本发明专利技术提供基于加速器的中子测井仪。该测井仪包括氘－氚气体混合物，使得该测井仪输出所需比例的２．４５ＭｅＶ和１４ＭｅＶ的中子。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术广义上涉及烃工业。更具体地，本专利技术涉及用于勘探地质地层 的中子测井仪。本专利技术具体应用于基于加速器的中子孔隙度测井仪，但不 限于此。
技术介绍
常规的中子孔隙度测井仪如CNT(Schlumberger的商标)测井仪或补偿 中子测井仪，在由基于放射性同位素的中子源发射的中子穿过所研究的地 层之后，探测这些中子。最普通的中子源由结合了铍的放射性镅(241八111)(或 AmBe)组成。241Am发射的a粒子与铍原子核反应并发射跨度范围为约11 MeV的宽能谱中子，如图1中所示。由于其宽能谱，所以在中子从AmBe 源经地层散射并损失能量时涉及若干不同的输运过程。从图2可看出，对 于高于约6 MeV的中子能量，非弹性散射是主要的能量损失机制。对于低 于约6 MeV的中子能量，自氢的弹性散射是主要的能量损失机制。因此， 从AmBe源发出的中子会经历非弹性散射和弹性散射。其它中子源具有不同于AmBe源的发射光谱。例如，从图1中看出， 放射性锎源具有位于约lMeV处的峰，很少发射高于6MeV的中子。基于 加速器的中子发生器例如DD(氘源-氘靶)和DT(混合的氘/氚源和靶，其通 常装有50%氖和50%氣，并且绝大多数相互作用是氘-氚)通常发射单一能量 的中子。例如，DD中子发生器通常发射2.45 MeV中子，而DT中子发生 器通常发射14MeV中子。被1英寸钨壳包围的DT源(l英寸W减速的DT) 具有中子发射窗口为0~2 MeV和13-14 MeV的光谱(见图1)。因此，来自 锎和DD中子源的中子一般主要经受弹性散射，而来自DT和1英寸W减 速的DT的中子则经受非弹性和弹性散射。应当注意到，来自DT的中子在 其能量首先经非弹性散射降低之后再经受弹性散射。对于某些量度如地层孔隙度，采用AmBe源和两个探测器的测井仪已 经成为市场的主流。但是，由于与放射性物质有关的安全问题，使用AmBe作为源材料不再是可取的。
技术实现思路
本专利技术提供基于加速器的中子源发生器和装有该发生器的测井仪。在一个实施方案中，该发生器源是接地的靶管(grounded target tube),其具有氖 -氚气体混合物，所述混合物提供所需比例的2.45MeV和14MeV中子。根 据本专利技术的一个实施方案，该发生器靶位于距近He-3探测器约22cm和距 远He-3探测器约41.5cm的距离，并且用含氢的中子减速器把该发生器耙 与探测器隔开。根据本专利技术的另一实施方案，该发生器靶位于距近He-3探 测器约33cm和距远He-3探测器约52.5cm的距离，并且用鴒中子倍增器/ 偏转器把该发生器靶与探测器隔开。才艮据本专利技术的一个实施方案，该中子源输出的2.45 MeV和14 MeV中 子的所需比例为3:1至5:1，最优选为4:1。根据本专利技术的另一实施方案，该中子源适合于产生约^107±25%个中 子/秒。根据本专利技术的另 一 实施方案，该中子源发生器中的氘和氚的混合物为 99.72% ± 0.07%的氘和0.28% ± 0.07%的氚。根据本专利技术的另 一实施方案，在使用本专利技术的装有所需氖-氚混合物的 领'j井4义之前，先进4亍才交)食观1量(calibration measurement)。根据本专利技术的另 一实施方案，在使用本专利技术的装有所需氘-氚混合物的 测井仪之前，先询问确认该测井仪的数据库，以进行年代相关的(age-related) 校正。根据本专利技术的 一 个方面，装有具有所需氘-氚混合物的源发生器的本发 明的测井仪以与采用AmBe源的测井仪类似的方式运转，以致于地层响应 的探测结果可按其为AmBe源测井仪的探测结果那样解释，并且会在整个 孔隙度范围内提供0.6 pu以内及在0~50 pu范围内提供小于0.3 pu的填充水 孔隙度(water-filled porosity, pu)测定结果。根据本专利技术的另一实施方案，通过拆除AmBe源并代之以如下的中子 发生器以改进AmBe源测井仪，所述中子发生器具有接地的靶管，该接地 的耙管具有提供所需比例的2.45 MeV和MMeV中子的氘-氚气体混合物。结合所提供的附图并参照详细说明，本领域的技术人员将会明白本专利技术的优点。附图说明图l是AmBe源、Cf源、DD源、DT源和1英寸W减速的DT源所产 生的不同能量的中子的相对发射率图。图2是中子在其能量范围内于20 pu的砂岩中的非弹性散射和弹性散射 作用的图。图3是第一实施方案的中子发生器测井仪的示意图。图3A是用作中子源发生器的接地靶、浮动离子源中子管(floating ionsource neutron tube)的示意图。'图4是第二实施方案的中子发生器测井仪的示意图。 图5是AmBe源测井仪及如图4或图5的测井仪的近/远中子通量比作为含氢指数的函数的模型形成曲线(model-generated graph)。图6是AmBe基模型对不同地层地质状况的近/远比的模型形成曲线。 图7a-7c是图3的测井仪的近/远比对填充水孔隙度的模型形成曲线，其中中子源发生器分别采用氘-氘(DD)系统、氘-氚(DT)系统和混合的DD-DT系统。图8是比较AmBe源测井仪及源布置如图4所示的混合DD-DT测井仪 的近-远比模型形成曲线。图9是AmBe源测井仪及图4的测井仪(混合DD-DT源)的近-远比对孔隙度的模型形成曲线。图10是AmBe源测井仪及具有布置如图4所示的混合DD-DT源的测的模型形成曲线。图11是AmBe源测井仪及具有布置如图4所示的混合DD-DT源的测 井仪在井眼盐度不同的CaC03地层中的真实孔隙度对反演孔隙度的模型形 成曲线。图12是AmBe源测井仪及具有布置如图4所示的混合DD-DT源的测 井仪在具有不同井眼间隙(borehole standoff)的CaC03地层中的真实孔隙度 对反演孔隙度的模型形成曲线。图13是AmBe源测井仪及具有布置如图4所示的混合DD-DT源的测井仪在具有不同井眼尺寸的CaC03地层中的真实孔隙度对反演孔隙度的模 型形成曲线。具体实施方案下面转到图3,可以看见第一实施方案的测井下井仪(logging tool)lOO 的示意图。将在用于对井眼12穿越的地质地层10进行测量的方法和设备 的背景和环境中描述第一实施方案。该测井下井仪(设备或探头)100包括压 力外壳(pressure housing),其封装中子源(发生器)IIO、第一中子探测器 118(任选用铝套筒119包围)和第二中子探测器120，两个中子探测器都与中 子源隔开。鴒中子倍增器/偏转器122位于中子发生器110和探测器之间。 除了中子源和倍增器/偏转器之外，测井下井仪100基本上如Flaum的美国 专利4794792所示和所描述，其全部内容引入本文作为参考。甲此，在图3 的实施方案中，第一探测器118距离中子发生器约33.0 cm (± 1 cm)，而第 二探测器120距离中子发生器约52.5 cm (± 2 cm)。中子探测器118和120 优选是3He型。这些探测器是压力填充3He气体的充气计数管(gas filled counting tube)。该3He探测器响应从周围地层散射回到该探测器的中子。优 选地，两个探测器都设置为热中子探测器。探测器本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于穿过地层的井眼中的测井仪，包括： ａ）中子发生器，其包括氘气和氚气的混合物，选择该混合物以产生所需输出比例的２．４５ＭｅＶ和１４ＭｅＶ中子，该所需输出比例为１０∶１至２∶１； ｂ）与所述中子发生器隔开的至少两个中子探测器。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼思E斯蒂芬森，约翰B菲茨杰拉德，
申请(专利权)人：普拉德研究及开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：VG[英属维尔京群岛]
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