专利名称:测量地质岩层热中子衰变特性的方法和仪器的制作方法
本发明是有关测量地质岩层热中子衰变特性的方法和仪器，着重说明了测量地质岩层热中子衰变时间常数及被钻井切割的有关岩层俘获截面的方法和仪器。
迄今，脉冲中子俘获测量仪器已经用来测量地质岩层的热中子俘获特性;例如，测量热中子衰变时间常数(τ)及其相关的宏观俘获截面(∑)。业已证明，脉冲中子俘获测量仪在区分石油(或气层)和含水层岩层方面是颇为实用的。该测量仪在判明下套管的岩层中碳氢化合物的存在以及在钻井开采期限内测量含水饱和度的变化方面，特别有效。
热中子特性的测量一般是用脉冲快中子(如14兆电子伏)照射岩层，接着在非连续定时时间间隔或定时门脉冲过程中，靠记录岩层原子核俘获热中子释放出来的r-射线测量岩层内的热中子密度的降低，然后再用每个脉冲中子重复以上过程。
为了测量上述热中子衰变特性，已经提出了各种各样的方法。例如，1983年10月11日，美国公布的小哈里D.史密斯等人的第4，409，481号专利中，利用最小二乘方叠代拟合法来获得预想的热中子衰变特性。1983年5月24日美国公布的马克W·黑斯廷斯的第4，385，235号专利中，利用时间平均法(或叫门脉冲比率法)来获得预想的热中子的衰变特性。这些方法的缺点是r-射线计数数率测量太容易受统计学变化的影响，特别是在衰变时间短的地质岩层中，其影响就更为突出;被测的热中子衰变特性值很容易受本底嗓声或统计涨落的影响，统计涨落要影响到被测热中子衰变特性值的精度;这些方法需要花费大量时间才能得出热中子衰变特性的测量结果。而且，根据地质岩层的热中子衰变特性，利用最小二乘方叠代拟合法，进行计算获得的结果可能不稳定。通常，对两个大致相同的数据集进行最小二乘方叠代分析，对热中子衰变时间常数来说，会得出大不相同的数值结果来。
所以，在本发明出现之前，这没有测定地质岩层热中子衰变特性的方法，这些方法应该是不太受统计学变化过大(尤其是在衰变时间短的地质岩层中)的影响;测量数据受本底噪声和统计涨落变化影响较小因此能提供比较精密而准确的热中子衰变特性数据;能较快而又稳定地分析测定预想的热中子衰变特性。所以，一直在进行研究以求找到一种测定地质岩层热中子衰变特性的方法，这种方法应是更不太受噪声和统计涨落的影响;能更快地分析确定出稳定解;而且这种方法不太受统计学变化(特别是在衰变时间短的地质岩层中)的影响。
关于本发明，测定热中子衰变特性的全套方法业已实现上述诸项优点。本发明的关体步骤包括用非连续的脉冲快中子照射地质岩层;在序列非连续定时门脉冲过程中，测量岩层中热中子密度的读数，待中子脉冲结束后，经过一段非连续时间延迟后，该序列定时门脉冲再开始;在序列非连续定时门脉冲过程中，测定第零次矩的读数;在序列非连续定时门脉冲期间，测定第一次矩的读数;建立序列非连续定时门脉冲过程中的第一次矩与序列非连续定时门脉冲过程中的第0次矩读数之比，获取地质岩层中热中子衰变时间常数。
本发明的另一特征在于，岩层中热中子密度的读数是由测井仪内的探测器获得的计数;第零次矩的读数是在序列非连续定时门脉冲过程中测量的总计数;而第一次矩的计数是总和，即包括全部序列的非连续定时门脉冲过程中的各个非连续定时门脉冲的计数与各个相应的定时门脉冲平均时间的乘积的总和。
本发明的另一特征在于，在测定井筒四周地质岩层中热中子衰变特性方面，本方法亦业已全面实现上述诸项优点。本发明的具体步骤包括在各个连续辐照周期内，用非连续的脉冲快中子对井筒及其周围的地质岩层进行辐照;在各个辐照周期内，至少在第一和第二序列非连续定时门脉冲过程中，测量井筒及其周围岩层中热中子密度的读数，上述第一序列的定时门脉冲要在上述辐照周期内中子脉冲结束后，经过一段非连续时间延迟后再开始，而上述第二序列的定时门脉冲，要在第一序列定时门脉冲开始后，经过一段非连续的时间延迟后再开始;至少对第一和第二序列的定时门脉冲当中的一个序列，测定第零次矩的读数;至少对第一和第二序列的定时门脉冲当中的一个，测定第一次矩的读数;用前面辐照周期确定的修正系数，校准第二序列定时门脉冲的矩和第一次矩的读数;将第一序列定时门脉冲的第零次矩和第一次矩的读数与第二序列定时门脉冲的修正过的第零次矩和第一次矩的读数联起来，根据系列方程来得到井筒及其周围地质岩层的热中子衰变特性。
本发明的另一特征在于，井筒及其周围地质岩层中热中子密度的读数是布放在井筒内中子计数器记录到的中子数;第零次矩是通过第一和第二序列非连续定时门脉冲的每一个记录到的中子总数;第一次矩是通过第一和第二序列非连续定时门脉冲当中的每一个，在每个定时门脉冲内记录到的中子数与各个相应的定时门脉冲平均时间乘积的总和。
本发明的另一具体表现是测定井筒及其周围地质岩层中热中子衰变特性的全套方法均已实现上述各项优点。本发明的具体步骤包括在各个连续的辐照周期内，用非连续的脉冲快中子辐照井筒及其周围的地质岩层;在各个辐照周期内，至少在第一和第二序列的非连续定时门脉冲期间，测定井筒及其岩层内的热中子密度读数，在上述辐照周期内，中子脉冲结束后，经过一段非连续时间的延迟，上述第一序列的定时门脉冲再开始，而当第一序列定时门脉冲开始后，经过一段非连续时间的延迟，第二序列定时门脉冲再开始;至少从第一和第二序列定时门脉冲当中的一个序列中，测定并去掉本底辐射的读数;测定至少第一和第二两序列定时门脉冲当中一个的第零次矩读数;测定至少第一和第二序列定时门脉冲当中一个的第一次矩读数;选择作为第一和第二序列非连续定时门脉冲宽度函数的修正系数，并且用该修正系数校准至少第一和第二序列定时门脉冲每一个的第零次矩和第一次矩的读数;并且把业经校准的第一和第二序列非连续定时门脉冲的第零次矩和第一次矩的读数联起来，按照系列方程得到井筒及其周围岩层中的热中子衰变特性。本发明的另一特征在于，井筒及其周围地质岩层中热中子密度读数是测井仪内的探测器获得的计数;第一和第二序列定时门脉冲的第零次矩的计数是通过各个序列非连续定时门脉冲测量到的总计数;第一和第二序列定时门脉冲的第一次矩的计数是各个序列的全部定时门脉冲时间在每个非连续定时门脉冲中的计数与相应的各个定时门脉冲的平均时间乘积之和。本发明另一特征在于，第二序列非连续定时门脉冲在第一序列非连续定时门脉冲过程中开始，而第二序列非连续定时门脉冲在非连续脉冲快中子结束之后，大约经过两倍于热中子衰变时间常数之后开始。
本发明测定地质岩层热中子衰变特性的各种方法同以前提出的各种方法相比较，其优点就在于，为获得预想的热中子衰变特性，提供了一种快速、稳定、精确的分析解;而且更不受噪声和统计涨落的影响。
附图简要说明附图中图1是根据本发明制作的测井仪构造的示意图;
图2表示了热中子密度的衰变曲线，该图同时说明，根据本发明优选的序列与几个非连续定时门脉冲序列重合。
为了执行本发明的计算程序，存编制通用数字计算机程序方面，图3A和图3B均是综合性的、很有用的操作程序图。
当用择优选用的具体事例来说明本发明，不言而喻，本发明决不仅仅限于用在某一具体事例中。相反是想包括在附加权利要求
所规定了的发明宗旨及发明范围之内可供采用的各种方案，各种改型之类的工作。
在图1中，依据本发明设计制作的测井仪，有一个坚固的既抗压又抗抗温的液密测量仪10，它用装电缆14悬在井筒(或钻孔)12内并可由钻孔内取出。图中井筒12内有井内流体16，还有钢套管18和四周的水泥环形面20。虽然井筒20内未把油管表示出来，如果需要的话，为能通过油管，测量仪10可依一定尺寸制造。
井下测量仪10有一个脉冲中子发生器22，两个辐射探测器24和26，这两个探测器固定在距离中子发生器22不同的位置上。另一方面，以下还要详细说明，中子计数器可以代替两个辐射探测器24和26。对本发明来说，中子发生器22是一种更好的产生非连续脉冲快中子(如14Mev)的仪器。例如，在注明日期是1961年7月4日的美国C.古往曼的第2，991，364号专利中，以及注明日期是1970年12月8日的A.H.Frentrop的第3，546，512号专利中，比较详细介绍的就是这种类型的中子发生器。中子发生器22的动作控制一部分由中子发生器控制电路30来完成。控制电路30也是在上述两项专利中所介绍的那种类型的电路。探测器24和26的结构适于测量周围地质岩层中热中子密度或r射线，并且相应于对各个被测的，用幅度来表示r射线能量响应的脉冲信号的产生。所以，探测器24和26是灵敏型热中子探测器，比如，充氦气的正比计数器，或者说是灵敏型r线探测器，如像用铊激活的碘化钠探测器等。在择优选用的具体设备中，探测器24和26及有关的线路是1980年9月16日公布的美国第4，223，218号专利中透露出来的那种电路，一般它们都由该项应用的代理人掌管。显而易见，由于驱动中子发生器22及其他井下电路的需要，需要另外提供井下电源(图中未表示)。测井仪的电源是由地面上的普通电源经由电缆14提供的(图中未表示出来)。
近端探测器24和远端探测器26所代表的受辐照岩层中热中子密度的输出脉冲，加到信号门电路32上。信号门电路32由定时门电路控制，定时门电路33也控制中子发生器控制电路30的工作。经由信号门电路32，对探测器信号计数并存储在记忆电路35中，以后，在可控制的遥测电路37控制下，再加到井下遥测电路34中，以便经电缆14传送到地面。
为了进行编码、时间分隔，多路调制等，井下遥测电路34可采用大家都熟悉的结构方式，或者为了把该数据传送给电缆14，也可采取用遥测逻辑电路37把准备数据传送的信号加到编码、时间分隔和多路调制电路中的方法。在地面上，从探测器24和26传送来的数据传送信号，进行放大，解码，信号分离等，如果需要的话，用地面上通用的遥测电路36再作另行处理。
为了在整个有效的累加时间间隔内获取热中子衰变曲线的数据，电路36进行遥测后，在信号计数电路38中对探测器信号分离计数。根据数据累加的终止时间，信号计数电路38中累加的计数率数据传送到缓冲寄存器40，信号计数电路38并复依到零。
存储器40的计数速率数据，在计算机42中进行处理。计算机相应地配备一台微型处理机，或者配备一台通用数字计算机，像由马萨诸塞卅梅纳德数字设备公司制造的牌号为POP-11的通用数字计算机，或者加以特殊改造，例如按照存储的指令来执行本发明，正如下文还要详细介绍的那样，计算机42处理各个探测器的计数速率数据，是为了形形成所要求的各种输出。随仪器深度变化而变化的这些输出，采用普通方式记录在记录器44内。图146所示的普通电缆机械连接，就是为这个目的而设的。
为了产生由各个探测器每秒测量到的、表示中子特征的计数速率信号，探测器24和26的脉冲在上述适当的电路中累加。为方便起见，探测器24和26产生的信号以后叫作计数率，但必须明确指出，本发明并不受此制约。根据探测仪和地面上的遥测设备，信号经过各种处理及调制后，用大家都知道的设备和大家都熟悉的方法，把这些信号经由电缆14传送到地面上的测量仪。
现在来看图2，衰变曲线48用图解法生动地表示了地质岩层经过辐照后，热中子俘获r射线的对数计数率随时间的变化情况。众所周知，地质岩层热中子衰变曲线48的斜率表示出该岩层热中子衰变时间常数τ，而当中子发生器22发出一个中子脉冲后，中子的衰变使测量仪10内探测器获得计数，其时间变化过程按方程式是指数的。
N(t-t0)=Ae·(t-tD)/τ(1)]]>式中N(t-t0)是t0时刻后在t时的瞬时计数率;t0是序列非连续定时间隔G′1-G′122内，中子发生器发出中子脉冲后的起始时间A是t0时刻的瞬时计数率，或称对应于热中子密度(或r射线)的被测读数产生的脉冲信号的幅度;τ是热中子衰变时间常数。τ与岩层宏观俘获截面∑的关系是方程式2τ＝ 4550/(∑) (2)
众所周知，矩的时间函数f(t)由数学方程式3确定Mi=∫0∞tif(t)dt---i=0,1,2,3······]]>对(3)对于像衰变曲线48这样的曲线，其特点就在于它是单一指数函数，第零次矩由方程式4确定，曲线的第一次矩由方程式5确定M0=∫0∞Ae-t/τdt=Aτ---(4)]]>M0=∫0∞tAe-t/τdt=Aτ2---(5)]]>根据测井仪10测量的结果，对于特点是单指数函数的衰变曲线48，第零次矩就是to时刻在衰变曲线上记录的总计数并由方程式6确定。
N=∫0∞Ae-(t-tD)/τdt=Aτ---(6)]]>第一次矩是衰变曲线上从t0到∞时间内，事件出现的次数之和，所以测量的总计数矩由方程式7确定。
M=∫0∞(t-t0Ae·(t-tD)/τdt]]>＝Aτ2(7)岩层内热中子密度的读数是由探测器在序列非连续的时间间隔G′1-G′1测量的计数。把从探测器获取的数据分成这样的非连续的时间间间隔，那么第一次矩就是整个非连续时间间隔序列内各个非连续时间间隔的计数与各相关时间间隔内的平均时间的乘积之和。然而，另一方面，把各个序列内探测器24和26各个读数的出现次数相加，采用合适的通通用电路，可直接把矩确定下来。
所以，从方程式4和5，或从方程式6和7可以看出，确立方程式4或6的第一次矩与方程式5或7的第零次矩的比率，那么具有由单指数标征的衰变曲线的岩层热中子衰变时间常数，由方程式8确定τ＝ (M1)/(MO) = (N1)/(N) (8)而且，根据4550对地质岩层热中子时间常数τ确立的比和方式9(由方程式2得到)，即可得到地质岩层的热中子俘获截面∑。
∑＝ 4550/(τ) (9)为清晰起见，第零次矩和第一次矩，以下分别称为N和M。关于测量仪10，第零次矩和第一次矩N和M，可由测量仪10提供的间隔计数率，依照方程式10和11，可以简单地进行计算。
N＝Σi = i ci b]]>Gi (10)M＝Σi = i ci b]]>Ei Gi (11)方程式10和方程式11中，Gi是在ith(意为第i个间隔-译注)间隔(Gi)内的纯计数率，或总计数减本底计数，ic是起始信道，ib是第一信道，在第一信道内记录本底计数，ti是在Gi间隔内计数的平均时间状态。有若干种不同的方法可能计算ti，ti由方程式12确定，式中ti是相对于to的ith间隔Gi的起始时间，△t是该间隔的持续时间。
t‾i=∫ttiti+Δt(t-t0)e·(t·tD)/τdt∫titi+Δte·(t-tD)/τdt]]>= ti+ τ -△ te△ t / τ-1(12)]]>如果τ＞＞t，那么
ti≌ti+△t2。只要τ＞△t，在几种近似方法中，任何一种方法都可计算
ti，并且精度相当高。例如，当△t＝τ时，方程13的近似值精确到0.238以内。
ti≌ti+ (△t)/2 - (△t2)/(12 τ) (13)上述测定第零次矩和第一次矩以及按照方程式10和11计算它们的方法，在整个序列非连续定时门脉冲Gi(图2)一直持续到在至少两个定时门脉冲过程中，测量只有本底读数(或叫计数)时为止进行的。在井筒一个深度上完成以下测量方法后，把测井仪移至另一深度上并再次完成这一测量过程，以便得出需要的随井筒深度变化而变化的中子衰变特性的测井记录。
而且，根据图2，用两个指数分量表示衰变曲线48可能更好些。两个指数分量表示的被测量的衰变曲线48，何定是两个指数衰变的和其中一个指数与岩层衰变有关，一个指数与井筒衰变有关。按照方程式14，式中A和B分别是t＝t0时刻的岩层和井筒信号的幅度，τ1和τ2分别是与岩层和井筒相关的热中子衰变时间常数。
f(t)=Ae·t/τ1+Be·t/τ]]>
或者(14)由两个指数分量所表述的衰变曲线的第零次矩N如方程式15所述，第一次矩M如方程式16所述。
N=∫0∞N(t-t0)dt=Aτ1+Bτ2---(15)]]>M=∫0∞(t-t0)N(t-t0)dt=Aτ21+Bτ23---(16)]]>为了获得井筒及其周围地质岩层的热中子衰变特性，A和B，τ1和τ2，最好是在至少第一和第二序列的非连续定时门脉冲G′的各个辐照间隔(或深度范围)内确定，在上述辐照间隔内，t＝0时中子脉冲结束后，经过一段非连续时间的延迟后，第一序列的定时门脉冲在t0时刻开起;第二序列的定时门脉冲，在第一序列定时门脉冲开始后，经过一段非连续时间TD(＞＞t0)延迟后再开始。以下第一序列的定时门脉冲将用下脚标L来表示，而时间较晚的第二序列的定时门脉冲将用下脚标L来表示。方程式17表述了第一序列定时门脉冲的第零次矩，而方程式18则表述了第二序列定时门脉冲的第零次矩。
NE=∫0∞Aet/τ1dt+∞0Be·t/τ1dt=Aτ1+Bτ2---(17)]]>NL=∫0∞A′e·t′/τ1dt′+∞0B′e·t′/τ1dt′=A′τ1+B′τ2---(18)]]>方程式19和方程式20分别表述第一和第二序列的非连续定时门脉冲的第一次矩。
NL=∫0∞A′e·t′/τ1dt′+∞0B′e·t′/τ1dt′=A′τ1+B′τ2---(18)]]>ML=∫0∞t′A′e·t′/τ1dt′+∞0t′B′e·t′/τ1dt′=A′τ21+B′τ22]]>(20)在上述方程式17-20中，变量t在中子脉冲结束后的起始时间是50μsec(50微秒)，t′在中子脉冲结束后的起始时间是TD。而且，出现在方程式18和方程式20中当中的第二序列非连续定时门脉冲的幅度分量A′和B′，分别由方程式21和方程式22确定。
A′=Ae·(TD·50)/τ1(21)]]>B′=Be·(TD·50)/τ1(22)]]>方程式21和方程式22建立了第二序列定时门脉冲起始时刻的幅度分量同第一序列定时门脉冲起始时刻幅度分量的关系式。把A′和B′的值代入方程式18和方程式20之后，四个超越方程式17-20有四个未知数A，B，τ1和τ2。通过以上所说的测井深度间隔(或深度格)格)来适当估算τ1和τ2的数值这一事实来看，第二序列定时门脉冲的第零次矩和第一次矩N2和ML，根据方程式23和方程式24，用修正系数K1和K2可以对NL和ML加以修正，方程式23和24中的τ1和τ2的结果，是在刚刚所说的上述深度间隔计算中获得的。
K1=e·(τD·50)/τ1(23)]]>K2=e·(τD·50)/τ1(24)]]>这样以来，把第一序列定时门脉冲的第零次矩和第一次矩的读数(或计数)，同第二序列定时门脉冲的第零次矩和第一矩的读数结合起来，就得到四个方程式，即方程式17、19和方程式25和26。
NL＝K1Aτ1+K2Bτ2(25)ML＝K1Aτ21+K2Bτ22(26)为求τ1、τ2、A和B，分别根据方程式27-30，可求解方程式17、19、25和26。
τ1＝(ML-K2MZ)/(NL-K2NZ) (27)τ2＝(ML-K1MZ)/(NL-K1NZ) (28)A＝｛(NL-K2NZ)/(K1-K2)｝/τ1(29)B＝｛(K1NZ-NL)/(K1-K2)｝/τ2(30)关于测井仪10，根据方程式31和方程式32在多序列衰变曲线48的记录中，可由本底门脉冲计数、扣除的门脉冲计数以及经过校正的门脉冲计数，把第零次矩和第一次矩NE、NL，NM和ML计算出来。在方程式31和方程式32中，ib是只含本底的第一序列的定时门脉冲，io是包含有
t0的信道，E0由方程式35确定，用
toi代替
tir时，
toi由方程式36近似求出。
NE=Σi=icibGi---(31)]]>ME=Σi=icibt‾oiGi---(32)]]>第二序列定时门脉冲的第零次矩和第一次矩，可由方程式33和34进行计算求出。在方程式33和34中，
t1i由方程式35确定、也可由方程式36近似求解
在方程式35和方程式36中，
t1是从方程式12求出的。在方程式12中，用τ求
τ1，同样通过τ＝τ2来求得
t2。
序列可能包含非整数门脉冲数。每当序列边界在定时门脉冲内下降时，门脉冲计数率可能被分割。在分割的门脉冲计数率的情况下，第0次和第一次矩N和M可按方程式37和38求出。
方程式37和38的J和M是说明造成该序列边界与该门脉冲边界不一致原因的分割分数。当假定计数率下降超过门脉冲和序列边界是门脉冲宽度的几分之几时，估算它们的值。下标a和b在序列中分别指开始的和结束的定时门脉冲。方程式37和38对初始序列和后期序列两者都适用。方程式37和38对由单指数或双指数/表征的衰变曲线48也是适用的。
上述测定由2个指数分量标明的热中子衰变特性的方法，只有在钻孔或岩层中不带中子、探测器不存在r-射线计数，和数据时间间隔，或定时门脉冲数大到无穷的情况下才是所用的。因此，如果在测井仪10中使用中子计数器且在钻孔和周围地质层中的热中子密度读数是由该中子计数器记录到的中子数，那么可以运用以前描述的方法。更可取的是，如果序列非连续定时门脉冲的持续时间是从方程式27、28、29和30的解估算的最长乙值的10到15倍那样宽的话，可用前面描述的方法。
对带本底的数据和/或者延伸一段有限的时间，如像序列定时门脉冲延伸的时间小于最长乙值5倍的数据来说，可用下文描述的方法测定钻孔和周围地质岩层的热中子衰变特性。按此描述，根据方程式8，CE和CL将定为是第一和第二序列非连续定时门脉冲的单指数解。乙1和乙2将分别定为是解方程式27和28两个指数的较大或较长时间分量和较短或较小时间分量。
在测定钻孔和周围地质岩层的热中子衰变特性的方法中，本底放射性是存在的(图2中的时间间隔Ⅲ)，测定并消除这样一些本底辐射的读数是必要的，或者靠沿衰变曲线48的时间足够迟的点上测量它，或者靠按已知的求本底放射性的常规过程从遗留下来的信号求出本底分量。更可取的是像图2描述的那样，第一和第二序列非连续定时门脉冲(时间间隔Ⅰ和Ⅱ)不应延伸进衰变曲线48的本底区Ⅲ。此外，实验表明，第二序列非连续定时门脉冲应该被延迟在中子脉冲之后大约2倍乙L那么多微秒，以便使热中子衰变特性的测量对热中子衰变的迟后分量更灵敏。第二序列非连续定时门脉冲Ⅱ的持续时间应大约等于3倍CL，以便有大量第二序列非连续定时门脉冲接近结束的热中子密度的读数或计数。
如图2所示，第一序列非连续定时门脉冲G′1-G′4在中子脉冲结束后的50微秒的t0点开始，更可取的是，第二序列非连续定时门脉冲G′8-G′6在第一序列非连续定时门脉冲持续过程中开始。为选定第二序列非连续定时门脉冲延迟时间间隔TD和选定或标注第一和第二序列非连续定时门脉冲两者的宽度使用的CL值，是从第二序列非连续定时门脉冲计算来的值，计算的假定条件是衰变曲线48能用方程式8计算出来的单指数表征。
如前所述，方程式39限定了图2的第一和第二序列定时门脉冲Ⅰ和Ⅱ的宽度G。
G＝3τL(39)这样做是为了数学上的方便，但在其它具体情况下，序列定时门脉冲Ⅰ的宽度较短是合适的，如像选GⅠ＝3τ2，而GⅡ＝3τL。延迟时间TD或者用方程40定，或者用方程41定，取决于τu是概于还是小于200微秒。
TD＝2τL如果τL≤200微秒(40)TD＝τL+200 如果τL≥200微秒 (41)因根据方程式31第一和第二序列非连续定时门脉冲的宽度是有限的，或者换句话说，第一和第二序列非连续定时门脉冲有它们的波消掉的滞后部分，因此，选择修正系数作为第一和第二序列非连续时门脉冲持续时间的函数并校准第一和第二序列非连续定时门脉冲的每一个的第0次和第一次矩读数是必要的。作为第一和第二序列非连续定时门脉冲宽度G的函数，修正系数第一次矩或长分量;第0次矩的长分量;第一次矩的短分量;和第0次矩的短分量，分别在方程式42至45中表示。
K11=(1-e·G/τ1(1+G/τ2))--(42)]]>K12=(1-e·G/τ1)---(43)]]>K21=(1-e·G/τ2(1+G/τ2))---(44)]]>K22=(1-e·G/τ2)---(45)]]>此外，还用方程式23和24的修正系数。因此，描述第一和第二序列定时门脉冲的第0次和第一次矩的等式见方程46至49。
ME＝K12Aτ1+K22Bτ2(46)NL＝K1K12Aτ2+K2K22Bτ2(47)
ME＝K11Aτ21+K2K21Bτ22(48)ML＝K1K11Aτ21+K2K21Bτ22(49)τ1、τ2、A和B的解见方程式50至53。
τ1＝K12(ML-K2ME)/K11(NL-K2NE) (50)τ2＝K22(ML-K1ME)/K12(K1-K2) (51)A＝｛(NL-K2NE)/K12(K1-K2)｝/τ1(52)B＝｛(K1NE-NL)/K22(K1-K2)｝/τ2(53)就修正系数K11、K12、K21和K22对τ1和τ2的依赖弱;且因为以前从属先的深度时间间隔得到的这些修正系数值是足够准确的，为了减少误差和提高结果的准确性，通常只需重新计算修正系数K1和K2。
现在参见图3A和3B，这是1张执行上述过程的通用数字计算机编程序时使用的一般化的流程图。
开始假定缺τE、τL、τ1、τ2、K11、K12、K21和K22值，且表示测井仪10在钻井12的底部。如图3A的方框50所示，τE、τL、τ1和τ2开始使用的值是120，200，200和80。方框51表示来自测井仪10的数据，它就是序列非连续定时门脉冲G11持续过程中岩层内热中子密度读数或计数。该数据被输送到单元52，依次判读衰变曲线数据，然后传到单元53。单元53为电子学死时间损耗提供修正，因为用在累加和传输由探测器24，26产生的脉冲的电子学设备对中子测量的灵敏度是不理想的。人们期待，而且的确能够定量计算由于这些电子学缺而造成探测器计数率的损耗。一旦定量，为补偿死时间损耗，能够修正从测井仪器10到运算电路传输的计数率信号。这些复杂的修正在这个赘述了，因为这些是普通的而且是众所周知的。单元53的死时间修正数据接着被送到单元54，像前面描述的那样，本底信号在这里被测定并消除。用指数时间常数垂直求平均来源清这些数据，因为这是技术规范。
然后，数据穿过为下面运算过程求出使用延迟时间TD的那个值的逻辑单元55。如果τL大于200微秒，这个延迟时间的值按上述方程式41求出。如果τL小于200微秒，延迟时间TL用方程式40求出。然后数据送到单元56，在这按上述方程式37和38求出第0和第一次矩NE、NL、ME和ML。
然后数据传输给单元57，在这按方程式54计算τL。
τL＝ (MLK11)/(NLK12) (54)然后数据传输到单元58，在这计算方程式23、24和42至45的修正系数。然后按方程式50和51在单元59计算τ1和τ2。像在逻辑块60中表示的那样，为准确地求出单元58的修正系数和单元59的τ1和τ2，要完成三次反复。数据通过单元58、59和60经环路61三次反复后，数据被送到单元62，在这按上述方程式52和53计算幅度A和B。
接着数据送到单元63，在这完成常规的滤波步骤，为修匀数据，滤波步骤是随意的。然后数据作为上述计录器44的输出被传出。至于下一个层次，通过环路64输送τE、τL、τ1、τ2和单元58求出的修正系数，并用作下一个层次以便得到τ1、τ2、A和B要完成的下一个过程步骤的初始值。
不言而喻，本发明不限于已经说明和描述过的结构，运算过程，确切内容，或具体设备的确切说明，因为对精通技术的人来说，明显的修改之类的工作将是显而易见的。因此，表本发明仅受附加的权力要求的范围所限。
权利要求
1.测定地质岩层的热中子衰变特性方法包括的步骤(a)用非连续的脉冲快中子辐照地质岩层；(b)通过序列非连续定时门脉冲测量岩层中的热中子密度的读数，在中子脉冲结束之后经过一段非连续时间延迟上述序列定时门脉冲开始；(c)通过序列非连续定时门脉冲测定第0次矩读数；(d)通过序列非连续定时门脉冲测定第一次矩读数；以及(e)建立(d)步的第一次矩与(c)步的第0次矩的比以获得该地质岩层的热中子衰变时间常数。
2.权力要求1的方法且包括建立4550与地质岩层的热中子衰变时间常数之比的步骤以获得地质岩层的热中子俘获截面。
3.在权力要求1的方法中，岩层中的热中子密度的读数是在测井代中的将测器测得的计数;第0次矩计数是通过序列非连续定时门脉冲测量的总计数;第一次矩计数是整个序列非连续定时门脉冲在各个非连续定时门脉冲期间内的计数与每个相应定时门脉冲的平均时间乘积的总和。
4.在权力要求1的方法中，序列非连续定时门脉冲一直持续到通过起码两个定时门脉冲测量的值仅有本底读数为止。
5.测定钻孔和周围地质岩层的热中子袁变特性方法包括的步骤;(a)用非连续的脉冲快中子在每个连续辐射时间间隔照射钻孔和周围的地质岩层;(b)通过至少第一和第二序列非连续定时门脉冲在每个辐射时间间隔内测量钻孔和岩层中的热中子密度读数，在上述辐射时间间隔内的中子脉冲结束后经过非连续时间延迟上述的第一序列定时门脉冲开始，在第一序列定时门脉冲开始后经过非连续时间延迟上述的第二序列定时门脉冲开始;(c)至少测定第一和第二序列定时门脉冲当中的任一个的第0次矩读数;(d)至少测定第一和第二序列定时门脉冲当中任一个的第一次矩读数;(e)用上述的辐射时间间隔测定的修正系数校准第二序列定时门脉冲的第0和第一次矩读数;以及(f)将第一序列定时门脉冲的第0和第一次矩读数与第二序列定时门脉冲校准的第0和第一次矩读数联起来根据一系列方程式来获得钻孔和周围地质岩层的热中子衰变特性。
6.在权力要求5的方法中，钻孔和周围地质岩层内的热中子密度读数是由布放在钻孔内的中子计数器计录到的中子数;第0次矩是通过第一和第二序列非连续定时门脉冲的每一个计录到的中子总数;第一次矩是整个第一和第二序列非连续时门脉冲过程中的每一个定时门脉冲期间记录到的中子数与每个相应定时门脉冲的平均时间乘积的总和。
7.在权力要求5的方法中，第二序列非连续定时门脉冲在第一序列非连续定时门脉冲持续过程中开始。
8.在权力要求5的方法中，得到的特性是热中子衰变时间常数与钻孔和周围地质岩层有关;而且每微秒的中子数与钻孔和周围地质岩层有关。
9.测定钻孔和周围地质岩层的热中子衰变特性方法包括的步骤(a)用非连续的脉冲快中子在每个连续辐射时间间隔内照射钻孔和周围的地质岩层;(b)通过起码第一和第二序列非连续定时门脉冲在每个辐射时间间隔内测量钻孔和岩层中的热中子密度读数，在上述辐射时间间隔内的中子脉冲结束后经过非连续时间延迟上述的第一序列定时门脉冲开始，在第一序列定时门脉冲开始后经过非连续时间延迟上述的第二序列定时门脉冲开始;(c)测定和消除来自起码第一和第二序列定时门脉冲的本底辐射读数;(d)测定第一和第二序列定时门脉冲当中至少一个的第0次矩读数;(e)测定第一和第二序列定时门脉冲当中至少一个的第一次矩读数;(f)选择修正系数作为第一和第二序列非连续定时门脉冲持续时间的函数，并用上述修正系数校准(d)步和(e)步的第0和第一次矩;以及(g)将第一和第二序列非连续定时门脉冲校准的第0和第一次矩读数联起来根据一系列方程式来获得钻孔和周围地质岩层的热中子衰变特性。
10.在权力要求9的方法中，钻孔和周围地质岩层中的热中子密度读数是测＃仪中的探测器得到的计数;第一和第二序列定时门脉冲的第0次矩计数是通过每个序列非连续定时门脉冲测到的总计数;第一和第二序列定时门脉冲的第一次矩计数是整个序列中各个序列的所有定时门脉冲的每一个非连续定时门脉冲的计数与每个相应定时门脉冲的平均时间乘积的总和。
11.在权力要求9的方法中，第二序列非连续定门脉冲在第一序列非连续定时门脉冲持续的过程中开始。
12.在权力要求11的方法中，得到的特性是热中子衰变时间常数与钻孔和周围地质岩层有关;而且每微秒的计数与钻孔和周围地质岩层有关。
13.在权力要求9的方法中，第一和第二序列非连续定时门脉冲的持续时间实质上是相同的而且大约等于第二序列非连续定时门脉冲的热中子衰变时间常数的3倍。
14.在权力要求9的方法中，第一序列定时门脉冲的持续时间大约等于与钻孔有关的热中子衰变时间常数的3倍，第二序列非连续时门脉冲的持续时间大约等于第二序列非连续定时门脉冲的热中子衰变时间常数的3倍。
15.在权力要求9的方法中，在非连续的脉冲快中子之后经过大约2倍的热中子衰变时间常数后第二序列非连续定时门脉冲开始。
16.测定地质岩层的热中子衰变特性的仪器包括(a)用非连续的脉冲快中子辐照地质岩层的设备;(b)通过序列非连续定时门脉冲测量岩层中的热中子密度读数，在中子脉冲结束后经过非连续时间延迟上述序列定时脉冲开始的设备;(c)通过序列非连续定时门脉冲测定第0次矩读数的设备;(d)通过序列非连续定时门脉冲测定第一矩读数的设备;以及(e)建立(d)步的第一次矩与(c)步的第0次矩的比以获得地质岩层的热中子衰变时间常数的设备。
17.测定钻孔和周围地质岩层的热中子衰变特性的仪器包括(a)用非连续的脉冲快中子在每一连续的辐射时间间隔照射钻孔和周围地质岩层的设备;(b)通过至少第一和第二序列非连续定时门脉冲在每个辐射时间间隔测量钻孔和岩层中的热中子密度读数，在上述辐射时间间隔中子脉冲结束后经过非连续时间延迟上述第一序列定时门脉冲开始，和第一序列定时门脉冲开始后经过非连续时间延迟上述第二序列定时门脉冲开始的设备;(c)测定至少第一和第二序列当中一个定时门脉冲的第0次矩读数的设备;(d)测定至少第一和第二序列当中一个定时门脉冲的第一次矩读数的设备;(e)用在上述辐射时间间隔测定的修正系数校准第二序列定时门脉冲第0和第一次矩读数的装置;以及(f)将第一序列定时门脉冲的第0和第一次矩读数与校准的第二序列定时门脉冲的第0和第一次矩读数联起来根据一系列方程式以获得钻孔和周围地质岩层的热中子衰变特性的设备。
18.测量钻孔和周围地质岩层的热中子衰变特性的仪器包括(a)用非连续的脉冲快中子在每个连续辐射时间间隔照射钻孔和周围地质岩层的设备;(b)通过起码第一和第二序列非连续定时门脉冲在各个辐射时间间隔测量钻孔和岩层内的热中子密度读数，在上述辐射时间间隔中子脉冲结束后经过非连续时间延迟上述的第一序列定时门脉冲开始，和第一序列定时门脉冲开始后经过非连续时间延迟上连第二序列时门脉冲开始的设备;(c)测定并消除来自起码第一和第二序列定时门脉冲本底辐射读数的设备;(d)测定至少第一和第二序列定时门脉冲当中一个的第0次矩读数的设备;(e)测定至少第一和第二序列定时门脉冲当中一个的第一次矩读数的设备;(f)选择修正系数作为第一和第二序列非连续定时门脉冲持续时间的函数和用上述修正系数校准(d)步和(e)步的第0次和第一次矩的设备;以及(g)将第一和第二序列非连续定时门脉冲校准的第0和第一次矩读数联起来按一系列方程式以获得钻孔和周围地质岩层的热中子衰变特性的装置。
19.测定地质岩层的热中子衰变特性方法包括的步骤(a)用非连续的脉冲快中子照射地质岩层;(b)通过起码一个非连续定时门脉冲测量岩层内的热中子密度读数，在中子脉冲结束后经过非连续时间延迟上述起码一个非连续定时门脉冲开始，上述由计算数组成的读数是测＃仪的探测器测得的;(c)用计算通过至少一个非连续定时门脉冲测得的总计数之和测定通过至少一个非连续定时门脉冲的第0次矩读数;(d)用计算通过至少一个非连续定时门脉冲测量的出现计数次数之和测定通过起码一个非连续定时门脉冲的第一次矩读数;以及(e)建立(d)步的第一次矩与(c)步的第0次矩的比以获得地质岩层的热中子衰变时间常数。
20.测定钻孔和周围地质岩层的热中子衰变特性方法，包括的步骤(a)用非连续的脉冲快中子在每个连续辐射时间间隔照射钻孔和周围地质岩层;(b)通过起码第一和第二非连续定时门脉冲在每个辐射时间间隔测量钻孔和岩层内的热中子密度读数，在上述辐射时间间隔中子脉冲结束后经过非连续时间延迟上述第一定时门脉冲开始，第一定时门脉冲开始后经过非连续时间延迟上述第二定时门脉冲开始，上述由计数组成的读数是测＃仪中的探测器得的;(c)用计算通过至少第一和第二定时门脉冲当中的一个测得的总计数之和测定至少第一和第二定时门脉冲当中的一个的第0次矩读数;(d)用计算通过至少第一和第二定时门脉冲当中的一个测量计数出现次数之和测定至少第一和第二定时门脉冲当中的一个定时门脉冲的第一次矩读数;(e)用上述辐射时间间隔测定的修正系数校准第二定时门脉冲第0和第一次矩读数;以及(f)将第一定时门脉冲的第0和第一次矩读数与校准的第二定时门脉冲的第0和第一次矩读数联起来根据一系列方程式以获得钻孔和周围地质岩层的热中子衰变特性。
21.测定钻孔和周围地质岩层的热中子衰变特性的方法，包括的步骤(a)用非连续的脉冲快中子通过每个连续辐射时间间隔照射钻孔和周围的地质岩层;(b)通过至少第一和第二非连续定时门脉冲在每个辐射时间间隔测量钻孔和岩层内的热中子密度读数，在上述辐射时间间隔中子脉冲结束后经过非连续时间延迟上述第一定时门脉冲开始，和第一定时门脉冲开始后经过非连续时间延迟上述第二定时门脉冲开始，上述由计数组成的读数量测＃仪中的探测器测得的;(c)测定并消除来自至少第一和第二定时门脉冲的本底辐射读数;用计算通过至少第一和第二定时门脉冲当中的一个测得的总计数之和测定至少第一和第二定时门脉冲当中一个的第0次矩读数;用计算通过至少第一和第二定时门脉冲当中的一个测得的计数出现的次数之和测定至少第一和第二定时门脉冲当中一个的第一次矩读数;选择修正系数作为第一和第二非连续定时门脉冲持续时间的函数并用上述的修正系数校准(d)步和(e)步的第0次和第一次矩;以及将第一和第二非连续定时门脉冲校准的第0和第一次矩读数联起来按一系列方程式以获得钻孔和周围地质岩层的热中子衰变特性。
专利摘要
测量地质岩层的热中子衰变特性的诸方法包括的步骤用非连续的脉冲快中子辐照地质岩层，通过序列非连续定时门脉冲测量岩层中的热中子密度的读数，通过序列非连续定时门脉冲测定第0次矩的读数，通过序列非连续定时门脉冲测定第一次矩的读数，以便获得预想的地质岩层热中子衰变特性。
文档编号G01V5/10GK85105548SQ85105548
公开日1987年1月14日 申请日期1985年7月19日
发明者D·K·斯坦曼, 雅各布森 申请人:施卢默格海外有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan