热中子成像测井技术在临兴区块的应用

常毓强

摘要：本文主要阐述热中子成像的原理、设备操作及参数、现场施工步骤以及在临兴区块的解释应用。该测井技术在低孔隙度、低渗透率油气田应用效果较好，可更加快速、直观地分辨油气水层。

关键词：热中子成像;衰减;俘获截面;核谱图

1 热中子成像测井原理

热中子成像测井系统，通过井下仪器内部安装的中子发生器，使用特定的方式向地层发射14MeV的快中子，与组成地层的原子发生一系列弹性及非弹性碰撞，最终处于热平衡状态，TNIS仪器记录从快中子发射15微妙后的2700微妙时间段的热中子计数率，将其时谱记录分成180道，每道15微妙，从中提取地层宏观俘获截面，并利用俘获截面矩阵数据定量分辨地层含油气水性质，同时，热中子衰减过程中形成衰减谱和成像谱可以快速、直观、定性判定油、气、水性质。

TNIS在套管井条件下完成测量。测量井段内包含砂岩、泥岩、煤及灰岩系列。TNIS含水饱和度是根据SIGMA和POR交会，采用SIMGA曲线结合该井的裸眼井解释成果孔隙度、泥质含量等曲线，通过体积模型公式计算得到的。

含油气泥质岩石，根据体积模型有：

式中：

—测量获得地层热中子宏观俘获截面;

—地层孔隙度;

—地层含水饱和度;

—岩石骨架热中子宏观俘获截面;

—地层水热中子宏观俘获截面;

—油的热中子宏观俘获截面;

为泥质含量;

为为泥质的热中子宏观俘获截面。

2 设备操作及参数

2.1 地面设备连接：

2.1.1将地面面板和电脑使用网线连接。

2.1.2 将地面面板和電脑的电源线通电。（必须是220AC/60HZ）

2.1.3 用系统所配的电缆连接线插入测井面板后面的电缆插孔，另一头和绞车上的电缆接头相连。

2.1.4 用所配深度/模拟信号线插入测井面板后面的深度插孔，另一端的3根线（地线，A，B）和绞车系统的深度编码器的相应线相连。如果需要记录张力曲线，还要把该线和绞车系统的张力相连。

2.2 井下仪器连接：

2.2.1 仪器串：专用马龙头+遥传/GR/CCL短节（WTC38）+采集短节（PNNGSN）

+中子发生器短节（NGF）+尾锥（或加重接头）。

2.2.2 去掉每个短节两端的护帽或堵头，检查每个密封圈是否损伤，如有损伤，更换密封圈。

2.2.3 清洁螺纹和密封面，然后在密封圈上涂抹硅脂。

2.2.4 将所用的短节对接，顺时针旋转，按顺序两两节连在一起。

2.2.5 将电缆马笼头和遥传短节上端相连，如果不需要在仪器串的最下端挂加重，则在仪器串的尾部挂一个尾锥接头。否则需要在仪器串的尾部挂一个加重接头。

2.3 井下仪器参数及功能：

2.3.1 井下仪器串外径43mm，耐温175℃，耐压103MPa，供电150DC。

2.3.2 遥传/GR/CCL短节（WTC38）：测井校深，同时采集磁定位、温度等曲线。

采集短节（PNNGSN）：使用He3均衡热中子探头，测取地层宏观俘获截面。

中子发生器短节（NGF）：以特定方式发射14MeV快中子。

3 测井施工步骤

测井小队要严格按照《TNIS过套管成像测井Q&HSE作业计划书、施工作业指导书》和 《TNIS测井作业质量监控规范》进行施工。

3.1 基地出发前的准备工作：井况信息、裸眼井测井资料收集、测井作业通知单（测量项目及井段）、测井设备状态、测井车状态、绞车与面板深度配接状态等。

3.2 现场施工步骤：

3.2.1 组织甲方代表、各方承包商召开测井作业协调会议。

3.2.2 组织测井小队召开测井前JSA工作安全分析会议。

3.2.3 严格遵守作业规程进行测井车摆放，井口安装，井仪器连接及井口检查，确保井下仪器入井前工作状态正常。

3.2.4 井口对零，仪器入井。仪器下放及上提速度要严格遵守作业规程，工程师和绞车操作者密切注意仪器下放及工作状况，发现异常情况，及时向甲方汇报，以采取有效措施，确保施工安全。

3.2.5 到达测量井段底，开启GR/CCL模式，上测校深。

3.2.6 校深完毕后，再次下放电缆到测量井段以下10米，进行超过5min的停机测试，以便检验仪器统计涨落误差。

3.3 资料解释：

解释人员收到现场测井小队提供的TNIS资料后，快速展开解释工作，再次确认测井测井项目完整、资料质量合格，并在一周内提交测井解释成果，包括原始数据、解释成果表、解释报告等。

3.4 资料质量控制：

打靶段GR平均误差为5%（受活化伽马的影响），环境校正后的SIGMA平均误差<1%，RATIO平均误差<1%，短计数率误差<1%，长计数率误差<1%。参考《测井原始资料质量要求》

4 临兴区块的解释应用

TNIS在临兴区块已经完成数十口井的作业，均能快速、直观地辨别潜力气层，为作业者后续开发施工提供可靠依据，因此受到作业者青睐。

4.1 通过成像幅度高低和颜色渐变可以分辨出砂泥岩、水层、干层、气层。

4.2 通过气层的SIGMA值比差气层低、气层成像幅度明显高于差气层，分辨气层、差气层。

4.3 当煤层气丰度较高时，可用TNIS测井资料进行定性分析。TNIS在煤层的响应特征为：低伽马值，高RATIO值，低SIGMA值，长短源距呈负差异显示，热中子衰减成像显示后时间道还有较多热中子剩余，热中子俘获成像显示幅度较高、颜色较浅、呈黄红色。如果煤层中含气量越高，相应的SIGMA值就会越低，幅度成像幅度就会越高。

5 结论

热中子成像测井技术（TNIS）通过记录热中子衰减和地层俘获热中子的整个过程，并以核谱图、成像图的方式显示，可以直观、快速、定性地分辨水层、干层、差气层、气层，弥补常规测井解释的不足，为临兴区块后期气层开发施工提供可靠依据。随着热、快中子类测井技术的发展，中子测井技术逐步发展为三种测井模式中子寿命模式，RPM（总非弹或者俘获计数比），FNXS（快中子散射截面），在分辨油气水、孔隙度、饱和度求取等储能评价方面提供可靠的数据。

参考文献：

[1] 张峰，脉冲中子测井方法的蒙特卡罗模拟结果研究【J】，石油天然气学报2007，50（6）

[2] 张予生等，热中子成像测井技术在吐哈油田的应用【J】，测井技术，2015，第5期