一种中子寿命测井地层宏观俘获截面提取方法技术

本发明专利技术公开了一种中子寿命测井地层宏观俘获截面提取方法。主要实现从中子寿命测井采集的俘获时间谱中准确提取地层的宏观俘获截面，有效剥离了井眼环境的影响。本发明专利技术的主要流程可总结为：对俘获时间谱进行平滑滤波提高信噪比；截取谱线尾端部分数据计算本底计数率的均值和标准差，以三倍标准差为标准确定本底区域范围；根据本底区范围选取初始地层衰减数据点并在半对数坐标系下进行线性拟合，获得地层衰减曲线；从原始谱中减去地层衰减曲线获得井眼衰减数据并对其进行拟合，获得井眼衰减曲线；从原始谱中减去井眼衰减曲线，再次获得地层衰减数据并进行拟合，如此迭代直至地层衰减曲线不再发生变化，输出此时的地层衰减曲线用于俘获截面的计算。于俘获截面的计算。于俘获截面的计算。

【技术实现步骤摘要】
一种中子寿命测井地层宏观俘获截面提取方法


[0001]本专利技术涉及一种中子寿命测井地层宏观俘获截面提取方法，主要用于从中子寿命测井采集的俘获时间谱中准确提取地层的宏观俘获截面，同时实现自动消除井眼流体以及本底伽马对地层宏观俘获截面提取所造成的不利影响。

技术介绍

[0002]随着我国大多数陆上油田逐步进入开发中后期，油田面临着高含水，高采出程度等一系列问题，此时剩余油(气)的勘探及挖潜对油田开发中后期的发展具有重要的意义，也是实现中后期油田稳产增产，提高采收率的重要手段。而中子寿命测井技术自面世以来便广泛应用于套后储层剩余油(气)饱和度的评价，在中后期油田的剩余油(气)开发中发挥着重要作用。
[0003]中子寿命测井的测量对象为地层的宏观俘获截面Sigma(Σ)，宏观俘获截面是反映物质对热中子吸收能力的物理量。中子寿命测井仪器通过脉冲中子源将快中子射入地层，快中子在地层中逐渐慢化，扩散最终被俘获并释放出俘获伽马射线。通过监测俘获伽马射线计数率随时间的变化并记录为俘获时间谱，从中可获得热中子数在地层中的平均衰减时间，即中子寿命τ。地层宏观俘获截面Σ可以通过中子寿命τ求得。中子寿命测井技术的基本原理是利用热中子在高矿化度地层水和烃类物质中衰减速度的巨大差异来区分含烃和含水的储层单元，这种差异来源于地层水中含有大量具有较大俘获截面的氯元素，氯元素含量越多俘获伽马射线的衰减速度也就越快，因此，高矿化度水层中的宏观俘获截面远大于油层。中子寿命测井的测量可以贯穿整个油气井的开发过程，利用中子寿命测井对油(气)水的区分能力可以获得生产井中剩余油气随时间的变化以及油气水界面的运移，即时间推移监测技术。同时中子寿命测井也作为一种重要的监测技术被应用于水驱油藏中的剩余油评价中。
[0004]中子寿命测井解释所用到的主要解释参数为从测量俘获时间谱中提取的地层宏观俘获截面Σ。基于岩石物理体积模型，根据地层中岩石骨架、泥质、地层水与油气各自的俘获截面值以及孔隙度、泥质含量等地层参数即可计算出地层含水饱和度，实现套后储层的评价。然而由于中子寿命测井在测量时会受到井眼环境的影响，这使得测量得到的俘获截面为地层与井眼流体共同作用的结果。为了消除井眼环境对俘获截面计算造成的影响，国内外众多研究人员对此展开了相应研究。有研究人员基于中子寿命测井测量理论，推导出了测井模型下的边界问题解，得出了符合中子寿命测井的扩散模型，能够更好的理解井眼与地层的热中子参数间的相互关系。也有研究人员通过大量不同岩性、孔隙度、井眼尺寸、套管尺寸、地层流体矿化度的实测资料构建数据库来建立中子寿命测井的标定模型；以及将中子寿命测井资料与碳氧比测井资料结合起来进行解释，弥补了单一中子寿命测井的局限性，使其可用于确定套后油气水三相的饱和度。而随着数值模拟技术的发展，可以对核测井的响应规律与影响因素进行更为深入的研究。有学者采用蒙特卡洛数值模拟技术研究了不同井眼尺寸、不同地层参数、不同井眼流体下的中子寿命测井响应规律。也有学者利用
人工地层实验以及蒙特卡洛数值模拟根据井眼流体矿化度建立了从测井值到地层俘获截面的校正方法；以及利用蒙特卡洛数值模拟和多组扩散方程描述中子寿命测井受地层或井眼环境影响的标准模型响应过程。还有学者利用蒙特卡洛数值模拟计算了大量不同井况下的模拟数据点，采用两个探测器不同时间门中的相对计数率来建立校正模型，从而可以在解释时无需事先了解井眼流体俘获截面或矿化度。在提取地层宏观俘获截面的方法上，目前有研究人员曾提出采用双指数模型对中子寿命俘获时间谱进行拟合，从而将井眼俘获截面与地层俘获截面分离；或者通过在俘获时间谱中设置两个合适时间门来消除井眼环境的影响，通过统计这两个时间门内的计数率并基于指数衰减规律来计算地层的宏观俘获截面。
[0005]总的来说，目前从中子寿命测井俘获时间谱中提取地层宏观俘获截面最大的难点在于如何消除井眼环境以及本底伽马的影响，从而获得地层的宏观俘获截面值。

技术实现思路

[0006]本专利技术主要克服了现有技术中的不足之处，目的在于提供一种从中子寿命测井俘获时间谱中准确提取地层宏观俘获截面的方法，并能够有效的消除井眼环境和本底伽马对地层俘获截面计算所造成的影响，为后续储层剩余油饱和度的计算奠定基础。为了达到以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]为了从中子寿命测井俘获时间谱中提取地层宏观俘获截面值，首先需要对俘获时间谱进行分析。中子寿命测井采集到的俘获时间谱可以被划分为三个主要区域，并且油层与水层由于宏观俘获截面的差异，俘获伽马计数率随时间衰减的速度不同，如图1所示。此外，由于中子在井眼中的衰减速度通常比在地层中快，因此对于谱线早期时间段内的衰减，井眼流体的贡献较大，该段与井眼环境相对应，可称为井眼衰减区；随着时间的推移，地层对中子俘获的贡献逐步增加，因此该段可称为地层衰减区；之后随着时间继续推移，俘获时间谱计数率变化逐渐平缓，总计数率接近本底值，因此该段可称为本底伽马区。中子寿命测井解释所关注的重点是地层中热中子的衰减情况，所以计算最终解释所使用的俘获截面值时需将井眼衰减影响和本底伽马干扰去除掉，以便能够获得地层的宏观俘获截面。
[0008]地层的宏观俘获截面可以根据地层中的热中子寿命计算。热中子寿命定义为热中子从产生至被俘获吸收所经过的平均时间，它等于热中子的平均扩散自由程S与热中子的平均速度v之比。热中子的平均速度与温度有关，当温度为25℃时，热中子的平均速度约为2.2
×
105cm/s。热中子的平均扩散自由程则定义为宏观俘获截面的倒数，因此热中子寿命τ与宏观俘获截面的关系可表示为：
[0009][0010]式中，τ——热中子寿命，μs；
[0011]Σ——地层宏观俘获截面，c.u.；
[0012]v——热中子速度，cm/s。
[0013]基于地层中热中子的空间—时间分布与热中子数的关系可以根据俘获时间谱计算出热中子寿命，从而可以利用式(1)计算地层的宏观俘获截面。空间中热中子数随时间的变化规律可表示为：
[0014][0015]式中，N——热中子计数率，cps；
[0016]t——时间，μs；
[0017]D——扩散系数函数；
[0018]——表征空间某处位置的向量；
[0019]Q——热中子产生率函数。
[0020]式(2)右侧共有三项，分别表示空间中某一位置处由于热中子扩散、产生、俘获所造成的热中子数随时间的变化。热中子寿命仅与上式右侧第三项有关，因此需要消除前两项的影响。由扩散效应所导致的热中子数变化可通过扩散方程来进行描述，如右侧第一项所示。消除扩散效应的影响通常可以通过优化源距或参数补偿来实现。实际上只有两处热中子存在浓度差时才会出现扩散效应，由于靠近中子源的位置热中子浓度较高，此处热中子净流出；而远离中子源的位置热中子浓度较低，此处热中子净流入。因此可以推测空间中存在一点，该位置热中子流入和流出量相近，达到动态平衡。通过设置合适的源距来测量该处的俘获时间谱即可降低扩散效应的影响，或者也可通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中子寿命测井地层宏观俘获截面提取方法其特征在于所述方法包括以下步骤：设中子寿命测井俘获时间谱共计k道，可表示为向量S＝[n1,n2,
…
,n
k
]
T
；Step1：通过对中子寿命测井采集的俘获时间谱进行平滑滤波来降低仪器噪声以及放射性统计涨落对俘获时间谱伽马计数率的影响，提高时间谱的信噪比，使俘获时间谱的衰减特征更为明显，便于后续的处理；Step2：截取俘获时间谱中最后的k
‑
p+1道数据组成本底向量SS＝[n
p
,
…
,n
k
]
T
，并计算该向量中元素的均值m和标准差σ，为了保证所选区域仅包含本底伽马，本底向量SS不宜过长；Step3：自俘获时间谱第k
‑
p道开始，倒序逐道判断当前道址计数率n是否满足：n＞m+3σ
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(1)一旦满足上述条件则终止运算并输出该道址b，俘获时间谱中的本底区域可表示为向量B＝[n
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国锋，陈猛，刘向君，董国敏，刘东明，陈强，吴晓龙，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：