[其他]测量地质岩层热中子衰变特性的方法和仪器

说明书

本发明是有关测量地质岩层热中子衰变特性的方法和仪器，着重说明了测量地质岩层热中子衰变时间常数及被钻井切割的有关岩层俘获截面的方法和仪器。

迄今，脉冲中子俘获测量仪器已经用来测量地质岩层的热中子俘获特性;例如，测量热中子衰变时间常数（τ）及其相关的宏观俘获截面（∑）。业已证明，脉冲中子俘获测量仪在区分石油（或气层）和含水层岩层方面是颇为实用的。该测量仪在判明下套管的岩层中碳氢化合物的存在以及在钻井开采期限内测量含水饱和度的变化方面，特别有效。

热中子特性的测量一般是用脉冲快中子（如14兆电子伏）照射岩层，接着在非连续定时时间间隔或定时门脉冲过程中，靠记录岩层原子核俘获热中子释放出来的r-射线测量岩层内的热中子密度的降低，然后再用每个脉冲中子重复以上过程。

为了测量上述热中子衰变特性，已经提出了各种各样的方法。例如，1983年10月11日，美国公布的小哈里D.史密斯等人的第4，409，481号专利中，利用最小二乘方叠代拟合法来获得预想的热中子衰变特性。1983年5月24日美国公布的马克W·黑斯廷斯的第4，385，235号专利中，利用时间平均法（或叫门脉冲比率法）来获得预想的热中子的衰变特性。这些方法的缺点是r-射线计数数率测量太容易受统计学变化的影响，特别是在衰变时间短的地质岩层中，其影响就更为突出;被测的热中子衰变特性值很容易受本底嗓声或统计涨落的影响，统计涨落要影响到被测热中子衰变特性值的精度;这些方法需要花费大量时间才能得出热中子衰变特性的测量结果。而且，根据地质岩层的热中子衰变特性，利用最小二乘方叠代拟合法，进行计算获得的结果可能不稳定。通常，对两个大致相同的数据集进行最小二乘方叠代分析，对热中子衰变时间常数来说，会得出大不相同的数值结果来。

所以，在本发明出现之前，这没有测定地质岩层热中子衰变特性的方法，这些方法应该是：不太受统计学变化过大（尤其是在衰变时间短的地质岩层中）的影响;测量数据受本底噪声和统计涨落变化影响较小因此能提供比较精密而准确的热中子衰变特性数据;能较快而又稳定地分析测定预想的热中子衰变特性。所以，一直在进行研究以求找到一种测定地质岩层热中子衰变特性的方法，这种方法应是：更不太受噪声和统计涨落的影响;能更快地分析确定出稳定解;而且这种方法不太受统计学变化（特别是在衰变时间短的地质岩层中）的影响。

关于本发明，测定热中子衰变特性的全套方法业已实现上述诸项优点。本发明的关体步骤包括：用非连续的脉冲快中子照射地质岩层;在序列非连续定时门脉冲过程中，测量岩层中热中子密度的读数，待中子脉冲结束后，经过一段非连续时间延迟后，该序列定时门脉冲再开始;在序列非连续定时门脉冲过程中，测定第零次矩的读数;在序列非连续定时门脉冲期间，测定第一次矩的读数;建立序列非连续定时门脉冲过程中的第一次矩与序列非连续定时门脉冲过程中的第0次矩读数之比，获取地质岩层中热中子衰变时间常数。

本发明的另一特征在于，岩层中热中子密度的读数是由测井仪内的探测器获得的计数;第零次矩的读数是在序列非连续定时门脉冲过程中测量的总计数;而第一次矩的计数是总和，即包括全部序列的非连续定时门脉冲过程中的各个非连续定时门脉冲的计数与各个相应的定时门脉冲平均时间的乘积的总和。

本发明的另一特征在于，在测定井筒四周地质岩层中热中子衰变特性方面，本方法亦业已全面实现上述诸项优点。本发明的具体步骤包括：在各个连续辐照周期内，用非连续的脉冲快中子对井筒及其周围的地质岩层进行辐照;在各个辐照周期内，至少在第一和第二序列非连续定时门脉冲过程中，测量井筒及其周围岩层中热中子密度的读数，上述第一序列的定时门脉冲要在上述辐照周期内中子脉冲结束后，经过一段非连续时间延迟后再开始，而上述第二序列的定时门脉冲，要在第一序列定时门脉冲开始后，经过一段非连续的时间延迟后再开始;至少对第一和第二序列的定时门脉冲当中的一个序列，测定第零次矩的读数;至少对第一和第二序列的定时门脉冲当中的一个，测定第一次矩的读数;用前面辐照周期确定的修正系数，校准第二序列定时门脉冲的矩和第一次矩的读数;将第一序列定时门脉冲的第零次矩和第一次矩的读数与第二序列定时门脉冲的修正过的第零次矩和第一次矩的读数联起来，根据系列方程来得到井筒及其周围地质岩层的热中子衰变特性。