地层元素测井仪器结构设计优化

徐琳

(中国石油集团测井有限公司大庆分公司,黑龙江大庆163412)

0 引 言

地层元素测井仪器测量高能中子激发的地层元素次生伽马射线,将伽马射线强度记录成伽马曲线,通过解谱分析,可计算地层中主要元素含量和矿物含量。斯伦贝谢公司1996年推出化学源地层元素测井仪器(ECS)[1],2015年推出脉冲中子源地层元素测井仪器(Litho_Scanner);哈里伯顿公司2009年推出化学源地层元素测井仪器(GEM)[2];贝克休斯公司2009年推出脉冲中子源地层元素测井仪器(FLeX)[3]。中国石油天然气集团测井有限公司2013年研发了地层元素测井仪器(FEM)。

为了安全、健康、环保,各大测井公司现阶段更倾向于使用脉冲中子源[4],脉冲中子源替代化学源是核测井发展的趋势[5]。本文利用脉冲中子地层元素测井仪器的原理建立基础物理模型,通过蒙特卡罗模拟方法模拟仪器结构变化对仪器响应的影响[6-7],综合比对分析,得出最优化的地层元素测井仪器结构参数。

1 蒙特卡罗模型建立

本文以国内外常见脉冲中子地层元素测井仪器结构为基础,建立地层元素测井仪器蒙特卡罗数值模拟模型(见图1)。模型中地层形状为水平方向圆柱体,地层高度120 cm,地层直径50 cm。井眼形状为与地层同轴水平方向圆柱体,井眼高度120 cm,井眼直径20 cm,井眼内流体是清水、纳基膨润土及植物胶混合物,3种物质质量比例为1 000∶25∶3。仪器形状为水平方向圆柱体,贴井壁放置,仪器内径13.5 cm,仪器外径14 cm。仪器外壳材质为铁含量较低的不锈钢;仪器屏蔽体为钨镍合金,放置在中子源和晶体探测器之间;探测器为锗酸铋(Bi4Ge3O12,简称BGO)晶体探测器,晶体探测器的尺寸为Φ7.62 cm×10.16 cm;硼套为硼含量10%的橡胶。……