采用位置灵敏探测器的高分辨率密度测井仪及测井方法与流程

本发明涉及一种采用位置灵敏探测器的高分辨率密度测井装置，属于石油测井技术领域。

背景技术：

在石油测井领域，密度测井是测量地层密度、判断地层岩性不可缺少的测量方法之一。

密度测井始与 1954 年，第一只密度测井仪是由一枚伽马放射源和一个伽马射线探测器组成，其通过测量伽马射线在穿过地层时的衰减程度来确定地层的密度。然而在实际测井过程中发现，该仪器很容易受到井眼（泥饼、或者井壁不规则）的影响。为了消除井眼对测量结果的影响，1964 年，双探测器密度测井仪器被提出，其也被称为补偿密度测井仪，该仪器采用一近一远两个伽马探测器进行测量，通过近远探测器计数的比值来判断地层的密度。改进后的装置有效的降低了井眼条件的影响，直到现在补偿密度测井仪依然是密度测量时最常用的装置。

目前，国内大多数油田属于陆相沉积，此类油田中薄互层多，且很多薄互层中含有丰富的石油资源。对该类薄互层的探测，需要高分辨的测井仪器，然而当前双探测器密度测井仪的纵向分辨距离在 0.4m 左右，并不能达到分辨薄互层的目的。为提高仪器的纵向分辨能力，包括斯伦贝谢等测井公司先后提出了三探测器密度测井仪，即在传统双探测器密度测井仪器的基础上加入一枚“背散射”探测器，通过对三个探测器测量数据的处理，可以得到相对较高的纵向分辨率。

总结密度测井仪器的发展历史可以看出：探测器使用的数量越多，获得的地层信息就越多，仪器的测量精度和纵向分辨能力也越高。受这一变化规律的启发，本发明采用位置灵敏型探测器替代传统的单点探测器。位置灵敏探测器不仅可以记录入射到探测器内的伽马射线的数目与能量，而且能记录伽马射线入射到探测器时的位置。相比于双探测器或三探测器密度测井仪器只采集两个或三个点的伽马射线通量，该发明能采集到了整个探测器位置处伽马射线连续的通量分布，因此最大可能的获得了地层的测量信息。通过对测量得到的通量分布进行处理，可以得到更为精确的密度测量结果和更高纵向分辨能力。

技术实现要素：

发明目的：为满足油田对薄互层的测量需求，本发明提供了一种采用位置灵敏型探测器的高分辨率密度测量仪，其拥有更高的纵向分辨率，能够提供更为精确的密度测量结果。

技术方案：

采用位置灵敏探测器的高分辨率密度测井仪，其特征在于：

包括推靠器、探头和井径腿；

所述探头和井径腿安装在所述推靠器的两侧；

所述探头上设置有位置灵敏型探测器和放射源室。

所述的采用位置灵敏探测器的高分辨率密度测井仪，优选地：所述放射源室为伽马源或者中子源，其种类是可控源或者化学源。

所述的采用位置灵敏探测器的高分辨率密度测井仪，优选地：所述位置灵敏型探测器包括伽马射线测量敏感材料及所述伽马射线测量敏感材料两端的光电转换器件。

所述的采用位置灵敏探测器的高分辨率密度测井仪，优选地：所述伽马射线测量敏感材料为闪烁体晶体或碘化钠晶体。

所述的采用位置灵敏探测器的高分辨率密度测井仪，优选地：所述伽马射线测量敏感材料的长度至少为20cm；形状为长形的立体几何体，具体为圆柱状体或者长方体。

所述的采用位置灵敏探测器的高分辨率密度测井仪，优选地：所述位置灵敏型探测器还包括信号处理电路；所述信号处理电路包括：

所述的光电转换器件，依次连接有前置放大器、主放大器和信号对比电路；

所述光电转换器件上还连接有高压电源。

一种使用如所述的采用位置灵敏探测器的高分辨率密度测井仪的测井方法，其特征在于：

该测量方法包括以下步骤：

1）当伽马射线进入含有对伽马射线敏感材料的探测器后，与该敏感材料发生相互作用产生光信号；

2）通过探测器晶体两端的光电转换器件产生的电信号的时间差或者幅度差来确定伽马射线在探测器长轴方向上的入射位置信息；

3）以一定距离为间隔进行上述步骤的统计，得伽马射线的通量沿井眼方向的分布，对该分布数据处理计算密度值。

所述的测井方法，优选地：在所述步骤3）中，选取至少2个距离段，对相应距离段内测得的伽马射线通量进行积分或求和。

所述的测井方法，优选地：当距离较远的距离段计数远小于其它距离段时，可重新选择离放射源较近的距离段进行计算，以减小计算误差。

优点及效果：相比于现有测量仪器只采集两个或三个点的伽马射线通量，本发明能采集到整个探测器位置处伽马射线连续的通量分布，因此最大可能的获得了地层的测量信息。通过对测量得到的通量分布进行处理，可以得到更为精确的密度测量结果和更高纵向分辨能力。

附图说明：

图1 为采用位置灵敏型探测器的高分辨率密度测井仪示意图。

图2 为位置灵敏探测器的电路结构示意图。

图中标注：1推靠器；2探头；3位置灵敏探测器；4放射源室；5井径腿。

具体实施方式：

本发明的技术思想是：

通过对密度测井仪器的发展历史的总结，可以看出探测器使用的数量越多，获得的地层信息就越多，仪器的测量精度和纵向分辨能力也越高。

受这一变化规律的启发，本发明采用位置灵敏型探测器替代传统的探测器。位置灵敏探测器不仅可以记录入射到探测器内的伽马射线的数目与能量，而且能记录伽马射线入射到探测器时的位置。相比于双探测器或三探测器密度测井仪器只采集两个或三个点的伽马射线通量，该发明能采集到了整个探测器位置处伽马射线连续的通量分布，因此最大可能的获得了地层的测量信息。通过对测量得到的通量分布进行处理，可以得到更为精确的密度测量结果和更高纵向分辨能力。

通过以上技术思想的指导，本发明的具体技术方案为：

本装置包括电子控制电路、推靠器、探头、井径腿。其中探头采用长形的伽马射线测量晶体（长度至少为20厘米），在晶体的两端安装光电倍增管，通过测量 gamma 射线到达晶体两端后产生信号的时间差（或者幅度差）来确定 gamma 射线入射的位置并进行记录。每完成一个采样点的测量后，将测量的到位置信息以一定的距离为间隔（例如 0.5厘米）进行统计，可得到 gamma 射线的通量沿井眼方向的分布。通过对通量分布数据的处理，计算得到该点处的密度值。

如图 1 所示，本发明主要由推靠器 1、探头 2、井径腿 5 以及相关电子学控制电路组成。探头 2 和井径腿 5 分别安装在推靠器两侧，在探头 2 上安装有位置灵敏型探测器 3 和放射源室 4。

探测器部分是本发明的核心，其采用一个位置灵敏型的探测器取代了双探测器或三探测器密度测井仪器中的多个普通 gamma 射线探测器。如图 2 所示，当 gamma 射线入射到探测器晶体后，其与伽马敏感材料如晶体内的物质发生相互作用可以产生光信号。光到达探测器两端的时间差是由光信号产生的位置（即 gamma 射线入射的位置）决定的，因此可以通过对比探测器两端产生的电信号的时间差或者幅度差获得 gamma 射线的入射位置信息。通过对 gamma 射线位置信息的处理，可以获得某一测量点处 gamma 射线沿井眼方向的通量分布。

采用位置灵敏型的探测器最大的优点是其在处理测量数据时的灵活性。在双探测器或三探测器密度测井仪器中，它们只能给出某两点或三点处的 gamma 射线计数，而且这些探测器与放射源之间的距离对测量值的准确性有很大的影响。例如，在双探测器密度测井仪器中，远探测器距离放射源既不能太近也不能太远。距离太远会导致其计数过少，统计误差大；距离太近，则导致其与近探测器的计数没有明显的区别。通常情况下，近远探测器的距离设置为一个适合大多数地层情况下的值，但是当遇到密度过大或过小的地层时，其测量结果就会导致较大的误差。然而本发明可以有效的避免这种误差，因为采用位置灵敏型的探测器测量得到是 gamma 射线的通量分布。当在进行数据处理时，可以选取三个典型的距离段，对相应距离段内的 gamma 通量进行积分（求和），然后按照三探测器的数据处理方法进行处理； 当遇到密度很大或很小的地层时，可以对这三个距离段的位置进行调节。例如如果计算时发现较远的那个距离段内的计数很小（包含较大的统计误差时），可以重新选择离放射源较近的一距离段进行计算，这样得到的值误差会相对较小。此外也可以尝试选取四个甚至更多的距离段进行计算。当然本发明的数据处理方式不仅限与此，可以考虑引入神经网络等机器学习的方法对数据进行处理。

采用本具体实施方式提供的技术方案，能够提高密度测量的准确性和其纵向分辨能力，这将为薄互层的测量提供重要的手段。