地層體積密度被廣泛用于儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)中,通常被認(rèn)為是測(cè)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(cè)井測(cè)量的體積密度是一個(gè)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(kāi)始選擇以脈沖中子發(fā)生器作為密度測(cè)井儀的源,以規(guī)避傳統(tǒng)同位素源所帶來(lái)的健康、安全和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)（HSE）及測(cè)量上的限制等問(wèn)題。當(dāng)脈沖中子源取代伽馬源進(jìn)行地層密度測(cè)量時(shí),放射源在地層中激發(fā)的物理場(chǎng)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(cè)器測(cè)量信號(hào)的復(fù)雜性增加,信號(hào)的解析和重組方法需要重構(gòu)。因此,有必要開(kāi)展脈沖中子伽馬密度測(cè)井方法的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題研究。本文結(jié)合蒙特卡洛數(shù)值模擬方法,對(duì)中子伽馬密度測(cè)量中影響非彈性伽馬射線(xiàn)響應(yīng)的快中子輸運(yùn)、次生伽馬射線(xiàn)的產(chǎn)生和非彈性伽馬射線(xiàn)輸運(yùn)三個(gè)物理過(guò)程分別進(jìn)行了詳細(xì)的分析。在無(wú)限均勻地層的球形模型中,利用玻爾茲曼方程和分組擴(kuò)散法推導(dǎo)出與中子輸運(yùn)和次生伽馬射線(xiàn)的產(chǎn)生截面無(wú)關(guān)的體積密度計(jì)算方法。根據(jù)高能伽馬射線(xiàn)輸運(yùn)理論,進(jìn)一步推導(dǎo)出與高能伽馬電子對(duì)效應(yīng)影響無(wú)關(guān)的體積密度計(jì)算方法。根據(jù)源距與儀器密度靈敏度的關(guān)系,對(duì)儀器的源距進(jìn)行了優(yōu)化... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

研究技術(shù)路線(xiàn)圖

中國(guó)石油大學(xué)（北京）博士學(xué)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(dá)到低于非彈性散射相互作用所需達(dá)到的閾值能量水平。地層常見(jiàn)元素的非彈性伽馬射線(xiàn)能量如表2.1所示。表2.1地層常見(jiàn)元素的非彈性伽馬射線(xiàn)能量Table2.1Inelasticgammarayenergyofcommonelementsintheformation元素類(lèi)型C-12O-16Mg-24Al-27Si-28Ca-40Fe-56非彈性伽馬射線(xiàn)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(jiàn)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(dāng)中子能量在1~14.1MeV范圍內(nèi)時(shí)，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(duì)于高能中子，其非彈性一快中子與氧、硅原子可以通過(guò)活化反應(yīng)，發(fā)射相同能量的伽馬射線(xiàn)。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(shí)間太長(zhǎng)而不能用于地層體積密度測(cè)量。

中國(guó)石油大學(xué)（北京）博士學(xué)位論文-15-表2.2快中子經(jīng)過(guò)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(jiàn)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(shí)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(gè)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(xiàn)】：
期刊論文
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[2]電子對(duì)效應(yīng)對(duì)D-T次生γ密度測(cè)量的影響[J]. 于華偉,張麗,侯博然.  核技術(shù). 2015(08)
[3]脈沖中子密度測(cè)井中的γ場(chǎng)和中子場(chǎng)特性[J]. 程亮,吳文圣,何景枝.  石油天然氣學(xué)報(bào). 2014(05)
[4]隨鉆脈沖中子密度測(cè)井的蒙特卡羅模擬研究[J]. 于華偉,孫建孟,朱文娟,楊錦舟.  測(cè)井技術(shù). 2009(06)

博士論文
[1]隨鉆環(huán)境下脈沖中子測(cè)量地層密度的理論基礎(chǔ)研究[D]. 于華偉.中國(guó)石油大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3135165