电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井仪器及相应方法
【专利摘要】本发明涉及电缆测井用氘?氘可控源补偿中子测井仪器及相应方法。该测井仪器包括：氘?氘中子源，向地层发射快中子；针对氘?氘中子源的中子探测器，用于探测经地层减速后散射回井眼的热中子信号，包括离中子源距离较远的长源距氦?3中子探测器和离中子源距离较近的短源距氦?3中子探测器，其中源距及响应关系针对氘?氘中子源的中子能量和角分布而设置且其气压和大小针对氘?氘中子源的中子能量被设置；以及信号处理器，对所探测的信号进行预处理，并基于来自中子源的实时反馈而实时控制中子源的参数本发明采用氘?氘型中子源，从根本上避免传统化学源、装卸源、运输、卡源等对人和环境的危害并且降低了环保成本。
【专利说明】
电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井仪器及相应方法
技术领域
[0001]本发明主要涉及电缆测井，更具体地涉及用于探测地层孔隙度和识别地层岩性的电缆测井用测井仪器和方法。【背景技术】
[0002]在核测井系列中，补偿中子测井是有效的确定储层孔隙度，识别地层岩性的关键测井手段。传统的补偿中子测井仪器多使用Am-Be或Pu-Be强同位素化学中子源，发射的快中子被地层氢核散射后损失能量后，被两个不同源距的探测器探测，根据记数率的比值得到地层含氢指数，从而得到储集层的孔隙度。
[0003]随着石油行业HSE成本急剧上升，“无源测井”呼声强烈，美国国家科学院在其 2008年度的有关辐射源的使用与替换的专题报告中强调对化学放射源的更加严格的限制。 在中国2005年12月1日国务院第449号令《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》 开始施行。放射性测井必须全面、优先加强和完善HSE体系建设。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明提供了一种电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井仪器及相应方法，用于通过电缆测井来测量地层孔隙度。
[0005]根据本发明的一个方面，提供了一种电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井仪器，包括:氘-氘2.5MeV中子源，用于向地层发射快中子；针对氘-氘2.5MeV中子源的中子探测器，用于探测经地层减速后散射回井眼的热中子信号，其中所述中子探测器包括离所述氘-氘2.5MeV中子源距离较远的长源距氦-3中子探测器和离所述氘-氘2.5MeV中子源距离较近的短源距氦-3中子探测器，其中所述长源距氦-3中子探测器和所述短源距氦-3 中子探测器的源距及响应关系针对氘-氘2.5MeV中子源的中子能量和角分布而设置以达到最佳的地层孔隙度分辨率，并且所述长源距氦-3中子探测器和所述短源距氦-3中子探测器的气压和大小针对氘-氘2.5MeV中子源的中子能量被设置以达到最佳的探测效率；以及信号处理器，用于对所探测的信号进行预处理，并且基于来自氘-氘2.5MeV中子源的实时反馈而实时控制氘-氘2.5MeV中子源的参数。此外，所述测井仪器还设置有针对氘-氘 2.5MeV中子源的中子能量和角分布进行优化的前屏蔽体和隔离屏蔽体，以阻挡轴向中子的探测。
[0006]根据本发明的另一方面，提供了一种电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井方法，包括:通过氘-氘2.5MeV中子源向地层发射快中子；通过中子探测器来探测经地层减速后散射回井眼的热中子信号，其中所述中子探测器包括离所述氘-氘2.5MeV中子源距离较远的长源距氦-3中子探测器和离所述氘-氘2.5MeV中子源距离较近的短源距氦-3 中子探测器，其中所述长源距氦-3中子探测器和所述短源距氦-3中子探测器的源距及响应关系针对氘-氘2.5MeV中子源的中子能量和角分布而设置以达到最佳的地层孔隙度分辨率，并且所述长源距氦-3中子探测器和所述短源距氦-3中子探测器的气压和大小针对氘-氘2.5MeV中子源的中子能量被设置以达到最佳的探测效率；以及通过信号处理器对所探测的信号进行预处理，并且基于来自氘-氘2.5MeV中子源的实时反馈而实时控制氘-氘 2.5MeV中子源的参数。
[0007]本发明采用氘-氘型中子源，可从根本上避免传统化学源、装卸源、运输、卡源等对人和环境的危害，并且降低了环保成本。
[0008]本发明充分利用一支可实时监控、控制的氘-氘反应加速器中子源，一对中子探测器，包括一个长源距氦-3探测器和一个短源距氦-3探测器，以及屏蔽体，配合前放、高压、处理等电路，通过一对探测器计数的比值，经过环境校正，得到地层的孔隙度。【附图说明】
[0009]为了更清楚地说明本发明的原理，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:图1示出根据本发明的实施例的电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井仪器的功能框图。
[0010]图2示出根据本发明的实施例的电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井原理框图。
[0011]图3示出根据本发明的实施例的电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井仪器的剖面图。
[0012]图4示出根据本发明的实施例的电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井方法。 【具体实施方式】
[0013]以下阐述的实施例表示使得本领域技术人员能够实现本发明的必要信息。在根据附图阅读说明书之后，本领域的技术人员将理解本发明的原理，并将意识到这些原理的应用并不特定于此处所述。应该理解，这些原理和应用落入本公开和所附权利要求书的范围内。
[0014]本发明采用氘-氘中子发生器来取代目前的Am-Be或Pu-Be同位素中子源。氘-氘中子发生器可相当于一个小型加速器，当其处于工作状态时即可产生2.5MeV的快中子，在测井结束后不供电时则不会有放射性射线产生，从根本上克服了化学源的各种缺点。此外， 本发明能够基于中子源的反馈来调节中子源的参数以便更好地实现测井目的。
[0015]现结合附图来对本发明作进一步描述。
[0016]参照附图1，图1示出根据本发明的实施例的电缆测井用氘_氘可控源补偿中子测井仪器10的功能框图。该氘_氘可控源补偿中子测井仪器10包括氘-氘2.5MeV中子源 12、针对氘-氘2.5MeV中子源的中子探测器14和信号处理器18。所述氘-氘2.5MeV中子源12例如可以是氘-氘反应加速器中子源，并且例如以脉冲方式向地层发射快中子。所述中子探测器14探测经地层减速后散射回井眼的热中子信号，以便例如对热中子数进行计数。所述信号处理器18对所探测到的信号进行预处理以发送到地面计算机进行进一步处理，并且基于来自氘-氘2.5MeV中子源的实时反馈而实时发送控制命令至氘-氘2.5MeV 中子源以调节氘-氘2.5MeV中子源的参数，其中该信号处理器18例如可以通过处理器、微处理器、可编程逻辑器件等实现。
[0017]优选地，所述氘-氘可控源补偿中子测井仪器10还包括前置放大器16,用于放大由中子探测器14所探测的热中子信号并且将经放大的信号发送到信号处理器18。所述前置放大器16例如可以包括电荷灵敏和微分放大电路、比较甄别电路、脉冲整形电路等(未示出)。
[0018]优选地，所述中子探测器14包括离所述氘-氘2.5MeV中子源距离较远的长源距氦-3中子探测器和离所述氘-氘2.5MeV中子源距离较近的短源距氦-3中子探测器(未示出)，所述长源距氦-3中子探测器和短源距氦_3中子探测器有助于测量热中子计数率的比值以反映地层中的含氢指数，经过环境校正，得到地层的孔隙度，其中所述长源距氦-3中子探测器和所述短源距氦-3中子探测器的源距及响应关系针对氘-氘2.5MeV中子源的中子能量和角分布而设置以达到最佳的地层孔隙度分辨率，并且所述长源距氦-3中子探测器和所述短源距氦-3中子探测器的气压和大小针对氘-氘2.5MeV中子源的中子能量被设置以达到最佳的探测效率。相应地，前置放大器16包括分别用于长源距氦-3中子探测器和短源距氦-3中子探测器的第一路前置放大电路和第二路前置放大电路(未示出)，并且每一路前置放大电路都包括各自的电荷灵敏和微分放大电路、比较甄别电路、脉冲整形电路等。
[0019]优选地，在所述氘-氘可控源补偿中子测井仪器10中，在所述氘-氘2.5MeV中子源距离与短源距氦-3中子探测器之间以及在所述长源距氦-3中子探测器和短源距氦-3 中子探测器之间都放置屏蔽体用于中子屏蔽，以减少所述长源距氦-3中子探测器和短源距氦-3中子探测器受到仪器内部中子的影响，从而更好地反映地层孔隙性质。
[0020]优选地，氘-氘2.5MeV中子源的电压、粒子源束流、占空比中的至少一个能够被反馈并调节。
[0021]参考图2,图2示出根据本发明的实施例的电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井仪器200的原理框图。在图2中，201为针对氘-氘2.5MeV中子源的短源距氦-3中子探测器，202为针对氘-氘2.5MeV中子源的长源距氦-3中子探测器，其中源距及响应关系针对氘-氘2.5MeV中子源的中子能量和角分布而设置以达到最佳的地层孔隙度分辨率，并且氦-3中子探测器的气压和大小针对氘-氘2.5MeV中子源的中子能量被设置以达到最佳的探测效率，203为前置放大器(例如包括用于短源距氦-3中子探测器201的第一路前置放大电路和用于长源距氦-3中子探测器202的第二路前置放大电路，其中第一路前置放大电路例如包括电荷灵敏和微分放大电路204、比较甄别电路205、脉冲整形电路206,并且第二路前置放大电路例如包括电荷灵敏和微分放大电路207、比较甄别电路208、脉冲整形电路209)，210为通过例如主控电路板所实现的信号处理器(例如包括FPGA电路211、MCU 电路212、用于提供例如所需的3.3V和1.5V电压的供电电路213)，214为通讯板，215为可控氘-氘2.5MeV中子源，其能够向主控电路板反馈其参数并且接受主控电路板的控制， 216为高压电源(例如提供可控中子源所需的高压1450V和1350V)，217为高压分压电路(例如分压得到6V电压)，218为供电电源模块(例如提供前放电路、通讯板和主控电路所需的 +12V，-12V，+5V，-9V电压，以及可控中子源所需的+50V，+15V电压)，219为井下总线。本领域技术人员应该意识到，以上所提到的具体数值仅仅是出于说明目的，而非意在将本发明限制于此。
[0022]在仪器工作时，可控氘-氘2.5MeV中子源215向地层发射快中子，短源距氦-3中子探测器201和长源距氦-3中子探测器202探测到信号，同时通过高压电源216所输出的 1450V和1340V高压，然后通过前置放大器203,得到可测量信号以输入至主控电路板210 中，最后通过通讯板214传至PC机。主控电路板210在将所采集的信号发送到PC机之前对信号进行预处理，同时主控电路板210接收来自可控氘-氘2.5MeV中子源215的包括其当前各个参数的反馈信号并且基于该反馈信号对可控氖-氖2.5MeV中子源215进行控制， 从而调节可控氘-氘2.5MeV中子源215的高压、束流，占空比等参数。
[0023]参考图3,图3示出根据本发明的实施例的电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井仪器300的剖面图。该氘-氘可控源补偿中子测井仪器整体上呈圆柱体。远端探测器110、 近端探测器114和中子管122等器件布置在圆柱体的壳体内。中子管122为氘-氘2.5MeV 中子源，其被布置于氘-氘可控源补偿中子测井仪器的前端用于向地层发射快中子。分别用作长源距氦-3中子探测器和短源距氦-3中子探测器的远端探测器110、近端探测器114 被沿着纵轴方向布置，并且远端探测器110比近端探测器114更远离中子管122。
[0024]优选地，该氘-氘可控源补偿中子测井仪器例如还包括中子上接头102、上接头垫块103、高压模块护盖104、电子线路骨架105、底部探头护套上端头106、远端探测器左胶环 107、底部探头护套108、探头护套盖109、远端探测器右胶环111、隔离屏蔽体112、近端探测器左胶环113、近端探测器右胶环115、前屏蔽体116、近端屏蔽体右胶环117、0.5_垫片 118、探头护套盖端头119、底部探头护套下端头120、中子管外壳121、中子管胶环123、变压器骨架下接头124等部件，这些部件如图3所示的那样布置以用于对相应元件进行固定和保护。并且该氘-氘可控源补偿中子测井仪器例如还包括常压31芯插座101、常压31芯插头125以用于提供电源接口。其中上述屏蔽体是针对氘-氘2.5MeV中子源的中子能量和角分布进行优化的以阻挡轴向中子的探测。
[0025]在如图1-3所示的根据本发明实施例的氘-氘可控源补偿中子测井仪器中，针对利用氘-氘中子源时所带来的中子能谱、强度和角分布的改变，对仪器的几何材料、探测系统、仪器的响应、校正解释、电子线路部分等进行全新设计和实现，从而提供了可控源补偿中子测井仪器的全套解决方案。
[0026]参考图4,图4示出根据本发明的实施例的电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井方法400。该方法400包括:在步骤401，通过氘-氘2.5MeV中子源向地层发射快中子，例如所述氘-氘2.5MeV中子源可以以脉冲方式向地层发射快中子。
[0027]在步骤402,通过针对氘-氘2.5MeV中子源的中子探测器来探测经地层减速后散射回井眼的热中子信号，其中所述中子探测器包括离所述氘-氘2.5MeV中子源距离较远的长源距氦-3中子探测器和离所述氘-氘2.5MeV中子源距离较近的短源距氦-3中子探测器，其中所述长源距氦-3中子探测器和所述短源距氦_3中子探测器的源距及响应关系针对氘-氘2.5MeV中子源的中子能量和角分布而设置以达到最佳的地层孔隙度分辨率，并且所述长源距氦-3中子探测器和所述短源距氦_3中子探测器的气压和大小针对氘-氘 2.5MeV中子源的中子能量被设置以达到最佳的探测效率。
[0028]在步骤403,通过信号处理器对所探测的信号进行预处理以发送到地面计算机进行进一步处理，并且基于来自氘-氘2.5MeV中子源的实时反馈由信号处理器实时地发送控制命令至氖-氖2.5MeV中子源以调节氖-氖2.5MeV中子源的参数。优选地，氖-氖2.5MeV中子源的电压、粒子源束流、占空比中的至少一个能够被反馈并调节。
[0029]优选地，通过中子探测器来探测经地层减速后散射回井眼的热中子信号的步骤 402进一步包括:通过所述长源距氦-3中子探测器和短源距氦-3中子探测器来测量热中子计数率的比值以例如反映地层中的含氢指数，然后经过环境校正，得到地层的孔隙度。
[0030]应该理解的是，以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，但是本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，而所附权利要求意在涵盖落入本发明精神和范围中的这些修改或者等同替换。
【主权项】
1.一种电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井仪器，包括:氘-氘中子源，用于向地层发射快中子；针对氘-氘中子源的中子探测器，用于探测经地层减速后散射回井眼的热中子信号， 其中所述中子探测器包括离所述氘-氘中子源距离较远的长源距氦-3中子探测器和离所 述氘-氘中子源距离较近的短源距氦-3中子探测器，其中所述长源距氦_3中子探测器和 短源距氦-3中子探测器均针对氘-氘中子源的中子能量和角分布进行优化；以及信号处理器，用于对所探测的信号进行预处理，并且基于来自氘-氘中子源的实时反 馈而实时控制氘-氘中子源的参数。2.根据权利要求1所述的电缆测井用氘_氘可控源补偿中子测井仪器，还包括:前置 放大器，用于放大由中子探测器所探测的热中子信号并且将经放大的信号发送到信号处理器。3.根据权利要求1所述的电缆测井用氘_氘可控源补偿中子测井仪器，其中所述长源 距氦-3中子探测器和短源距氦_3中子探测器用于测量热中子计数率的比值以反映地层中 的含氢指数。4.如权利要求1所述的电缆测井用氘_氘可控源补偿中子测井仪器，其中所述长源距 氦-3中子探测器和短源距氦_3中子探测器的源距及响应关系针对氘-氘中子源的中子能 量和角分布而设置，并且所述长源距氦-3中子探测器和短源距氦_3中子探测器的气压和 大小针对氘-氘中子源的中子能量被设置。5.如权利要求1所述的电缆测井用氘_氘可控源补偿中子测井仪器，其中在所述 氘-氘中子源距离与短源距氦-3中子探测器之间以及在所述长源距氦_3中子探测器和短 源距氦-3中子探测器之间都放置针对氘-氘中子源的中子能量和角分布进行优化的屏蔽 体。6.如权利要求1所述的电缆测井用氘_氘可控源补偿中子测井仪器，其中所述参数包 括电压、粒子源束流、占空比中的至少一个。7.—种电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井方法，包括:通过氘-氘中子源向地层发射快中子；通过针对氘-氘中子源的中子探测器来探测经地层减速后散射回井眼的热中子信号， 其中所述中子探测器包括离所述氘-氘中子源距离较远的长源距氦-3中子探测器和离所 述氘-氘中子源距离较近的短源距氦-3中子探测器离所述氘-氘中子源距离较远的长源 距氦-3中子探测器和离所述氘-氘中子源距离较近的短源距氦_3中子探测器，其中所述 长源距氦-3中子探测器和短源距氦-3中子探测器均针对氘-氘中子源的中子能量和角分 布进行优化；以及通过信号处理器对所探测的信号进行预处理，并且基于来自氘-氘中子源的实时反馈 而实时控制氘-氘中子源的参数。8.根据权利要求1所述的电缆测井用氘_氘可控源补偿中子测井方法，其中所述方法 还包括:通过所述长源距氦-3中子探测器和短源距氦-3中子探测器来测量热中子计数率 的比值以反映地层中的含氢指数。9.如权利要求1所述的电缆测井用氘_氘可控源补偿中子测井方法，其中所述长源距 氦-3中子探测器和短源距氦_3中子探测器的源距及响应关系针对氘-氘中子源的中子能量和角分布而设置，并且所述长源距氦-3中子探测器和短源距氦-3中子探测器的气压和 大小针对氘-氘中子源的中子能量被设置。10.如权利要求1所述的电缆测井用氘-氘可控源补偿中子测井方法，其中所述参数包 括电压、粒子源束流、占空比中的至少一个。
【文档编号】E21B49/00GK105986812SQ201510077409
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月13日
【发明人】裴宇阳, 白庆杰, 王威, 闫俊杰
【申请人】中国石油集团长城钻探工程有限公司