2为图1中4-4处的断面图，为加速器中子源的在泥浆通道中的位置；图3为图1中7-7处的断面图，为快中子监测器及慢中子探测器的在钻铤中的位置；图4为多源距随钻中子孔隙度测量装置电子电路单元原理示意图；图5为加速器中子源靶端与热/快中子探测器在仪器中的相对位置示意图。具体实施方式参见图1至图5，显示了本专利技术的多源距随钻中子孔隙度测量装置及其测量方法。其中所述多源距随钻中子孔隙度测量装置可包括无磁钻铤2、中子发射单元、快中子监测单元、热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多源距随钻中子孔隙度测量装置，包括无磁钻铤、中子发射单元、快中子监测单元、热中子探测单元及控制单元，其特征在于：所述中子发射单元包含多个加速器中子源，所述加速器中子源沿轴向固定在泥浆通道的内壁上，各加速器中子源的中子源靶端指向钻头方向，每个加速器中子源均配备独立的供电电路及控制电路，在测量作业时，可选择性的开启其中的1个、2个及4个加速器中子源以分别对应方位孔隙度测量模式、节能或全功率平均孔隙度测量模式；所述快中子监测单元包含多组快中子监测器组，所述多组快中子探测器组沿轴向间隔设置的固定在泥浆通道内壁上，每个快中子探测器组均包含4个快中子探测器，各组的4个快中子探测器在相同高度均布于泥浆通道1内壁，而每个快中子探测器均独立计数及存储；所述热中子探测单元包含多组热中子探测器组，所述多组热中子探测器组沿轴向固定在钻铤的外壁上，其中，所述多组热中子探测器组的数量和设置高度与多组快中子监测器组一一对应，所述每个热中子探测器组均包含4个热中子探测器，每组的4个热中子探测器在相同高度均布于钻铤的外壁，每个探测器独立计数，其测量结果作为计算中子孔隙度的依据；所述控制单元分别连接至中子发射单元、快中子监测单元和热中子探测单元，以将快中子监测单元及热中子探测单元测量得到的电信号转化为中子孔隙度参数，然后将置于井下存储模块或上传至地面供作业工程师实时调整井眼轨迹。...

【技术特征摘要】
1.一种多源距随钻中子孔隙度测量装置，包括无磁钻铤、中子发射单元、快中子监测单元、热中子探测单元及控制单元，其特征在于：所述中子发射单元包含多个加速器中子源，所述加速器中子源沿轴向固定在泥浆通道的内壁上，各加速器中子源的中子源靶端指向钻头方向，每个加速器中子源均配备独立的供电电路及控制电路，在测量作业时，可选择性的开启其中的1个、2个及4个加速器中子源以分别对应方位孔隙度测量模式、节能或全功率平均孔隙度测量模式；所述快中子监测单元包含多组快中子监测器组，所述多组快中子探测器组沿轴向间隔设置的固定在泥浆通道内壁上，每个快中子探测器组均包含4个快中子探测器，各组的4个快中子探测器在相同高度均布于泥浆通道1内壁，而每个快中子探测器均独立计数及存储；所述热中子探测单元包含多组热中子探测器组，所述多组热中子探测器组沿轴向固定在钻铤的外壁上，其中，所述多组热中子探测器组的数量和设置高度与多组快中子监测器组一一对应，所述每个热中子探测器组均包含4个热中子探测器，每组的4个热中子探测器在相同高度均布于钻铤的外壁，每个探测器独立计数，其测量结果作为计算中子孔隙度的依据；所述控制单元分别连接至中子发射单元、快中子监测单元和热中子探测单元，以将快中子监测单元及热中子探测单元测量得到的电信号转化为中子孔隙度参数，然后将置于井下存储模块或上传至地面供作业工程师实时调整井眼轨迹。2.如权利要求1所述的多源距随钻中子孔隙度测量装置，其特征在于：所述控制单元包括：电源变换及供电电路、快中子探测器信号处理及计数电路、热中子探测器信号处理及计数、工程参数处理电路和CPU控制及处理电路。3.如权利要求1所述的多源距随钻中子孔隙度测量装置，其特征在于：多组快中子监测器组包含4组快中子监测器组，所述4组快中子监测器组与加速器中子源的距离由近及远间隔设置，所述多组热中子探测器组包含4组热中子探测器组，4组热中子探测器组的设置高度与4组快中子监测器组一一对应。4.如权利要求1所述的多源距随钻中子孔隙度测量装置，其特征在于：还包含中子屏蔽结构，所述中子...

【专利技术属性】
技术研发人员：李万军，毛为民，王刚，艾维平，周海秋，洪迪峰，吴萌，滕鑫淼，王俊峰，王鹏，顾亦新，贾衡天，张华北，童振，林云涛，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11