超热中子孔隙度测井方法及设备与流程

本发明实施例涉及超热中子孔隙度测井技术领域，尤其涉及一种超热中子孔隙度测井方法及设备。

背景技术：

测井指的是也叫地球物理测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法之一。中子测井时测量地层孔隙度的主要方法之一，其中超热中子孔隙度策奖是目前所有商业化中子测井中最简单的测量地层孔隙度的方法。

传统的超热中子孔隙度测井使用镅铍(am-be)中子源，由于其源强较低，使得探测器记录的超热中子计数统计误差偏大，限制了超热中子孔隙度测井的广泛应用。使用氘氚(d-t)中子发生器替代镅铍(am-be)中子源，不仅避免了污染地层等潜在的危害，而且氘氚(d-t)中子发生器的源强要高于am-be源一个数量级，探测器记录的超热中子计数统计误差偏大这一问题也得到很好地解决。

然而，由于氘氚(d-t)中子发生器发射的中子能量较高，会导致中子计数比对孔隙度灵敏度降低。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种超热中子孔隙度测井方法及设备，以克服由于氘氚(d-t)中子发生器发射的中子能量较高，会导致中子计数比对孔隙度灵敏度降低的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种超热中子孔隙度测井方法，包括：

对于氘氚d-t源的脉冲中子孔隙度测井，将中子减速距离拆分为两个能量段的中子减速距离相加，其中两个能量段包括中子从快中子e0减速到1mev和中子从1mev减速到超热中子ef；

采用中子扩散理论将预设中子源超热中子计数比用所述中子减速距离表示，其中预设中子源超热中子计数比包括氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比；

利用非弹伽马计数比将d-t中子源条件下超热中子计数比转换成d-d中子源条件下超热中子计数比；

利用d-d中子源条件下超热中子计数比对氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比改进，得到改进后的中子孔隙度；

基于体积模型，使用改进后的中子孔隙度计算地层视孔隙度。

第二方面，本发明实施例提供一种超热中子孔隙度测井设备，包括：

减速距离分析模块，用于对于氘氚d-t源的脉冲中子孔隙度测井，将中子减速距离拆分为两个能量段的中子减速距离相加，其中两个能量段包括中子从快中子e0减速到1mev和中子从1mev减速到超热中子ef；

计数比确定模块，用于采用中子扩散理论将预设中子源超热中子计数比用所述中子减速距离表示，其中预设中子源超热中子计数比包括氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比；

计数比转换模块，用于利用非弹伽马计数比将d-t中子源条件下超热中子计数比转换成d-d中子源条件下超热中子计数比；

孔隙度确定模块，用于利用d-d中子源条件下超热中子计数比对氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比改进，得到改进后的中子孔隙度；基于体积模型，使用改进后的中子孔隙度计算地层视孔隙度。

第三方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如上第一方面以及第一方面各种可能的设计所述的超热中子孔隙度测井方法。

本发明实施例提供的超热中子孔隙度测井方法及设备，该方法通过对于氘氚d-t源的脉冲中子孔隙度测井，将中子减速距离拆分为两个能量段的中子减速距离相加，其中两个能量段包括中子从快中子e0减速到1mev和中子从1mev减速到超热中子ef；采用中子扩散理论将预设中子源超热中子计数比用中子减速距离表示；利用非弹伽马计数比将d-t中子源条件下超热中子计数比转换成d-d中子源条件下超热中子计数比；利用d-d中子源条件下超热中子计数比对氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比改进，得到改进后的中子孔隙度；基于体积模型，使用改进后的中子孔隙度计算地层视孔隙度，提高地层孔隙度测井的准确性，能够提高中子计数比对孔隙度的灵敏度。本发明实施例通过将氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比转换成氘氘d-d中子源条件下超热中子计数比解决了基于氘氚中子源的中子孔隙度测井，以解决由于氘氚中子源的能量较高，中子计数比对孔隙度灵敏度低，以及中子孔隙度受岩性以及流体影响大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的超热中子孔隙度测井方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的mcnp进行模拟时使用到的中子脉冲序列的示意图；

图3为本发明实施例提供的mcnp程序的模拟模型示意图；

图4为本发明实施例提供的超热中子孔隙度测井设备的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的超热中子孔隙度测井设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

参考图1，图1为本发明实施例提供的超热中子孔隙度测井方法的流程示意图，本实施例的执行主体可以为图1所示实施例中的终端，也可以为图1所示实施例的服务器，本实施例此处不做特别限制。如图2所示，该方法包括：

s101：对于氘氚d-t源的脉冲中子孔隙度测井，将中子减速距离拆分为两个能量段的中子减速距离相加，其中两个能量段包括中子从快中子e0减速到1mev和中子从1mev减速到超热中子ef。

这里，中子的减速距离，其定义为射入地层中的快中子(e＝e0)，减速到热中子(e＝ef)所移动的直线距离。对于超热中子测井而言ef为0.025ev。

若介质是由轻核组成的物质，则中子的减速距离rf可表示为公式1所示。

若介质是由质量数较大的核素组成，则减速距离的均方值为公式2所示。

其中：σs岩石的宏观散射截面；a为质量数；ξ是岩石的平均对数能量损失，与质量数相关。

无论地层是由轻核还是质量数较大的核素组成，对于同一地层，中子的减速距离rf可表示公式3所示。

其中，b为岩石的宏观散射截面σs，质量数a和岩石的平均对数能量损失ξ的函数。对于d-t源的脉冲中子孔隙度测井，中子的减速距离rf14mev可用公式4表示。

由mcnp模拟的不同能量段的中子的减速距离如表1所示，可以看出，不同能量段的中子减速距离相加之和与总能量段的中子减速距离相近，且估算的地层减速长度也接近真实的地层减速长度。因此，中子的减速距离rf14mev可拆分为两个能量段的中子减速距离相加，如公式5所示。

其中，rfkmev为快中子减速到1mev的中子减速距离，rf1mev是能量为1mev的中子减速到ef时的中子减速距离。

表1不同物质中子减速距离

s102：采用中子扩散理论将预设中子源超热中子计数比用所述中子减速距离表示，其中预设中子源超热中子计数比包括氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比。

具体地，s1021：通过在相对中子源的不同距离的两个观测点上分别设置一个近探测器和远探测器，若近探测器和远探测器只记录超热中子，根据双组分扩散理论，得到超热中子计数比公式。

其中，超热中子孔隙度测井通过在相对中子源的不同距离的两个观测点上分别放置一个超热中子探测器，即近探测器和远探测器。利用近探测器计数与远探测器计数的比值测定地层孔隙度，但是实际测井中，快中子不易测量，误差较大。若探测器只记录超热中子，根据根据双组分扩散理论，超热中子计数比r可用公式6表示(也即中子扩散理论公式)。

其中，φt(r1)是近探测器的超热中子计数,φt(r2)是远探测器的超热中子计数,r1是近探测器的源距,r2是远探测器源距,ls中子减速长度。减速长度ls是指快中子从中子源发射开始到能量降低到超热中子的能量下限所经过的距离。

s1022：将中子减速长度用中子减速距离表示，得到减速长度表达式。

从公式6可以看出超热中子计数比主要反映地层减速长度，然而对于不同能量的中子源，由于减速长度与粒子发射时的能量和被探测到时的能量有关导致地层的减速长度并不相同。减速长度表达式为公式7所示。

s1023：根据所述超热中子计数比公式和减速长度表达式，联立取对数得到低能中子源条件下的超热中子计数比。

根据公式6与公式7，超热中子计数比可用中子减速距离来表示，如公式8所示。

两边取对数，低能中子源条件下的超热中子计数比可用公式9表示。

其中，rl为低能中子源条件下的超热中子计数比，为能量hmev的快中子减速到lmev时的中子减速距离，为能量lmev的快中子减速到超热中子时的减速距离，为能量hmev的快中子减速到超热中子时的减速距离，a和c为与源距有关的系数。

s1024：将低能中子源条件下的超热中子计数比用记录高能中子源条件下的超热中子计数比与能量在h-lmev之间的快中子计数比表示，得到氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比公式。

同理，若使用同一探测器，记录高能中子源条件下的超热中子计数比与能量在h-lmev之间的快中子计数比，则超热中子计数比可表示为h-lmev之间的快中子计数比可表示为低能中子源条件下的超热中子计数比可用公式10表示：

s103：利用非弹伽马计数比将d-t中子源条件下超热中子计数比转换成d-d中子源条件下超热中子计数比。

其中，图2为本发明实施例提供的mcnp(montecarlonparticletransportcode)进行模拟时使用到的中子脉冲序列的示意图；图3为本发明实施例提供的mcnp程序的模拟模型示意图。

由于实际测井中，快中子不易测量，但中子会与地层中元素发生非弹散射反应，利用伽马探测器替代快中子探测器，通过非弹伽马计数比对超热中子计数比进行改进。为了满足实际应用的需要，使用使用氘氘d-d中子源条件下的超热中子计数比进行数据刻度。氘氘d-d中子源发射的能量为2.5mev的快中子，由于其发射的中子能量较低，中子计数比对孔隙度的灵敏度较高，仅从发射的中子能量上看，d-d中子源是一种比d-t中子源更适合中子孔隙度测井的可控中子源，然而d-d源的源强仅为1×〖10〗^6n/s，而镅铍源的源强为2～4×〖10〗^7n/s，d-t源的源强为1×〖10〗^8n/s。d-d中子源无法满足测井测速的需要，只适用于静态测量。因此，使用d-d源条件下的超热中子计数比进行数据刻度既弥补了d-d源的源强较低的缺点，又充分利用其高孔隙度灵敏度的优点。将中子发生器替换成d-d中子源来得到d-d中子源条件下的超热中子计数比，并对不同中子源条件下的超热中子计数比转换的关系式进行改进与刻度。

具体地，s1031：通过设定与源距有关的参数，对氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比公式仅改进得到d-d中子源条件下超热中子计数比公式。

s1032：通过模拟不同岩性、不同孔隙度饱含水的纯地层对设定与源距有关的参数的改进的d-d中子源条件下超热中子计数比公式进行刻度，得到与源距有关的参数的数值。

s1033：将与源距有关的参数的数值代入改进的d-d中子源条件下超热中子计数比公式，得到d-d中子源条件下超热中子计数比。

其中，由于公式10中系数a和c为与源距有关的参数，且进行刻度时仅改变了中子的能量，因此d-d中子源条件下系数a和c与d-t源条件下相同，对公式10进行改进，如公式11所示。

其中，ri为非弹伽马比,ric为基于非弹伽马比构建的超热中子计数比，a1,c1,a2,c2为系数。通过模拟不同岩性，不同孔隙度饱含水的纯地层对公式11进行刻度。其中，c1为3.98，a1为0.177，c2为1.289,a2为-1.0472。

s104：利用d-d中子源条件下超热中子计数比对氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比改进，得到改进后的中子孔隙度：基于体积模型，使用改进后的中子孔隙度计算地层视孔隙度。

一般在保证中子计数的统计计误差较小的前提下，计数比对孔隙度的灵敏度越高，孔隙度计算的准确性越高。一般，计数比对孔隙度的灵敏度会随着中子源能量的增高而降低，本方法是将高能中子源条件下的计数比转换成低能中子源条件下的计数比，因此校正后计数比对孔隙度的灵敏度会明显增加。

为了充分说明校正前后计数比对孔隙度灵敏度的变化，利用公式12计算改进前后的计数比对孔隙度的灵敏度，如表2所示。

表2改进前后的计数比对孔隙度的灵敏度

其中，s为计数比对孔隙度的灵敏度，sr为未改进的计数比对孔隙度的灵敏度，sric为改进后的计数比对孔隙度的灵敏度。从表2可以看从改进后的计数比对孔隙度的灵敏度有明显提高，尤其是在高孔隙度地层。

中子孔隙度会受岩性的影响，为了研究岩性对改进后的中子孔隙度的影响，模拟白云岩、石灰岩和砂岩三种岩性下不同孔隙度地层的测井响应，并与未校正的中子孔隙度最对比。

中子孔隙度测井主要反映的是地层的含氢量。由于泥质的含氢量较高，当地层中存在泥质时，中子孔隙度偏高，而且泥质一般含有的化学元素较多，也会对测井响应有一定的影响。为了研究泥质对改进后的中子孔隙度响应的影响，模拟泥质含量为20％和40％条件下的不同孔隙度地层。其中泥质为伊利石，岩石骨架为caco3，孔隙中的流体为淡水。并与未校正的中子孔隙度最对比。

不同泥质条件下的中子孔隙度与饱含水纯石灰岩线作对比。随着泥质含量的增大，中子孔隙度偏离饱含水纯石灰岩线越大。但校正后的中子孔隙度受泥质的影响相对较少，尤其是在高孔隙度地层。

孔隙中的流体也是影响中子孔隙度响应的重要因素之一。特别是饱含气地层，即便随着孔隙度的增大，地层内含氢量增多，但由于气的密度较低产生挖掘效应，中子孔隙度甚至出现逆增长。为了研究孔隙内流体对改进后的中子孔隙度响应的影响，模拟孔隙内饱含油和气的纯石灰岩地层，其中油的化学式为ch1.8，密度为0.89g/cm³，气的化学式为ch4，密度为0.15g/cm³,岩石骨架为caco3。与未校正的中子孔隙度做对比。

流体对中子孔隙度的影响更为复杂，油对中子孔隙度的影响取决于油的含氢指数，若油的含氢指数高于淡水的含氢指数，改进前后的中子孔隙度均会高于地层孔隙度，但对于饱含气地层，由于挖掘效应的影响，未改进的中子孔隙度会随着孔隙的增大，先增大再减小。对于改进后的中子孔隙度受到的挖掘效应的影响较小，改进后的中子孔隙度随着孔隙度的增大而增大。

在本实施例中，所述利用d-d中子源条件下超热中子计数比对氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比改进，得到改进后的中子孔隙度，包括：

根据d-d中子源条件下超热中子计数比得到地层含氢指数；

根据所述地层含氢指数得到改进后的中子孔隙度。

在本实施例中，所述基于体积模型，使用改进后的中子孔隙度计算地层视孔隙度，包括：

其中,φa为视孔隙度,φn为中子孔隙度,φma为骨架中子孔隙度值,vsh为泥质含量,φsh为泥质的中子孔隙度值，φf为流体的中子孔隙度值。

中子孔隙度测井响应会受岩心与流体等因素的影响，尤其是使用d-t中子源进行测井，由于d-t中子源能量较高，使得测井响应受岩性与流体等因素的影响更大，基于体积模型计算的孔隙度会与地层孔隙度有一定的偏差。并基于体积模型使用改进后的中子孔隙度计算孔隙度，如公式14所示。与未校正的中子孔隙度计算的孔隙度做对比。岩石骨架为石灰岩，泥质为伊利石。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

参考图4，图4为本发明实施例提供的超热中子孔隙度测井设备的结构示意图。如图4所示，该超热中子孔隙度测井设备40包括：减速距离分析模块401、计数比确定模块402、计数比转换模块403和孔隙度确定模块404。

减速距离分析模块401，用于对于氘氚d-t源的脉冲中子孔隙度测井，将中子减速距离拆分为两个能量段的中子减速距离相加，其中两个能量段包括中子从快中子e0减速到1mev和中子从1mev减速到超热中子ef；

计数比确定模块402，用于采用中子扩散理论将预设中子源超热中子计数比用所述中子减速距离表示，其中预设中子源超热中子计数比包括氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比；

计数比转换模块403，用于利用非弹伽马计数比将d-t中子源条件下超热中子计数比转换成d-d中子源条件下超热中子计数比；

孔隙度确定模块404，用于利用d-d中子源条件下超热中子计数比对氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比改进，得到改进后的中子孔隙度；基于体积模型，使用改进后的中子孔隙度计算地层视孔隙度。

本实施例提供的设备，可用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

在本发明的一个实施例中，减速距离分析模块，用于所述将中子减速距离拆分为两个能量段的中子减速距离相加，其中两个能量段包括中子从快中子e0减速到1mev和中子从1mev减速到超热中子ef，包括：

其中，rfk为快中子减速到1mev的中子减速距离，rf1是能量为1mev的中子减速到ef时的中子减速距离。

在本发明的一个实施例中，所述计数比确定模块，用于所述采用中子扩散理论将预设中子源超热中子计数比用所述中子减速距离表示，其中预设中子源超热中子计数比包括氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比，包括：

通过在相对中子源的不同距离的两个观测点上分别设置一个近探测器和远探测器，若近探测器和远探测器只记录超热中子，根据双组分扩散理论，得到超热中子计数比公式；

将中子减速长度用中子减速距离表示，得到减速长度表达式；

根据所述超热中子计数比公式和减速长度表达式，联立取对数得到低能中子源条件下的超热中子计数比；

将低能中子源条件下的超热中子计数比用记录高能中子源条件下的超热中子计数比与能量在h-lmev之间的快中子计数比表示，得到氘氚d-t中子源条件下超热中子计数比公式。

本实施例提供的设备，可用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

参考图，图5为本发明实施例提供的超热中子孔隙度测井设备的硬件结构示意图。如图5所示，本实施例的超热中子孔隙度测井设备50包括：处理器501以及存储器502；其中

存储器502，用于存储计算机执行指令；

处理器501，用于执行存储器存储的计算机执行指令，以实现上述实施例中终端或服务器所执行的各个步骤。具体可以参见前述方法实施例中的相关描述。

可选地，存储器502既可以是独立的，也可以跟处理器501集成在一起。

当存储器502独立设置时，该超热中子孔隙度测井设备还包括总线503，用于连接所述存储器502和处理器501。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如上所述的超热中子孔隙度测井方法。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述模块成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能模块的形式实现的集成的模块，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能模块存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。

应理解，上述处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，简称cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。

存储器可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储nvm，例如至少一个磁盘存储器，还可以为u盘、移动硬盘、只读存储器、磁盘或光盘等。

总线可以是工业标准体系结构(industrystandardarchitecture，简称isa)总线、外部设备互连(peripheralcomponentinterconnect，简称pci)总线或扩展工业标准体系结构(extendedindustrystandardarchitecture，简称eisa)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。

上述存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuits，简称asic)中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于电子设备或主控设备中。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。