地層體積密度被廣泛用于儲集層評價中,通常被認為是測井解釋的關(guān)鍵輸入?yún)?shù)之一。在地層中使用放射性Cs-137伽馬源的密度測井測量的體積密度是一個比較直觀的巖石物理參數(shù),已經(jīng)被廣泛接受。然而,許多研究者開始選擇以脈沖中子發(fā)生器作為密度測井儀的源,以規(guī)避傳統(tǒng)同位素源所帶來的健康、安全和環(huán)境風險（HSE）及測量上的限制等問題。當脈沖中子源取代伽馬源進行地層密度測量時,放射源在地層中激發(fā)的物理場發(fā)生了改變,粒子在地層中的空間分布規(guī)律及與地層物質(zhì)相互作用的方式也隨之改變,探測器測量信號的復雜性增加,信號的解析和重組方法需要重構(gòu)。因此,有必要開展脈沖中子伽馬密度測井方法的基礎(chǔ)科學問題研究。本文結(jié)合蒙特卡洛數(shù)值模擬方法,對中子伽馬密度測量中影響非彈性伽馬射線響應的快中子輸運、次生伽馬射線的產(chǎn)生和非彈性伽馬射線輸運三個物理過程分別進行了詳細的分析。在無限均勻地層的球形模型中,利用玻爾茲曼方程和分組擴散法推導出與中子輸運和次生伽馬射線的產(chǎn)生截面無關(guān)的體積密度計算方法。根據(jù)高能伽馬射線輸運理論,進一步推導出與高能伽馬電子對效應影響無關(guān)的體積密度計算方法。根據(jù)源距與儀器密度靈敏度的關(guān)系,對儀器的源距進行了優(yōu)化... 

【文章來源】：中國石油大學(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

研究技術(shù)路線圖

中國石油大學（北京）博士學位論文-13-其中：ma、mn分別為地層靶核和中子的質(zhì)量；1為地層靶核的第一激發(fā)能。例如，12C的第一激發(fā)能為4.43MeV,則其閾值為4.8MeV。16O的第一激發(fā)能為6.06MeV,則其閾值為6.4MeV。非彈性散射可以顯著地降低中子速度，使其達到低于非彈性散射相互作用所需達到的閾值能量水平。地層常見元素的非彈性伽馬射線能量如表2.1所示。表2.1地層常見元素的非彈性伽馬射線能量Table2.1Inelasticgammarayenergyofcommonelementsintheformation元素類型C-12O-16Mg-24Al-27Si-28Ca-40Fe-56非彈性伽馬射線能量（MeV）4.436.13一6.927.121.390.171.78*2.844.505.106.553.903.741.701.250.84圖2.1各種原子核的非彈性散射截面Fig.2.1Inelasticscatteringcrosssectionforvariousnuclides地層中常見元素的微觀非彈性散射截面數(shù)據(jù)如上圖2.1所示[68]。當中子能量在1~14.1MeV范圍內(nèi)時，微觀非彈性散射截面與入射的中子能量和靶核質(zhì)量數(shù)有關(guān)。一般隨入射中子能量和靶核質(zhì)量數(shù)的增加而增加。因此對于高能中子，其非彈性一快中子與氧、硅原子可以通過活化反應，發(fā)射相同能量的伽馬射線。氧活化產(chǎn)物16N的半衰期為7.1秒，硅活化產(chǎn)物28Al的半衰期為2.3分鐘，時間太長而不能用于地層體積密度測量。

中國石油大學（北京）博士學位論文-15-表2.2快中子經(jīng)過第一次彈性碰撞后的平均能量Table2.2Averagefinalneutronenergiesafteroneelasticscattering原子核中子初始能量（MeV）1412108642H-115.154.413.682.942.211.470.74C-120.157811.9610.258.546.835.123.421.71O-160.119912.4210.648.877.105.323.551.77Na-230.084512.8711.039.197.355.513.681.84Mg-240.081112.9111.079.227.385.533.691.84Al-270.072313.0211.169.307.445.583.721.86Si-280.069813.0611.199.337.465.603.731.87Cl-350.056113.2411.359.457.565.673.781.89K-390.050413.3111.419.517.615.713.801.90Ca-400.049213.3311.429.527.625.713.811.90Fe-560.035313.5111.589.657.725.793.861.93(a)（b）圖2.2各種原子核的彈性散射截面(a)中子能量范圍為10-2~107eV；(b)中子能量范圍為1×106~1.4×107eVFig.2.2Elasticscatteringcrosssectionforvariousnuclides(a)Theenergyrangeofneutronsis10-2~107eV;(b)Theenergyrangeofneutronsis1×106~1.4×107eV地層中常見元素的微觀彈性散射截面數(shù)據(jù)如圖2.2所示[68]。其中圖2.2（a）中列出了中子能量在0.01MeV以下時的H、C和O等原子核的微觀彈性散射截面。在此能量范圍內(nèi)的微觀彈性散射截面幾乎為一個常數(shù)，其幾乎不受中子能量的影響。氫原子核微觀彈性散射截面最大，是碳原子的4.3倍，是氧原子的5.3倍。同

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]隨鉆環(huán)境下脈沖中子測量地層密度的理論基礎(chǔ)研究[D]. 于華偉.中國石油大學 2011



本文編號：3135165