[发明专利]一种双能X射线测量地层密度测井装置和方法

权利要求书

1.一种双能X射线测量地层密度测井方法，采用一种双能X射线测量地层密度测井装置，包括筒状壳体，在筒状壳体的下部设置有X射线源控制系统，在筒状壳体的上部设置有探测器接收系统；

所述X射线源控制系统包括X射线可控源、电子加速管和监测探测器，X射线可控源与电子加速管连接，电子加速管通过源准直孔与地层相连通，所述监测探测器还通过监测准直孔连接源准直孔，在监测探测器的外侧包裹钨屏蔽材料；

所述探测器接收系统包括近探测器和远探测器，近探测器位于X射线可控源和远探测器之间，近探测器通过近准直孔与地层连通，远探测器通过远准直孔与地层连通，在近探测器和远探测器之间设置有钨屏蔽材料；在监测探测器、近探测器和远探测器上均配置有光电倍增管；

所述电子加速管的电压为250-400Kv；所述监测探测器、近探测器和远探测器均为NaI探测器；

其特征在于测井方法包括以下步骤：

步骤一、X射线可控源放出X射线，远探测器和近探测器采集经过地层的X射线，分别在远近X射线能谱选定高低能窗，计数率分别为N_fh、N_fl、N_nh、N_nl，其中N_fh表示为远探测器高能窗计数率、N_fl表示为远探测器低能窗计数率、N_nh表示为近探测器高能窗计数率、N_nl表示为近探测器低能窗计数率；利用MCNP数值模拟方法或刻度方法获得地层电子密度与高能窗、低能窗的计数响应公式为：

ρ_ef＝a+bln(N_fh)+cln(N_fl)

ρ_en＝a₁+b₁ln(N_nh)+c₁ln(N_nl)

式中ρ_ef、ρ_en分别表示为远近探测器测量的地层电子密度；a、b、c、a₁、b₁、c₁都是与双能X射线测量地层密度测井装置有关的固定参数；

步骤二、采用下式进行地层体积密度和地层电子密度之间的转化：

ρ_f＝1.0704ρ_ef+0.1881

ρ_n＝1.0704ρ_en+0.1881

式中：ρ_f、ρ_n分别表示为远近探测器测量的地层体积密度；

步骤三、测井装置未紧贴井壁时，由于间隙填充物泥浆的影响，远近探测器测量的地层体积密度不等于真实地层体积密度，所以利用MCNP数值模拟或者实验校正的方法通过改变间隙尺寸和泥浆类型对双能X射线测量地层密度测井装置进行刻度，得到地层体积密度与远近探测器测量体积密度的函数关系：

ρ_b＝ρ_f+Δρ

Δρ＝k₁(ρ_f-ρ_n)³+k₂(ρ_f-ρ_n)²+k₃(ρ_f-ρ_n)+k₄

式中，Δρ是密度校正量；k₁、k₂、k₃、k₄是与双能X射线测量地层密度测井装置有关的固定参数；

利用上述关系式，可根据远近探测器测量的体积密度计算得出地层体积密度；

以上步骤中还包括利用监测探测器对X射线的监测步骤，并使X射线的产额稳定，其具体步骤如下：

(1)监测探测器采集经过监测准直孔的X射线，并得到X射线能谱，计算m能量段的计数率N_m，利用MCNP数值模拟方法和实验刻度获得监测探测器计数与电压的公式：

ΔN_m＝αΔU+β

式中：ΔU为改变电子加速管电压的量，α、β为与双能X射线测量地层密度测井装置有关的固定参数；

(2)根据ΔN_m的值，改变电子加速管的电压，以确保X射线的产额稳定；然后，再使用标定法使X射线稳定，其中标定法的步骤如下：

a双能X射线测量地层密度测井装置放置在刻度井中，获得监测探测器采集的X射线能谱，并计算高低能窗的计数，其中高能窗的计数为N_mh，低能窗的计数为N_ml；

b双能X射线测量地层密度测井装置在井下每个深度点测量时，获得监测探测器和远、近探测器采集的X射线能谱，并计算高低能窗的计数，其中监测探测器高能窗的计数为N_mh0，监测探测器低能窗的计数为N_ml0；远探测器高能窗计数率表示为N_fh0、远探测器低能窗计数率表示为N_fl0、近探测器高能窗计数率表示为N_nh0、近探测器低能窗计数率表示为N_nl0，具体标定法公式如下：

式中N_fh、N_fl、N_nh、N_nl是在X射线稳定时探测器测量的计数；其中，N_fh表示为远探测器高能窗计数率、N_fl表示为远探测器低能窗计数率、N_nh表示为近探测器高能窗计数率、N_nl表示为近探测器低能窗计数率。