随钻D-T中子孔隙度测井屏蔽体的蒙特卡罗研究

摘要： 为 了消 除 石 油 测 井 中 化 学 中 子 放 射 源 使 用 的 危 害 ， 针对 使 用 氘 一氚 （ Ｄ—Ｔ） 中 子 发 生 器 的 随
钻中子孔 隙度测井 仪器 ， 利用蒙特 卡罗模拟方法 ， 分层计算 了多种屏蔽材 料对不同能量 中子的慢化 和屏
蔽效果 ， 并分析 了使用各种屏蔽材 料的测井仪器在石灰岩地层 的响应规律 。结果表 明 ： 使 用 Ｄ—Ｔ发生
此 可计算 出地层 孔 隙度 。
１ ． ２ 屏 蔽材料
泥浆通道 。由于 Ｈｅ中子管 的计 数 率 与进 入其 内部 的热 中子通 量 成 正 比， 因此 本 文使 用 体通
中子 与物质 的相 互作 用 主要 有 ： 非 弹性 散 射、 弹性散 射 、 辐射 俘 获等 。能量 较高 的快 中子 首 先 与物质 发生 非弹 性 散射 反 应 ， 使 其 能量 降
低， 然后易 于发生 弹性 散射 ， 当中子能 量降低 到 热 中子能 区时 ， 就 很容 易发 生辐 射俘 获反应 ， 被 物质所 吸 收 。
量计数器 （ Ｆ ４ ） 分别记录 ２个探测器栅元的热 中子通量 ， 其 结 果 是 归一 到单 个 粒 子 Ｊ 。为 了
保 证计算 结果 的 可靠 性 ， 每次模拟时抽样 ２ Ｘ
第３ ３卷
２ ０ １ ３年
第 ９期
９月
核 电子 学与探 测技 术
Ｎｕｃ ｌ ｅ ａ ｒ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ＆ Ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖ０ １ ． ３ ３ Ｎ ｏ ． ９ Ｓ ｅ ｐ ｔ ． ２ ０ １ ３
随 钻 Ｄ —Ｔ 中 子 孔 隙 度 测 井 屏 蔽 体 的 蒙 特 卡 罗 研 究
于华伟 ， 肖红兵
（ １ ． 中国石油大 学 （ 华东 ） 地球 资源与信 息学院 ， 山东 东 营 ２ ５ ７ ０ ６ １ ；
２ ．胜利油 田钻 井工艺研究院 ， 山东 东营 ２ ５ ７ ０ ０ ０； ３ ． 中石化 随钻测控重点实验室 ， 山东 东营 ２ ５ ７ ０ ０ ０ ）
１ １ ２３
师， 博士 ， 主要研究 方 向为核 测井蒙 特卡 罗模 拟 、 测
井解释及实验方法 。
子 的减速 能 力最 强 ， 而 氢通 常 存 在 于地 层 孔 隙
井 模型 ， 仪器 各部 件外 包裹 钻铤 ， 中间的通道 为
内 的液体 中 ， 所 以含 氢量 与地层 孔 隙度有关 ， 由
Ｚ Ｒ ２ ０ １ ２ Ｄ Ｍ ０ ０ ２） ；中 国 石 油 科 技 创 新 基 金
（ ２ ０ １ ２ Ｄ ５ ０ ０ ６ ０ ３ ０ ２ ） 。 作 者简 介 ： 于华伟 （ １ ９ ８ １一） ， 男， （ 分别为近探测器和远探 测器 ） ， 测量经 过地层慢化并扩 散 回井眼 的热 中子 ， 用近探测器计数率与远探测器计数率的 比值测定地层含氢量。由于地层 中氢元素对 中
Ａ ２ ０ １ ２ ０ ４ ） ； 山东 省 自然 科 学 基 金 （ Ｚ Ｒ ２ ０ １ ３ Ｄ Ｑ Ｏ １ ２ 、
１ ． １ 随钻 中子 子 Ｌ 隙 度测 井原 理
随钻中子孔隙度测井是使用 Ｄ— Ｔ中子发 生器所释放 的能量 为 １ ４ Ｍ ｅ Ｖ 的快 中子 ， 在相
对 中子 源 的不 同距 离 的 ２个 观 测点 上 ， 分 别放
器的随钻中子孑 Ｌ 隙度测井仪器的最佳屏 蔽体为 １ ２ Ｃ ／ Ｘ Ｏ 钨与 ６ ｃ ｍ碳化 硼的组 合 ， 此时屏 蔽效果 最好 、 响
应 地层 孔 隙 度 的 灵 敏 度 最 高 。
关键 词 ： 随钻 中子孔 隙度测井 ； 氘 一氚中子发 生器 ； 屏蔽体 ； 蒙特 卡罗模拟
中图分类号 ： Ｐ ６ ３ １ ． ８ １ 文献标志 码： Ａ 文章编号 ： ０ ２ ５ ８ — ０ ９ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ — １ １ ２ ３ － ０ ４
１ ０ 个源 中子 ， 结果 统计 误差 小 于 ｌ ％。
为 了减少 石油测 井 中化学 放 射源 使用 的潜 在危 害 ， 氘 一氚 （ Ｄ—Ｔ ） 中子 发生 器被 用 来 替代 传统 的 Ａ ｍ ～Ｂ ｅ化 学 中子 源 来 测 量 地 层 孔 隙 度 … 。在 随钻 中子 孔 隙 度 测 井 仪器 设 计 时 ， 仪 器屏 蔽 体 的选 择 非 常重 要 ， 若 中子 屏 蔽不 好 会 使测 量 的地 层 孔 隙 度误 差 增 大 ， 给 油 气层 的评 价产 生 干扰 ］ 。 由于 Ａ ｍ—Ｂ ｅ源 所 释放 中子 的
在发 生 弹 性散 射 之 前 会先 发 生 非 弹性 散 射 ， 因
１ 原 理
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ２—１ ９
基金项 目： 中央 高校 基本 科研 业务 费专 项资 金资助 （ １ １ Ｃ Ｘ ０ ４ ０ ０ ３ Ａ） ；国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 （ ４ １ ３ ０ ４ ０ ９ ５ ） ； 中 国石 油 大 学 教 学 改 革 项 目（ Ｓ Ｙ—
此传 统 的中 子屏 蔽 体 不 适 用 于新 的测井 仪 器 ， 需要 对 中子屏 蔽体 进行 重新 设计 。 本文使 用 核测 井领 域广 泛使 用 的蒙特 卡罗
模拟 程序 （ ＭＣ Ｎ Ｐ ） ， 针 对 采用 Ｄ—Ｔ中子发 生器
的随钻 中子孑 Ｌ 隙度测井仪器 ， 采用分层 、 分能量
段 的方 法 ， 对 中子屏 蔽体 材料 和 结构进 行设计 ，
并对 比使用各种屏蔽材料时的测井仪器在石灰 岩地层的响应 ， 研究 了屏蔽体的最佳材料和组 合方 式 ， 为 此 测 井 仪 器 的 研 制 提 供 理 论 指
导 。
能量相对较低 ， 主要与地层 中的原子核发 生弹 性散射 ， 而 Ｄ— Ｔ发生器所释放 中子 的能量高 ，