一种井中地层水矿化度测量装置及方法与流程

本发明涉及油气勘探设备技术领域，尤其涉及一种井中地层水矿化度测量装置及方法。

背景技术：

目前，对地层水矿化度的测量方法主要包括对地层岩心数据实验分析和井中水样分析，从而确定地层水矿化度，利用该方法了解地层水矿化性质，利于地层水性质分析及油气资源勘探中的含油饱和度计算。

通过对岩石样品及井中水样的分析确定地层水矿化度，易受到井眼水性质的影响同时受取样的限制，不同获取连续深度上的地层水矿化度，当地层流体性质在不同深度有较大变化时，利用取样分析方法进行地层水矿化度计算不同满足实际需求。

基于可控中子源的地层元素含量分析，常应用于地层岩石矿物含量计算，利用中子激发地层元素产生特征伽马射线，利用伽马探测器进行俘获或非弹伽马能谱测量，通过最小二乘能谱解析计算得到各元素伽马产额，从而确定地层元素及矿物含量。

地层水矿化度定义为地层水中无机盐的含量，因此氯元素含量与地层水矿化度密切相关，由于热中子容易与氯元素发生辐射俘获核反应并产生6.11mev和7.42mev等特征伽马射线，通过对测量得到俘获伽马能谱解析可获取氯元素伽马产额，井中测量得到的氯元素伽马产额不仅与地层水矿化度有关，同时与地层孔隙度及探测范围内的热中子的通量相关。近he-3管测量得到热中子计数可反映探测范围内的热中子通量，近远热中子计数比可反映地层孔隙度。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明公开了一种通过在井中测量不同深度处的俘获伽马能谱及近远热中子计数，并结合氯元素伽马产额、地层孔隙度及近he-3管热中子计数得到地层水矿化度的井中地层水矿化度测量装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种井中地层水矿化度测量装置，包括竖直地置放于井眼中的不锈钢壳体，在所述不锈钢壳体的内部自上而下的间隔设置有远he-3管、bgo伽马探测器、近he-3管、钨镍铁屏蔽体和d-t可控中子源。

一种井中地层水矿化度测量方法，采用上述井中地层水矿化度测量装置，在井眼中对地层中的地层水矿化度进行连续深度上的测量，包括以下步骤：

步骤一：d-t可控中子源以脉冲形式发射快中子，近he-3管和远he-3管在整个探测周期中进行热中子计数探测，bgo伽马探测器测量俘获伽马能谱；

步骤二：利用最小二乘方法对测量得到的俘获伽马能谱进行能谱解析，计算得到氯元素伽马产额；

步骤三：根据近he-3管和远he-3管测量的热中子计数，计算得到地层孔隙度；

步骤四：结合氯元素伽马产额、地层孔隙度和近热中子计数计算得到地层水矿化度。

进一步地，步骤一中的近he-3管和远he-3管的测量周期和d-t可控中子源脉冲周期一致，探测周期为200μs。

进一步地，步骤一中的bgo伽马探测器测量周期和d-t可控中子源脉冲周期一致，探测周期为200μs，一个探测周期内，0-30μs停止探测，30-200μs测量俘获伽马能谱。

进一步地，步骤一中的d-t可控中子源发射中子的平均能量约为14mev，发射脉冲周期为200μs，一个脉冲周期内，0-20μs发射中子，20-200μs中子停止发射。

进一步地，步骤二中，利用最小二乘方法，如式(1)可计算得到cl元素伽马产额：

y＝(a^ta)^-1a^tx(1)

式中，y为包含cl元素在内的不同元素伽马产额向量，a为不同元素标准谱组成的矩阵，每列数据代表某种元素在不同能量道的伽马计数，x为测量得到的俘获伽马能谱向量。

进一步地，步骤三中，地层孔隙度φ由式(2)计算得到：

其中，nn2为远源位置热中子计数，a1、a2和a3为孔隙度刻度系数。

进一步地，步骤四中，利用式(3)计算可得到地层水矿化度：

其中，sal为计算得到的地层水矿化度，ycl为cl元素伽马产额，φ是地层孔隙度，nn1为近源位置热中子计数，k1和k2为刻度系数。

本发明的有益效果是，利用可控d-t可控中子源，两个he-3管和一个bgo伽马探测器，完成俘获伽马能谱和近远源距的热中子计数的测量，避免了化学中子源对操作人员的，克服了井下测量过程中热中子通量及地层孔隙度对氯元素伽马产额的影响；可提供连续深度的地层水矿化度，有益于地层水性质识别及油气勘探中的含油饱和度计算。

附图说明

图1为本发明中的测量装置结构示意图；

图2不同地层水矿化度时的俘获伽马能谱；

图3为不同地层条件下矿化度测量值与实际值对比图；

图4为地层水矿化度井中测量效果图。

其中，1、远he-3管；2、bgo伽马探测器；3、近he-3管；4、钨镍铁屏蔽体；5、d-t可控中子源；6、不锈钢壳体；7、井眼；8、地层。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅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。

一种井中地层水矿化度测量装置，如图1所示，包括竖直地置放于井眼7中的不锈钢壳体6，在所述不锈钢壳体6的内部自上而下的间隔设置有远he-3管1、bgo伽马探测器2、近he-3管3、钨镍铁屏蔽体4和d-t可控中子源5。

一种井中地层水矿化度测量方法，采用上述地层8水矿化度井中测量装置，在井眼7中对地层8中的地层水矿化度进行连续深度上的测量，包括以下步骤：

步骤一：d-t可控中子源5以脉冲形式发射快中子，近he-3管3测量近源位置处的热中子计数，远he-3管1测量源远源位置处的热中子计数，近he-3管3和远he-3管1在整个探测周期中进行热中子计数探测，bgo伽马探测器2测量俘获伽马能谱；

步骤二：利用最小二乘方法对测量得到的俘获伽马能谱进行能谱解析，计算得到氯元素伽马产额；

步骤三：根据近he-3管3和远he-3管1测量的热中子计数，计算得到地层孔隙度；

步骤四：结合氯元素伽马产额、地层孔隙度和近热中子计数，计算得到地层水矿化度。

特别的，步骤一中的近he-3管3和远he-3管1的测量周期和d-t可控中子源5脉冲周期一致，探测周期为200μs。

特别的，步骤一中的bgo伽马探测器2测量周期和d-t可控中子源5脉冲周期一致，探测周期为200μs，一个探测周期内，0-30μs停止探测，30-200μs测量俘获伽马能谱。

特别的，步骤一中的d-t可控中子源5发射中子的平均能量约为14mev，发射脉冲周期为200μs，一个脉冲周期内，0-20μs发射中子，20-200μs中子停止发射。

特别的，步骤二中，为同样的地层孔隙度条件下，不同地层水矿化度的俘获伽马能谱，由于矿化度的变化，cl元素能窗范围内的伽马计数具有差异，利用最小二乘方法，如式(1)可计算得到cl元素伽马产额：

y＝(a^ta)^-1a^tx(1)

式中，y为包含cl元素在内的不同元素伽马产额向量，a为不同元素标准谱组成的矩阵，每列数据代表某种元素在不同能量道的伽马计数，x为测量得到的俘获伽马能谱向量。

特别的，步骤三中，地层孔隙度φ由式(2)计算得到：

其中，nn2为远源位置热中子计数，a1、a2和a3为孔隙度刻度系数。

特别的，步骤四中，利用式(3)计算可得到地层水矿化度：

其中，sal为计算得到的地层水矿化度，ycl为cl元素伽马产额，φ是地层孔隙度，nn1为近源位置热中子计数，k1和k2为刻度系数。

上述氯元素伽马产额与地层水矿化度的响应关系在刻度井中获取,k1和k2系数需要在刻度井(已知矿化度)确定,测量了氯元素产额，刻度井的矿化度是已知的，所以k1和k2系数值可以计算得到。

利用上述地层水矿化度井下测量装置进行的测量方法，在地层孔隙度分别为10％、15％、20％、25％时，地层水矿化度测量值和实际值对比如图3所示。

本发明的井中测量效果图如图4所示，第一道为深度；第二道为地层岩性剖面，第三道为测量得到的近源位置的远源位置处的热中子计数，第四道为地层孔隙度理论值和计算值，第五道为计算得到的cl元素伽马产额，第六道为地层水矿化度实际值(实线)和测量值(虚线)。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。