脈沖中子密度測井儀特性的模擬研究

何振林 王登輝 陳 亮 熊 俊 宋曉東（中國核動力研究設(shè)計院，四川 成都 610213）

1 脈沖中子密度測井模型簡介

本文儀器結(jié)構(gòu)如圖1 所示， 主要包括脈沖中子源、近伽馬探測器、遠(yuǎn)伽馬探測器等。

圖1 脈沖中子密度蒙特卡洛模型

測井儀采用D-T 源作為中子源， 脈沖中子發(fā)射14MeV 的快中子。 近伽馬探測器為BGO 晶體[1]。 遠(yuǎn)伽馬探測器BGO 晶體。 屏蔽體材料采用鎢鎳鐵。

2 測井儀器探測深度

對探測深度的研究仍然分近探測器和遠(yuǎn)探測器，巖性仍然分灰?guī)r和砂巖， 孔隙度分別取0.1%、30%和60%， 圖2 和圖3 為地層為灰?guī)r和砂巖時近探測器的歸一化的計數(shù)率隨地層的徑向厚度變化的曲線圖。 從圖2 可以看出， 灰?guī)r近探測器的探測深度相應(yīng)分別為27 cm、31 cm 和42 cm，隨著孔隙度的增大探測深度逐漸減小。從圖3 可以看出，砂巖近探測器的探測深度相應(yīng)分別為28 cm、32.5 cm 和44 cm， 同樣是隨著孔隙度的增大探測深度逐漸減小。 這是由于孔隙度越大，含氫量越高，對中子的減速能力越強，產(chǎn)生的伽馬射線強度越小，因此，在一定的源距處探測到的伽馬計數(shù)率就越低。

遠(yuǎn)探測器的源距為53 cm，其他條件和近探測器相同。 從圖4 可以看出，灰?guī)r遠(yuǎn)探測器的探測深度分別為37.5 cm、42 cm、51 cm。 從圖5 可以看出，砂巖遠(yuǎn)探測器的探測深度分別為36.5 cm、39 cm、54 cm。 它們遵循和近探測器一樣的規(guī)律，即孔隙度越大，含氫量越高，對中子的減速能力越強，產(chǎn)生的伽馬射線強度越小，因此，在一定的源距處探測到的伽馬計數(shù)率就越低。

圖2 灰?guī)r近探測器計數(shù)率隨地層徑向厚度變化曲線圖

圖3 砂巖近探測器計數(shù)率隨地層徑向厚度變化曲線圖

在同種巖性下，遠(yuǎn)探測器的探測深度較近探測器深， 伽馬射線經(jīng)歷產(chǎn)生和輸運兩個過程， 在起始的一段距離內(nèi)伽馬射線的產(chǎn)生強于伽馬射線的衰減，之后伽馬射線的衰減強于產(chǎn)生， 由于近探測器源距較小，因此，受伽馬射線產(chǎn)生的影響強于伽馬射線衰減對它的影響，對地層的厚度不夠敏感，遠(yuǎn)探測器就不同，它受伽馬射線衰減的影響強于伽馬射線的產(chǎn)生，而伽馬射線衰減的距離比伽馬射線產(chǎn)生的距離遠(yuǎn)，所以遠(yuǎn)探測器對地層的厚度更加敏感，因此，探測深度也相應(yīng)地更大[2-4]。

圖4 灰?guī)r遠(yuǎn)探測器計數(shù)率隨地層徑向厚度變化曲線圖

圖5 砂巖遠(yuǎn)探測器計數(shù)率隨地層徑向厚度變化曲線圖

3 源距影響規(guī)律研究

源距是很重要的影響計數(shù)的因素，研究分灰?guī)r和砂巖兩種巖性，孔隙度取0.1%和60%兩種情況，計數(shù)分非彈性散射伽馬、俘獲伽馬兩種。非彈性散射伽馬、俘獲伽馬隨源距的變化規(guī)律如圖6 和圖7 所示。

可以看出，隨著源距的增大，不論巖性、孔隙度如何，非彈性散射伽馬計數(shù)俘獲伽馬計數(shù)以及總計數(shù)隨源距增大都按指數(shù)規(guī)律下降， 但是下降的規(guī)律和巖性，孔隙度有關(guān)。

圖6 非彈性散射伽馬計數(shù)隨源距的變化曲線圖

圖7 俘獲伽馬計數(shù)隨源距的變化曲線圖

4 結(jié)語

本文研究了脈沖中子密度測井的探測深度及源距對非彈性散射伽馬、俘獲的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨著源距的增大，非彈性散射伽馬計數(shù)，俘獲伽馬計數(shù)，總計數(shù)均按指數(shù)規(guī)律下降，但是巖性，孔隙度不同下降規(guī)律也不同。