熱中子成像測井技術在臨興區(qū)塊的應用

常毓強

摘要：本文主要闡述熱中子成像的原理、設備操作及參數(shù)、現(xiàn)場施工步驟以及在臨興區(qū)塊的解釋應用。該測井技術在低孔隙度、低滲透率油氣田應用效果較好，可更加快速、直觀地分辨油氣水層。

關鍵詞：熱中子成像;衰減;俘獲截面;核譜圖

1 熱中子成像測井原理

熱中子成像測井系統(tǒng)，通過井下儀器內部安裝的中子發(fā)生器，使用特定的方式向地層發(fā)射14MeV的快中子，與組成地層的原子發(fā)生一系列彈性及非彈性碰撞，最終處于熱平衡狀態(tài)，TNIS儀器記錄從快中子發(fā)射15微妙后的2700微妙時間段的熱中子計數(shù)率，將其時譜記錄分成180道，每道15微妙，從中提取地層宏觀俘獲截面，并利用俘獲截面矩陣數(shù)據(jù)定量分辨地層含油氣水性質，同時，熱中子衰減過程中形成衰減譜和成像譜可以快速、直觀、定性判定油、氣、水性質。

TNIS在套管井條件下完成測量。測量井段內包含砂巖、泥巖、煤及灰?guī)r系列。TNIS含水飽和度是根據(jù)SIGMA和POR交會，采用SIMGA曲線結合該井的裸眼井解釋成果孔隙度、泥質含量等曲線，通過體積模型公式計算得到的。

含油氣泥質巖石，根據(jù)體積模型有：

式中：

—測量獲得地層熱中子宏觀俘獲截面;

—地層孔隙度;

—地層含水飽和度;

—巖石骨架熱中子宏觀俘獲截面;

—地層水熱中子宏觀俘獲截面;

—油的熱中子宏觀俘獲截面;

為泥質含量;

為為泥質的熱中子宏觀俘獲截面。

2 設備操作及參數(shù)

2.1 地面設備連接：

2.1.1將地面面板和電腦使用網(wǎng)線連接。

2.1.2 將地面面板和電腦的電源線通電。（必須是220AC/60HZ）

2.1.3 用系統(tǒng)所配的電纜連接線插入測井面板后面的電纜插孔，另一頭和絞車上的電纜接頭相連。

2.1.4 用所配深度/模擬信號線插入測井面板后面的深度插孔，另一端的3根線（地線，A，B）和絞車系統(tǒng)的深度編碼器的相應線相連。如果需要記錄張力曲線，還要把該線和絞車系統(tǒng)的張力相連。

2.2 井下儀器連接：

2.2.1 儀器串：專用馬龍頭+遙傳/GR/CCL短節(jié)（WTC38）+采集短節(jié)（PNNGSN）

+中子發(fā)生器短節(jié)（NGF）+尾錐（或加重接頭）。

2.2.2 去掉每個短節(jié)兩端的護帽或堵頭，檢查每個密封圈是否損傷，如有損傷，更換密封圈。

2.2.3 清潔螺紋和密封面，然后在密封圈上涂抹硅脂。

2.2.4 將所用的短節(jié)對接，順時針旋轉，按順序兩兩節(jié)連在一起。

2.2.5 將電纜馬籠頭和遙傳短節(jié)上端相連，如果不需要在儀器串的最下端掛加重，則在儀器串的尾部掛一個尾錐接頭。否則需要在儀器串的尾部掛一個加重接頭。

2.3 井下儀器參數(shù)及功能：

2.3.1 井下儀器串外徑43mm，耐溫175℃，耐壓103MPa，供電150DC。

2.3.2 遙傳/GR/CCL短節(jié)（WTC38）：測井校深，同時采集磁定位、溫度等曲線。

采集短節(jié)（PNNGSN）：使用He3均衡熱中子探頭，測取地層宏觀俘獲截面。

中子發(fā)生器短節(jié)（NGF）：以特定方式發(fā)射14MeV快中子。

3 測井施工步驟

測井小隊要嚴格按照《TNIS過套管成像測井Q&HSE作業(yè)計劃書、施工作業(yè)指導書》和 《TNIS測井作業(yè)質量監(jiān)控規(guī)范》進行施工。

3.1 基地出發(fā)前的準備工作：井況信息、裸眼井測井資料收集、測井作業(yè)通知單（測量項目及井段）、測井設備狀態(tài)、測井車狀態(tài)、絞車與面板深度配接狀態(tài)等。

3.2 現(xiàn)場施工步驟：

3.2.1 組織甲方代表、各方承包商召開測井作業(yè)協(xié)調會議。

3.2.2 組織測井小隊召開測井前JSA工作安全分析會議。

3.2.3 嚴格遵守作業(yè)規(guī)程進行測井車擺放，井口安裝，井儀器連接及井口檢查，確保井下儀器入井前工作狀態(tài)正常。

3.2.4 井口對零，儀器入井。儀器下放及上提速度要嚴格遵守作業(yè)規(guī)程，工程師和絞車操作者密切注意儀器下放及工作狀況，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時向甲方匯報，以采取有效措施，確保施工安全。

3.2.5 到達測量井段底，開啟GR/CCL模式，上測校深。

3.2.6 校深完畢后，再次下放電纜到測量井段以下10米，進行超過5min的停機測試，以便檢驗儀器統(tǒng)計漲落誤差。

3.3 資料解釋：

解釋人員收到現(xiàn)場測井小隊提供的TNIS資料后，快速展開解釋工作，再次確認測井測井項目完整、資料質量合格，并在一周內提交測井解釋成果，包括原始數(shù)據(jù)、解釋成果表、解釋報告等。

3.4 資料質量控制：

打靶段GR平均誤差為5%（受活化伽馬的影響），環(huán)境校正后的SIGMA平均誤差<1%，RATIO平均誤差<1%，短計數(shù)率誤差<1%，長計數(shù)率誤差<1%。參考《測井原始資料質量要求》

4 臨興區(qū)塊的解釋應用

TNIS在臨興區(qū)塊已經完成數(shù)十口井的作業(yè)，均能快速、直觀地辨別潛力氣層，為作業(yè)者后續(xù)開發(fā)施工提供可靠依據(jù)，因此受到作業(yè)者青睞。

4.1 通過成像幅度高低和顏色漸變可以分辨出砂泥巖、水層、干層、氣層。

4.2 通過氣層的SIGMA值比差氣層低、氣層成像幅度明顯高于差氣層，分辨氣層、差氣層。

4.3 當煤層氣豐度較高時，可用TNIS測井資料進行定性分析。TNIS在煤層的響應特征為：低伽馬值，高RATIO值，低SIGMA值，長短源距呈負差異顯示，熱中子衰減成像顯示后時間道還有較多熱中子剩余，熱中子俘獲成像顯示幅度較高、顏色較淺、呈黃紅色。如果煤層中含氣量越高，相應的SIGMA值就會越低，幅度成像幅度就會越高。

5 結論

熱中子成像測井技術（TNIS）通過記錄熱中子衰減和地層俘獲熱中子的整個過程，并以核譜圖、成像圖的方式顯示，可以直觀、快速、定性地分辨水層、干層、差氣層、氣層，彌補常規(guī)測井解釋的不足，為臨興區(qū)塊后期氣層開發(fā)施工提供可靠依據(jù)。隨著熱、快中子類測井技術的發(fā)展，中子測井技術逐步發(fā)展為三種測井模式中子壽命模式，RPM（總非彈或者俘獲計數(shù)比），F(xiàn)NXS（快中子散射截面），在分辨油氣水、孔隙度、飽和度求取等儲能評價方面提供可靠的數(shù)據(jù)。

參考文獻：

[1] 張峰，脈沖中子測井方法的蒙特卡羅模擬結果研究【J】，石油天然氣學報2007，50（6）

[2] 張予生等，熱中子成像測井技術在吐哈油田的應用【J】，測井技術，2015，第5期