一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井方法和系统与流程

1.本发明属于测井技术领域，具体涉及一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井方法和系统。


背景技术：

2.地层密度测量和地层孔隙度测量是裸眼井测井中非常重要的一部分，也是裸眼井测井中的必测项目。传统测井中，由于两种测量仪器均为单功能仪器且各自使用不同的放射性化学源，因此使用过程中必须将两种仪器组成仪器串才能同时完成地层密度和地层孔隙度的测量。这就导致如下问题：
3.1)仪器串体积比较大，带来了存储、运输、使用中的不便；
4.2)使用者要考虑两个放射源的存储、运输、使用、管理，增加了成本；
5.3)在测井前/后，人工添加/卸载两个放射源，增加了操作人员辐射危害。
6.为了解决上述问题，人们提出利用高能中子源作为放射源，通过探测高能中子与地层相互作用产生的次级射线以及慢化后的中子来获得地层的密度和孔隙度。在本专利之前，有的提出利用非弹伽马计数比、俘获伽马计数比方式获得地层密度；有的提出利用非弹伽马计数比、超热中子计数、热中子计数比等得到地层密度和地层孔隙度；有的采用了高、低能的非弹伽马和热中子来确定地层密度。但是现有的双功能测井方法仍有不足：
7.1)方法中引入的俘获伽马射线受到地层岩性的影响，一旦岩性发生改变，则密度会有较大的波动；而不同能量段伽马射线的划分也增加了数据处理的复杂性。
8.2)方法中引入热中子和超热中子的修正密度测量并使用热中子计数比进行孔隙度测量，增加了仪器设计的复杂性。且超热中子计数率较低会降低测井的速度。


技术实现要素：

9.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井方法和系统。
10.本发明的一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井方法的技术方案如下：
11.s1、建立用于表征地层孔隙度、地层密度和热中子计数比之间关系的地层孔隙度模型，以及建立用于表征地层密度、地层孔隙度、非弹性伽马计数比之间关系的地层密度模型；
12.s2、将预设地层密度和待测井的目标地层的热中子计数比带入所述地层孔隙度模型，得到所述待测井的目标地层的第一地层孔隙度；
13.s3、将所述第一地层孔隙度和所述待测井的目标地层的非弹性伽马计数比带入所述地层密度模型，得到所述待测井的目标地层的第一地层密度；
14.s4、将所述第一地层密度作为所述预设地层密度，返回执行s2，直至符合预设条件，将符合所述预设条件的第一地层孔隙度确定为所述待测井的目标地层的地层孔隙度，将符合所述预设条件的第一地层密度确定为所述待测井的目标地层的地层密度。
15.本发明的一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井方法的有益效果如下：
16.一方面，使用热中子计数比替代俘获伽马射线，地层岩性影响小，降低地层密度测量的波动，测量精度高，也不用对不同能量段伽马射线进行划分，降低数据处理的复杂性；另一方面，基于非弹伽马射线计数比和热中子计数比进行迭代计算，能够得到待测井的地层孔隙度和地层密度，不用引入超热中子或快中子的探测仪器，降低了仪器设计的复杂性，而且提高了测井效率。
17.在上述方案的基础上，本发明的一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井方法还可以做如下改进。
18.进一步，所述地层孔隙度模型为：其中，表示地层孔隙度，r
t
为热中子计数比，ρ为地层密度，f(r
t
)＝e(r
t
)2+fr
t
+g，a、b、c、d、e、f、g均为刻度系数。
19.进一步，所述地层密度模型为：其中ρ表示地层密度，r
in
表示非弹性伽马计数比，为地层孔隙度，h、i、j、k、l、m、n、o、p均为刻度系数。
20.进一步，还包括：
21.通过中子测井仪器得到所述待测井的目标地层的热中子计数比和所述待测井的目标地层的非弹性伽马计数比。
22.进一步，所述预设条件为：
23.连续两次得到第一地层密度之差以及第一地层孔隙度之差均小于所述中子测井仪器的地层密度和地层孔隙度的测量精度误差。
24.本发明的一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井系统的技术方案如下：
25.包括建模模块、第一计算模块、第二计算模块和重复调用确定模块；
26.所述建模模块用于：建立用于表征地层孔隙度、地层密度和热中子计数比之间关系的地层孔隙度模型，以及建立用于表征地层密度、地层孔隙度、非弹性伽马计数比之间关系的地层密度模型；
27.所述第一计算模块用于：将预设地层密度和待测井的目标地层的热中子计数比带入所述地层孔隙度模型，得到所述待测井的目标地层的第一地层孔隙度；
28.所述第二计算模块用于：将所述第一地层孔隙度和所述待测井的目标地层的非弹性伽马计数比带入所述地层密度模型，得到所述待测井的目标地层的第一地层密度；
29.所述重复调用确定模块用于：将所述第一地层密度作为所述预设地层密度，重复调用所述第一计算模块和所述第二计算模块，直至符合预设条件，将符合所述预设条件的第一地层孔隙度确定为所述待测井的目标地层的地层孔隙度，将符合所述预设条件的第一地层密度确定为所述待测井的目标地层的地层密度。
30.本发明的一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井系统的有益效果如下：
31.一方面，使用热中子计数比替代俘获伽马射线，地层岩性影响小，降低地层密度测量的波动，测量精度高，也不用对不同能量段伽马射线进行划分，降低数据处理的复杂性；另一方面，基于非弹伽马射线计数比和热中子计数比进行迭代计算，能够得到待测井的地
层孔隙度和地层密度，不用引入超热中子或快中子的探测仪器，降低了仪器设计的复杂性，而且提高了测井效率。
32.在上述方案的基础上，本发明的一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井系统还可以做如下改进。
33.进一步，所述地层孔隙度模型为：其中，表示地层孔隙度，r
t
为热中子计数比，ρ为地层密度，f(r
t
)＝e(r
t
)2+fr
t
+g，a、b、c、d、e、f、g均为刻度系数。
34.进一步，所述地层密度模型为：其中ρ表示地层密度，r
in
表示非弹性伽马计数比，为地层孔隙度，h、i、j、k、l、m、n、o、p均为刻度系数。
35.进一步，还包括确定模块，所述确定模块用于：
36.通过中子测井仪器得到所述待测井的目标地层的热中子计数比和所述待测井的目标地层的非弹性伽马计数比。
37.进一步，所述预设条件为：
38.连续两次得到第一地层密度之差以及第一地层孔隙度之差均小于所述中子测井仪器的精度误差。
附图说明
39.图1为本发明实施例的一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井方法的流程示意图；
40.图2为中子测井仪器的探测示意图；
41.图3为本发明得到的地层密度与真实的地层密度的关系图；
42.图4为本发明得到的地层孔隙度与真实的地层孔隙度的关系图；
43.图5为本发明实施例的一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井系统的结构示意图。
具体实施方式
44.如图1所示，本发明实施例的一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井方法，包括如下步骤：
45.s1、建立用于表征地层孔隙度、地层密度和热中子计数比之间关系的地层孔隙度模型，以及建立用于表征地层密度、地层孔隙度和非弹性伽马计数比之间关系的地层密度模型；
46.其中，地层孔隙度模型为：其中，表示地层孔隙度，r
t
为热中子计数比，ρ为地层密度，f(r
t
)＝e(r
t
)2+fr
t
+g，a、b、c、d、e、f、g均为刻度系数。
47.其中，地层密度模型为：其中ρ表示地层密度，r
in
表示非弹性伽
马计数比，为地层孔隙度，h、i、j、k、l、m、n、o、p均为刻度系数。
48.s2、将预设地层密度和待测井的目标地层的热中子计数比带入地层孔隙度模型，得到待测井的目标地层的第一地层孔隙度，其中，目标地层为待测井的预设深度处的地层。
49.s3、将第一地层孔隙度和待测井的目标地层的非弹性伽马计数比带入地层密度模型，得到待测井的目标地层的第一地层密度；
50.s4、将第一地层密度作为预设地层密度，返回执行s2，直至符合预设条件，将符合预设条件的第一地层孔隙度确定为待测井的目标地层的地层孔隙度，将符合预设条件的第一地层密度确定为待测井的目标地层的地层密度。
51.其中，预设条件为：连续两次得到第一地层密度之差以及第一地层孔隙度之差均小于中子测井仪器的地层密度和地层孔隙度的测量精度误差，预设条件还可为：执行s2和s3的迭代次数。
52.可选地，在上述技术方案中，还包括：
53.通过中子测井仪器得到待测井的目标地层的热中子计数比和待测井的目标地层的非弹性伽马计数比。具体地：
54.1)将中子测井仪器的近中子探测器所探测的待测井中的目标地层的热中子计数与中子测井仪器的远中子探测器所探测的待测井中的目标地层的热中子计数之间的比值，确定为待测井的目标地层的热中子计数比；
55.2)将中子测井仪器的近伽马探测器所探测的目标地层的待测井中的非弹伽马计数与中子测井仪器的远伽马探测器所探测的待测井中的目标地层的非弹伽马计数之间的比值，确定为待测井的目标地层的非弹性伽马计数比。
56.通过如下实施例对本发明进行阐述，具体地：
57.本实施例提供一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井方法，具体包括以下步骤：
58.s10、预先设定地层密度，即得到预设地层密度；
59.s11、建立地层孔隙度模型，具体地：
60.建立用于表征地层孔隙度、地层密度和热中子计数比之间关系的地层孔隙度模型：其中，表示地层孔隙度，rt为热中子计数比，ρ为地层密度，f(r
t
)＝e(r
t
)2+fr
t
+g，a、b、c、d、e、f、g均为刻度系数。a、b、c、d、e、f、g可以通过标准刻度井或者仿真模拟得到。
61.s12、建立地层密度模型，具体地：
62.建立用于表征地层密度、地层孔隙度、非弹性伽马计数比之间关系的地层密度模型：其中ρ表示地层密度，r
in
表示非弹性伽马计数比，为地层孔隙度，h、i、j、k、l、m、n、o、p均为刻度系数，h、i、j、k、l、m、n、o、p可以通过标准刻度井或者仿真模拟得到。
63.s13、将中子测井仪器放入待测井的目标地层中，中子测井仪器中的中子源向周围发射中子，中子与目标地层相互作用，产生热中子，同时伴随着非弹伽马射线的产生；通过
中子测井仪器得到待测井的目标地层的热中子计数比和待测井的目标地层的非弹性伽马计数比，如图2所示，具体地：
64.1)将中子测井仪器的近中子探测器所探测的待测井中的目标地层的热中子计数与中子测井仪器的远中子探测器所探测的待测井中的目标地层的热中子计数之间的比值，确定为待测井的目标地层的热中子计数比；
65.2)将中子测井仪器的近伽马探测器所探测的目标地层的待测井中的非弹伽马计数与中子测井仪器的远伽马探测器所探测的待测井中的目标地层的非弹伽马计数之间的比值，确定为待测井的目标地层的非弹性伽马计数比。
66.s14、将s10中的预设地层密度、s13中测量得到待测井的目标地层的热中子计数比带入s11中的地层孔隙度模型，得到待测井的目标地层的第一地层孔隙度；
67.s15、将s14的待测井的目标地层的第一地层孔隙度、s13中得到待测井的目标地层的非弹性伽马计数比带入s11中的地层密度模型，得到待测井的目标地层的第一地层密度；
68.s16、将s15得到待测井的目标地层的第一地层密度、s13中测量得到待测井的目标地层的热中子计数比带入s11中的地层孔隙度模型，带入s11中的地层孔隙度模型，得到待测井的目标地层的新的第一地层孔隙度；
69.s17、将s16中得到的待测井的目标地层的第一地层孔隙度、s13中得到待测井的目标地层的非弹性伽马计数比带入s12中的地层密度模型，得到待测井的目标地层的新的第一地层密度；
70.s18、判断s17中得到的新的第一地层密度与s15中得到的第一地层密度之差、s16中得到的新的第一地层孔隙度与s14中得到的第一地层孔隙度之差是否均小于中子测井仪器的精度误差，若否，重复步骤s16、s17、s18，直到前后两次迭代计算得到的第一地层密度之差以及第一地层孔隙度之差皆小于仪器的地层密度和地层孔隙度的测量精度误差，则迭代停止，将当前得到的第一地层密度确定为待测井的目标地层的地层密度，将当前得到的第一地层孔隙度确定为待测井的目标地层的地层孔隙度，也就是说，将符合预设条件的第一地层孔隙度确定为待测井的目标地层的地层孔隙度，将符合预设条件的第一地层密度确定为待测井的目标地层的地层密度。
71.通过图3和图4对本发明得到的地层密度和地层孔隙度的精准度进行说明，具体地：
72.1)如图3所示，当目标地层为白云岩时，例如白云岩真实的地层密度为1.75g/cm3对应的黑圆点的纵坐标为：通过本发明计算得到的白云岩的地层密度，为1.81g/cm3，精准度达到96％以上。
73.2)如图4所示，当目标地层的真实的地层空隙度为32.5p.u.时，对应的黑色矩形的纵坐标为：通过本发明计算得到的地层空隙度为32.57p.u.，精准度达到99.7％以上。
74.在上述各实施例中，虽然对步骤进行了编号s1、s2等，但只是本技术给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况调整s1、s2等的执行顺序，此也在本发明的保护范围内，可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。
75.如图5所示，本发明实施例的一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井系统200，包括建模模块210、第一计算模块220、第二计算模块230和重复调用确定模块240；
76.建模模块210用于：建立用于表征地层孔隙度、地层密度和热中子计数比之间关系
的地层孔隙度模型，以及建立用于表征地层密度、地层孔隙度、非弹性伽马计数比之间关系的地层密度模型；
77.第一计算模块220用于：将预设密度和所述待测井的目标地层的热中子计数比带入所述地层孔隙度模型，得到所述待测井的目标地层的第一孔隙度；
78.第二计算模块230用于：将第一地层孔隙度和待测井的目标地层的非弹性伽马计数比带入地层密度模型，得到待测井的目标地层的第一地层密度；
79.重复调用确定模块240用于：将第一地层密度作为预设地层密度，重复调用第一计算模块220和第二计算模块230，直至符合预设条件，将符合预设条件的第一地层孔隙度确定为待测井的目标地层的地层孔隙度，将符合预设条件的第一地层密度确定为待测井的目标地层的地层密度。
80.一方面，使用热中子计数比替代俘获伽马射线，地层岩性影响小，降低地层密度测量的波动，测量精度高，也不用对不同能量段伽马射线进行划分，降低数据处理的复杂性；另一方面，基于非弹伽马射线计数比和热中子计数比进行迭代计算，能够得到待测井的地层孔隙度和地层密度，不用引入超热中子或快中子的探测仪器，降低了仪器设计的复杂性，而且提高了测井效率。
81.可选地，在上述技术方案中，地层孔隙度模型为：其中，表示地层孔隙度，r
t
为热中子计数比，ρ为地层密度，f(r
t
)＝e(r
t
)2+fr
t
+g，a、b、c、d、e、f、g均为刻度系数。
82.可选地，在上述技术方案中，地层密度模型为：可选地，在上述技术方案中，地层密度模型为：其中ρ表示地层密度，其中ρ表示地层密度，r
in
表示非弹性伽马计数比，为地层孔隙度，h、i、j、k、l、m、n、o、p均为刻度系数。
83.可选地，在上述技术方案中，还包括确定模块，确定模块用于：
84.通过中子测井仪器得到待测井的目标地层的热中子计数比和待测井的目标地层的非弹性伽马计数比。
85.可选地，在上述技术方案中，预设条件为：
86.连续两次得到第一地层密度之差以及第一地层孔隙度之差均小于中子测井仪器的精度误差。
87.上述关于本发明的一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井系统中的各参数和各个单元模块实现相应功能的步骤，可参考上文中关于一种地层密度与孔隙度耦合测量的中子测井方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。
88.所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。
89.因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
90.可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算
机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram),只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
91.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。