為了去掉密度測井中的放射性化學(xué)源,提高脈沖中子源密度測井的測量精度,促進脈沖中子源密度測井的發(fā)展,本文建立了一種脈沖中子密度測井新方法。首先采用MCNP5模擬研究了脈沖中子源密度測量過程中中子場和伽馬場的時間、空間特性,為后續(xù)的脈沖時序、源距等設(shè)計提供依據(jù);其次基于中子耦合場理論,從理論上推導(dǎo)出可以消除含氫指數(shù)(HI)和非彈散射截面(∑_(in))影響的脈沖中子密度測井新方法;然后針對新方法優(yōu)化設(shè)計了儀器結(jié)構(gòu);最后通過建立多種不同性質(zhì)的地層研究了脈沖中子密度測井新方法在隨鉆環(huán)境下的應(yīng)用效果。研究結(jié)果表明,脈沖中子源密度測井同樣具有很高的測量精度。利用非彈伽馬射線測量密度時受非彈伽馬源空間分布的和巖性的影響,這主要是HI和∑_(in)的影響。粒子的時間、空間特性研究顯示,快中子和非彈伽馬射線需在脈沖期間測量,且兩者隨源距衰減較快,源距不宜過大。以快中子耦合場理論為基礎(chǔ),從理論上推導(dǎo)出了通過非彈伽馬計數(shù)比和快中子計數(shù)比校正∑_(in)和HI影響的脈沖中子密度測井新方法。針對研究的新方法,設(shè)計了一個D-T脈沖中子源、兩個快中子和兩個伽馬探測器的探測系統(tǒng),優(yōu)選出氦-4(He-4)快中子探測器和溴化鑭(LaBr_3)閃爍伽馬探測器,給出屏蔽效果最佳的鎢+鎳的快中子屏蔽組合和鎢+鉛的伽馬射線屏蔽組合。在不同HI、巖性、孔隙流體類型的隨鉆環(huán)境下的模擬結(jié)果顯示脈沖中子密度測井新方法通過非彈伽馬計數(shù)比和快中子計數(shù)比很好的校正了伽馬源空間分布和巖性的影響,隨鉆環(huán)境下應(yīng)用效果很好。對于含氣地層,當?shù)貙用芏刃∮?.9g/cm~3時有較明顯誤差,但地層密度一般高于2.0g/cm~3。井徑的變化會影響測量結(jié)果,測量密度隨井徑增加而減小,測量誤差與井眼間隙呈很好的二次函數(shù)關(guān)系。本文研究豐富了隨鉆脈沖中子密度測井理論方法,為脈沖中子密度測井儀器的研制提供依據(jù),一定程度上促進了我國脈沖中子密度測井的發(fā)展。
【學(xué)位單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P631.81
【部分圖文】：

徑為 17.145cm；鉆鋌內(nèi)儀器直徑為 10.4cm，靠一側(cè)放置，另一側(cè)有兩個直徑為 3.536cm的泥漿通道；源采用脈沖寬度為 20us，發(fā)射中子能量為 14.1Mev 的 D-T 中子源，源中心點在（0，0，0）處，探測器和源之間填充理想屏蔽體[53]。2.2 中子場和伽馬場的時間特性粒子場的時間特性研究在脈沖中子測井中是基礎(chǔ)研究，同時也是非常重要的。合理的選擇探測時窗能獲得純凈非彈伽馬射線計數(shù)，合理的設(shè)計脈沖寬度能有效減小俘獲伽馬射線的影響，這都要求我們對粒子場的時間特性進行研究。本節(jié)模擬研究了快中子和非彈伽馬射線場的時間特性，為源的爆發(fā)時序與探測器探測時窗設(shè)計提供依據(jù)。2.2.1 總中子與快中子時間譜圖 2.1 為自源開始工作 100us 時間內(nèi)總中子與快中子時間譜，可以看出在中子發(fā)射期間，快中子計數(shù)基本穩(wěn)定；總中子計數(shù)隨時間的推移而增大，總中子強度的增大主要是中能中子、超熱中子和熱中子數(shù)量的增加。脈沖停止后總中子計數(shù)迅速下降到較小的值，然后緩慢衰減；快中子計數(shù)迅速變?yōu)?0。對于快中子在脈沖停止后的快速衰減過程我們進行了精細模擬，模擬結(jié)果如圖 2.2 所示�？梢钥闯觯诿}沖停止后快中子通量隨時間呈指數(shù)規(guī)律衰減，50ns 后快中子完全消失。

徑為 17.145cm；鉆鋌內(nèi)儀器直徑為 10.4cm，靠一側(cè)放置，另一側(cè)有兩個直徑為 3.536cm的泥漿通道；源采用脈沖寬度為 20us，發(fā)射中子能量為 14.1Mev 的 D-T 中子源，源中心點在（0，0，0）處，探測器和源之間填充理想屏蔽體[53]。2.2 中子場和伽馬場的時間特性粒子場的時間特性研究在脈沖中子測井中是基礎(chǔ)研究，同時也是非常重要的。合理的選擇探測時窗能獲得純凈非彈伽馬射線計數(shù)，合理的設(shè)計脈沖寬度能有效減小俘獲伽馬射線的影響，這都要求我們對粒子場的時間特性進行研究。本節(jié)模擬研究了快中子和非彈伽馬射線場的時間特性，為源的爆發(fā)時序與探測器探測時窗設(shè)計提供依據(jù)。2.2.1 總中子與快中子時間譜圖 2.1 為自源開始工作 100us 時間內(nèi)總中子與快中子時間譜，可以看出在中子發(fā)射期間，快中子計數(shù)基本穩(wěn)定；總中子計數(shù)隨時間的推移而增大，總中子強度的增大主要是中能中子、超熱中子和熱中子數(shù)量的增加。脈沖停止后總中子計數(shù)迅速下降到較小的值，然后緩慢衰減；快中子計數(shù)迅速變?yōu)?0。對于快中子在脈沖停止后的快速衰減過程我們進行了精細模擬，模擬結(jié)果如圖 2.2 所示。可以看出，在脈沖停止后快中子通量隨時間呈指數(shù)規(guī)律衰減，50ns 后快中子完全消失。

中子場和伽馬場特性研究譜時間譜，在脈沖開始約 2.25us 后地層中出現(xiàn)熱中子顯幅度，所以脈沖寬度足夠窄時可以有效的減少俘規(guī)律增加，在約 30us 處達到最大值。到達最大值 HI 的控制，HI 越大到達最大值的時間越短，之后減，衰減速度與地層的減速、俘獲能力呈正相關(guān)。
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 夏濟根;高成名;李智強;張晉榮;馮玉森;;微柱形電阻率與三探測器巖性密度組合測井儀器的設(shè)計和應(yīng)用[J];石油管材與儀器;2015年04期

2 張家寶;林志凱;肖伯文;曾玉琪;;8%含硼聚乙烯板對快中子屏蔽性能的實驗研究與分析[J];中華放射醫(yī)學(xué)與防護雜志;2014年11期

3 袁超;周燦燦;張鋒;程相志;竇洋;胡松;李華陽;;蒙特卡羅模擬在放射性測井中的應(yīng)用[J];地球物理學(xué)進展;2014年05期

4 袁超;周燦燦;;基于伽馬能譜的元素測井發(fā)展歷程及技術(shù)展望[J];地球物理學(xué)進展;2014年04期

5 程亮;吳文圣;何景枝;;脈沖中子密度測井中的γ場和中子場特性[J];石油天然氣學(xué)報;2014年05期

6 張鋒;袁超;劉軍濤;賈巖;;隨鉆脈沖中子—伽馬密度測井響應(yīng)數(shù)值模擬[J];地球科學(xué)(中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報);2013年05期

7 劉信魯;孫澤;;巖性密度測井方法及應(yīng)用[J];國外測井技術(shù);2012年03期

8 張鋒;郭建芳;王新光;;空氣鉆井條件下中子孔隙度測井響應(yīng)的蒙特卡羅模擬[J];吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版);2010年01期

9 于華偉;孫建孟;朱文娟;楊錦舟;;隨鉆脈沖中子密度測井的蒙特卡羅模擬研究[J];測井技術(shù);2009年06期

10 羅鵬;姚澤恩;梁一;胡繼峰;金孫均;;T(d，n)~4He反應(yīng)快中子屏蔽體優(yōu)化設(shè)計的蒙特卡羅模擬[J];核技術(shù);2008年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 陳艷平;熱中子探測用稀土離子摻雜鋰硅酸鹽玻璃的制備與熒光性質(zhì)研究[D];中國工程物理研究院;2014年

2 張麗;隨鉆方位密度成像測井基礎(chǔ)研究[D];中國石油大學(xué)（華東）;2013年

3 于華偉;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];中國石油大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前9條

1 張瑞冬;隨鉆密度測井儀數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2017年

2 吳赫;水平井/大斜度井方位密度成像測井響應(yīng)數(shù)值模擬研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2016年

3 何雄英;中子-γ密度測井及地層元素測井的蒙特卡羅模擬研究[D];蘭州大學(xué);2013年

4 侯爽;隨鉆方位密度測井方法基礎(chǔ)研究[D];中國石油大學(xué);2011年

5 李勇華;基于SDRI-LWD的隨鉆測井數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)研究[D];中國石油大學(xué);2010年

6 閆水浪;隨鉆可控源中子測井儀研究[D];中國石油大學(xué);2010年

7 殷經(jīng)鵬;陣列NaI（Tl）探測器γ能譜合成方法研究[D];成都理工大學(xué);2009年

8 李斌;提高環(huán)境土壤樣品中發(fā)射低能γ射線核素活度測量準確性的方法研究[D];四川大學(xué);2007年

9 任愛閣;自然伽馬能譜測井譜解析方法研究[D];中國石油大學(xué);2007年

本文編號：2848607