一种随钻中子孔隙度测井仪的井场校验装置及使用方法与流程

[0001]
本发明属于石油天然气钻探技术领域，具体为一种随钻中子孔隙度测井仪的井场校验装置及使用方法。


背景技术：

[0002]
随钻中子孔隙度测井仪是随钻放射性仪器之一，其响应主要反映岩石中的氢元素含量。随钻中子孔隙度测井仪利用自身的化学中子源和长、短源距两个探测器，测量尚未被地层俘获的超热中子密度随源距的衰减率，并把衰减率转换成刻度过的孔隙度值。该仪器受井眼的影响很小，能够准确、可靠的获取孔隙度参数。在地质向导钻井过程中，为系统实施精确向导提供保障。随钻中子孔隙度测井仪使用的放射源包括化学源am-be、可控源d-t中子发生器，探测器使用氦3中子探测器或li玻璃探测器，通过远/近探测器的计数率比值计算孔隙度。
[0003]
该仪器在研制后需在一级刻度井内进行一级刻度，以便建立响应关系，在规定期限因上井作业部分装配尺寸、电子学系统因素改变需进行二级刻度，一级及二级刻度目前均形成较为完备的技术和装置。
[0004]
当随钻中子孔隙度测井仪拉至井场准备下井前，仅能测试该仪器的电路系统的稳定性，无法在井场进行放射性工作状态检测。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种随钻中子孔隙度测井仪的井场校验装置及使用方法，能实现随钻中子孔隙度测井仪的井场校验，可通过调节中子发生器靶压步数对随钻中子孔隙度测井仪的中子产额进行调节，保证该仪器在下井作业的电路系统及中子产额稳定可靠，提高测量曲线的稳定，减少了起钻风险。
[0006]
本发明是通过以下技术方案来实现：
[0007]
一种随钻中子孔隙度测井仪的井场校验装置，包括第一支架、液位计、水平仪、第二支架和箱体；
[0008]
所述的箱体为空心结构的长方体，箱体用于盛装水或有机玻璃，有机玻璃与箱体的四个内壁贴合设置，箱体设置有上盖和底盖，底盖的端面成内凹设置，底盖搭接在随钻中子孔隙度测井仪的外径上并覆盖随钻中子孔隙度测井仪的探测区域，随钻中子孔隙度测井仪的顶部与上盖中水或有机玻璃上表面的距离≥25cm；
[0009]
所述的随钻中子孔隙度测井仪沿水平方向搭接在第一支架上表面的凹槽中，第一支架上表面的凹槽用于防止随钻中子孔隙度测井仪滚动，箱体的前后两侧固定设置有第二支架，第二支架固定搭接在随钻中子孔隙度测井仪的外径上，使箱体在随钻中子孔隙度测井仪上呈水平设置。
[0010]
优选的，所述箱体的材质为铁、铜、铝或不锈钢。
[0011]
优选的，所述随钻中子孔隙度测井仪的顶部与上盖中水或有机玻璃上表面的距离
为25～40cm。
[0012]
优选的，所述底盖的端面为半圆结构，该半圆的半径比随钻中子孔隙度测井仪的半径大0.3～0.5cm。
[0013]
优选的，当所述的箱体盛装水时，箱体的一侧沿垂直方向设置有液位计，箱体上设置有进水口和排水口，上盖上设置有水平仪。
[0014]
进一步，所述的排水口与液位计设置在箱体的同一侧，排水口上焊接有出水开关，进水口设置在上盖上。
[0015]
优选的，所述的第二支架横截面为u型，第二支架焊接在箱体的前后两侧；第二支架通过螺柱和螺栓固定搭接在随钻中子孔隙度测井仪的外径上，螺柱自上而下贯穿第二支架并顶紧在随钻中子孔隙度测井仪的外径上，螺栓从第二支架的一侧水平贯穿第二支架并顶紧在随钻中子孔隙度测井仪的外径上。
[0016]
优选的，所述的第二支架沿水平方向向外设置有把手。
[0017]
优选的，所述箱体前后方向的一侧设置有探测器固定孔，探测器固定孔与随钻中子孔隙度测井仪的中子发生器相向设置，水平筒通过探测器固定孔沿水平方向深入箱体设置，水平筒与探测器固定孔密封设置，水平筒中安装有氦中子探测器。
[0018]
一种随钻中子孔隙度测井仪的井场校验装置的使用方法，基于上述任意一项所述的随钻中子孔隙度测井仪的井场校验装置，包括如下步骤：
[0019]
步骤1，将随钻中子孔隙度测井仪沿水平方向搭接在第一支架上表面的凹槽中；
[0020]
步骤2，在箱体中盛装水或有机玻璃，使随钻中子孔隙度测井仪的顶部与上盖中水或有机玻璃上表面的距离≥25cm，之后将箱体搭接在随钻中子孔隙度测井仪的外径上并覆盖随钻中子孔隙度测井仪的探测区域，第二支架固定搭接在随钻中子孔隙度测井仪的外径上，使箱体在随钻中子孔隙度测井仪上呈水平设置；
[0021]
步骤3，用随钻中子孔隙度测井仪对箱体进行传值，得到短源距的计数率n
ss
和长源距的计数率n
ls
，之后按照同样的方式得到短源距的计数率n
s
′
s
和长源距的计数率n
l
′
s
，通过调节中子发生器的靶压步数，使得|n
ss-n
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<0.1、|n
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|/n
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<0.1，完成随钻中子孔隙度测井仪的井场校验。
[0022]
本发明具有如下有益的技术效果：
[0023]
本发明一种随钻中子孔隙度测井仪的井场校验装置，空心结构的长方体箱体可盛装水或有机玻璃，有机玻璃与箱体的四个内壁贴合设置，底盖的端面成内凹可搭接在随钻中子孔隙度测井仪的外径上并覆盖随钻中子孔隙度测井仪的探测区域，这样依据蒙特卡罗仿真模拟实验数据，随钻中子孔隙度测井仪的顶部与上盖中水或有机玻璃上表面的距离≥25cm可以确保在具体应用时模拟的最大有效孔隙度值在10p.u以上，当箱体盛装水时可以节约成且通过水可以实时对体积进行控制；随钻中子孔隙度测井仪沿水平方向搭接在第一支架上表面的凹槽中，这样第一支架上表面的凹槽可防止随钻中子孔隙度测井仪滚动，第二支架固定搭接在随钻中子孔隙度测井仪的外径上，可使箱体在随钻中子孔隙度测井仪上呈水平设置，满足测量需要。本发明的井场校验装置可实现随钻化学源、可控源这些不同类型的中子孔隙度测井仪井场放射性校验，调整中子产额，保证该仪器在下井作业的电路系统及中子产额稳定可靠，提高测量曲线的稳定，减少了起钻风险。
[0024]
本发明一种随钻中子孔隙度测井仪的井场校验装置的使用方法，先将随钻中子孔
隙度测井仪沿水平方向搭接在第一支架上表面的凹槽中，这样再在箱体中盛装水或有机玻璃，使随钻中子孔隙度测井仪的顶部与上盖中水或有机玻璃上表面的距离≥25cm，可方便将箱体搭接在随钻中子孔隙度测井仪的外径上并覆盖随钻中子孔隙度测井仪的探测区域，第二支架固定搭接在随钻中子孔隙度测井仪的外径上，可使箱体在随钻中子孔隙度测井仪上呈水平设置，满足测量需要；最后用随钻中子孔隙度测井仪对箱体进行传值，可得到短源距的计数率n
ss
和长源距的计数率n
ls
，使用一段时间后中子产额会有一定下降，加上仪器装配等因素对孔隙度的影响，所以按照同样的方式得到短源距的计数率n
s
′
s
和长源距的计数率n
l
′
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，通过调节中子发生器的靶压步数，使得|n
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<0.1、|n
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|/n
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<0.1，便可完成随钻中子孔隙度测井仪的井场校验。
附图说明
[0025]
图1为本发明所述的随钻可控源中子孔隙度测井仪的一级刻度关系仿真模拟曲线；
[0026]
图2为水和有机玻璃两种材质分别盛装在本发明所述井场校验装置的密封箱体后的有效孔隙度仿真曲线；
[0027]
图3为本发明所述的井场校验装置前端结构示意图；
[0028]
图4为本发明所述的井场校验装置后端结构示意图；
[0029]
图5为本发明所述的井场校验装置纵向剖视图；
[0030]
图6为本发明所述的井场校验装置横向剖视图；
[0031]
图7为本发明所述的井场校验装置使用时的立体结构示意图。
[0032]
图中：1-第一支架；2-随钻中子孔隙度测井仪；3-液位计；4-排水口；5-水平仪；6-进水口；7-探测器固定孔；8-螺柱；9-把手；10-上盖；11-底盖；12-第二支架；13-螺栓。
具体实施方式
[0033]
下面结合本发明的附图，对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0034]
本发明一种随钻中子孔隙度测井仪的井场校验装置，如图7所示，包括第一支架1、液位计3、水平仪5、第二支架12和箱体；箱体为空心结构的长方体，箱体用于盛装水，箱体设置有上盖10和底盖11，底盖11的端面成内凹设置，底盖11搭接在随钻中子孔隙度测井仪2的外径上并覆盖随钻中子孔隙度测井仪2的探测区域，随钻中子孔隙度测井仪2的顶部与上盖10中水上表面的距离≥25cm。
[0035]
随钻中子孔隙度测井仪2沿水平方向搭接在第一支架1上表面的凹槽中，第一支架1上表面的凹槽用于防止随钻中子孔隙度测井仪2滚动，箱体的前后两侧固定设置有第二支架12，第二支架12固定搭接在随钻中子孔隙度测井仪2的外径上，使箱体在随钻中子孔隙度测井仪2上呈水平设置。
[0036]
当所述的箱体盛装水时，箱体的一侧沿垂直方向设置有液位计3，箱体上设置有进水口6和排水口4，上盖10上设置有水平仪5。
[0037]
箱体由不锈钢或铁、铜、铝等具有一定硬度的金属材质焊接形成，该箱体包括上盖10、右盖、左盖、底盖11、后盖和前盖，确保盛水后体积不发生变化，因而可保证有效的孔隙
度精度，不锈钢具体为防碰撞、防变形的不锈钢304、不锈钢p550，箱体高度依据蒙特卡罗仿真模拟实验数据，设计为25cm-40cm之间，这样可以确保最大有效孔隙度值在10p.u.-30p.u.；底盖11的端面为具有一定曲率半径的半圆结构，其半径大于或等于随钻中子孔隙度测井仪2的半径，以便可以使该装置放置在仪器上，一般大于0.3-0.5cm，这样可以模拟随钻中子孔隙度测井仪2贴靠井壁的状态。
[0038]
左盖上设置有液位计3和排水口4，采用焊接方式在排水口4上安装出水开关，水平仪5和进水口6设置在上盖10上，水平仪5保证整个测试过程中随钻中子孔隙度测井仪2和该校验装置均处于水平位置，从而使液位计3可监测盛水的高度，精确控制有效孔隙度值；后盖和前盖上均设置有螺柱8、把手9和支架12，如图3和图4所示，第二支架12横截面为u型，焊接在后盖和前盖上，把手9沿水平方向向外焊接在第二支架12上，第二支架12通过螺柱8和螺栓13固定搭接在随钻中子孔隙度测井仪2的外径上，螺柱8自上而下贯穿第二支架12并顶紧在随钻中子孔隙度测井仪2的外径上，螺栓13从第二支架12的一侧水平贯穿第二支架12并顶紧在随钻中子孔隙度测井仪2的外径上，螺柱8可防止箱体倾斜翻倒。螺栓13将箱体与随钻中子孔隙度测井仪2顶紧保证不发生相对移动或转动。
[0039]
如图5和图6所示，探测器固定孔7设置箱体前后方向的一侧，具体可在前盖箱体上，探测器固定孔7与随钻中子孔隙度测井仪2的中子发生器相向设置，轻质和壁薄的水平筒沿水平方向从探测器固定孔7伸入箱体内，在探测器固定孔7处焊接，可保持一定的密封性能，之后可在水平筒中安装氦3中子探测器，可固定距离后对氦3中子探测器的探测效率进行检测和相对评价。
[0040]
本发明的装置在设计时：首先通过蒙特卡罗方法对随钻中子孔隙度测井仪2和该校验装置按实际尺寸进行1:1建模，并进行仿真计算得到如图1所示的随钻可控中子孔隙度的一级刻度响应关系，对两种备选材料(水和有机玻璃)放置在仪器探测区域时的有效孔隙度进行模拟，图2可看到，在其他条件不变时，随钻中子孔隙度测井仪2顶部与井场刻度装置的顶部的距离在25cm以上对等效孔隙度影响不大，水和有机玻璃相比，水的等效孔隙度要优于有机玻璃，即需要同样的体积水更少且可以通过水对体积进行实时控制；因此，选用密封水箱作为井场刻度装置的主要部件。
[0041]
本发明一种随钻中子孔隙度测井仪的井场效验装置在测试实验时，待该仪器在一级刻度井中完成一级刻度后，如图7所示，首先将随钻中子孔隙度测井仪2沿水平方向搭接在第一支架1上表面的凹槽中；在箱体中盛装水，使随钻中子孔隙度测井仪2的顶部与上盖10中水表面的距离≥25cm，之后将箱体搭接在随钻中子孔隙度测井仪2的外径上并覆盖随钻中子孔隙度测井仪2的探测区域，第二支架12固定搭接在随钻中子孔隙度测井仪2的外径上，使箱体在随钻中子孔隙度测井仪2上呈水平设置；具体是将随钻中子孔隙度测井仪井场效验装置放置在随钻中子孔隙度测井仪2正上方的标定位置上，该位置可保证效验装置完全覆盖一个放射源(即中子发生器)、两个探测器(即中子探测器)，这样才能保证每次测试结果不受装置和仪器的位置影响，采用螺栓13紧固后，将水倒入箱体内，观察水面高度，直至随钻中子孔隙度测井仪2的顶部与水面的距离l到达25～45cm为止；用随钻中子孔隙度测井仪2对该装置进行传值，得到短源距的计数率n
ss
和长源距的计数率n
ls
，仪器使用一段时间后，中子产额有可能有一定下降，通过现场刻度器的实验，此时测得短源距的计数率n
′
ss
、长源距的计数率n
′
ls
，通过调节中子发生器的靶压步数，使得|n
ss-n
′
ss
|/n
ss
<0.1、|n
ls-n
′
ls
|/n
ls
<0.1，即可完成随钻中子孔隙度测井仪的井场校验，保证测量稳定性。该比值越小越好，表明中子产额随着时间变化越小。
[0042]
以下进行举例说明：
[0043]
(1)、当在一级刻度时靶压为13步时，
[0044]
其中n
ss
＝2688.40；n
ls
＝176.80
[0045]
n
ss
/n
ls
＝15.22；
[0046]
将上述比值代入一级刻度公式中的r，得到地层孔隙度值：
[0047]
por＝-2.1543-1.2702*r+0.28184*r
2-0.01367*r3+0.000227145*r4＝9.80p.u.
[0048]
(2)、当经过一段时间中子产额降低后，井场刻度：
[0049]
其中n
′
ss
＝1571.65；n
′
ls
＝100.49
[0050]
n
′
ss
/n
′
ls
＝15.68；
[0051]
将上述比值代入一级刻度公式中的r，得到地层孔隙度值：
[0052]
por
′
＝-2.1543-1.2702*r+0.28184*r
2-0.01367*r3+0.000227145*r4＝10.25p.u.
[0053]
考察在中子产额、仪器装配等发生变化时对孔隙度的影响：
[0054][0055][0056][0057]
因此，仪器经过长时间使用，中子产额、仪器装配等因素对孔隙度的影响带来的变化为2.3％，虽在随钻中子孔隙度测井仪测量精度范围内，但可通过调节中子发生器靶压步数增加中子产额来完善测量精度。
[0058]
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。