脉冲中子孔隙度测井

2017年09月脉冲中子测试技术在老井挖掘中的应用刘勇（中油辽河油田公司兴隆台公用事业处，辽宁盘锦124000）摘要：脉冲中子是在中子寿命测井技术上发展而来的测井方法,能在已经套管完井的油井中探测地层。

通过该技术对老井进行重新测试，来重新认识各储层的油水分布,从而重新储层含油饱和度、划分水淹级别，可以对油井潜力进行重新认识，对老井进行二次解释，根据认识结果可以对潜力层进行射孔，封堵高水淹层，是油田老区储量动用评价、确定油水关系的可靠手段。

为剩余油挖潜提供了新的测试手段，具有一定的推广意义。

关键词：脉冲中子测试；潜力重新认识；剩余油挖潜油田进入开发中后期，高含水问题严重，老井剩余油挖潜难度大。

一方面老井潜力层均射开，剩余未射开层均为高水淹或低潜力层，另一方面需要掌握单井区域上的储层剩余油分布，寻找潜力油层，调整作业方案。

部分油井处于停产边缘，给开发中后期的剩余油挖潜工作带来难度，为此，研究引进了脉冲中子测试技术。

1技术原理脉冲中子测试技术是一种新的储层剩余油饱和度测井技术[1]，是脉冲中子—中子仪器的简称，使用中子发生器向地层发射14MeV 的快中子，经过一系列的非弹性碰撞（10-8—10-7s ）和弹性碰撞（10-6—10-3s ），当中子的能量与组成地层的原子处于热平衡状态时，中子处于热中子能量级，此时它的能量是0.025eV 左右，速度2.2×105cm/s ，直到被地层俘获。

PNN 仪器利用两个探测器（即长、短源距探测器）记录从快中子束发射30μs 后的1800μs 时间内的热中子记数率，每个探测器均将其时谱记录分成60道，每道30μs ，根据各道记录的热中子记数生成热中子时间衰减谱，从而可以有效地求取地层的宏观俘获截面。

同时利用两个中子探测器上得到的中子记数的比值就可以计算储层含氢指数。

据此在低矿化度地层水条件下，分辨近井地带的油水分布，计算含油饱和度、划分水淹级别、求取储层孔隙度、计算储层内泥质含量及主要矿物含量等等[2]。

第七章脉冲中子能谱测井由脉冲中子发生器产生的高能中子进入地层后，与地层中的原子核发生非弹性散射、弹性散射、辐射俘获等核反应，产生超热中子、热中子和各种次生γ射线。

脉冲中子能谱测井就是通过测量和分析这些射线场的时间和空间分布，来确定地层的岩性、孔隙度、流体饱和度及油田开发动态测试。

通常有两种脉冲中子能谱测井方法可以完成过套管进行储层评价和饱和度监测。

一种是测量热中子衰减时间，即中子寿命测井。

一种是测量非弹性散射γ能谱来确定地层中C和O的相对含量，即C/O能谱测井。

其中，C/O测井方法的研究始于20世纪50年代，十多年后，出现了第一代C/O测井仪器（Tittman，Nelligan，Culver等人），但此时所用的中子源不是脉冲中子源。

20世纪60年代首先出现了脉冲中子寿命测井仪（Youmans等人），并应用于石油行业。

1970年，由Culver等人把中子寿命测井仪器的脉冲中子发射系统应用于C/O仪器，并成功投入现场实践。

在这以后，由于生产上的需要，脉冲中子测井技术进入了快速发展期。

各大石油公司都相继推出了各自的脉冲中子测井仪器。

哈里伯顿公司1982年推出了多门热中子衰减时间测井仪TMD（直径43mm）。

1990年推出大直径的脉冲能谱γ测井仪PSGT，采用先进探头设计和资料处理，使得C/O仪器在较大的孔隙度范围内及不同的井眼条件下能取得准确的含油饱和度。

1994年推出的TMDL是在原有TMD技术的基础上，增加了远程探测器进行能谱测量的能力，这些能谱数据能够提供岩性信息，其本底测量的数据可用于氧活化水流速度测量。

但是，中子寿命测井只有在高化度环境才能取得很好的结果，当低矿化度地层或未知地层矿化度的情况下，中子寿命测井资料无法进行解释；而这时C/O能谱测井却能取得可靠的结果。

如果把这两种脉冲中子能谱测井方法相结合，将会取得很好的效果，还可以获得一些其它方面的有用信息。

另一方面，为了满足大直径仪器测井施工的要求，通常需要关井和拔出生产油管，这限制了大直径脉冲中子仪器的应用。

第十章脉冲中子测井第九章讲了中子测井，希望同学们掌握中子与地层相互作用，即中子测井的核物理基础；掌握中子孔隙度测井的有关内容，即超热中子测井和热中子测井，希望大家着重弄清楚补偿中子孔隙度测井及其应用。

脉冲中子测井主要内容:脉冲中子测井：所谓脉冲中子指的是中子源每隔一定时间发射一定宽度的中子，照射地层，通过研究中子与地层的相互作用，以研究地层性质。

脉冲中子测井的主要内容1 中子寿命测井2 非弹性散射伽马能谱测井3中子活化测井§1 中子寿命测井（NLL）一、中子寿命测井中子寿命测井（neutron lifetime log, NLL）也叫热中子衰减时间测井(Thermal Decay Time Log)，是最早投入使用的一种脉冲中子测井。

测井时，利用脉冲中子源发射高能快中子（14Mev ），脉冲照射地层，用伽马探测器探测经地层慢化产生的热中子被俘获放出的伽马射线，根据计数率随时间的衰减，进而计算热中子寿命和地层的热中子的宏观俘获截面，从而研究地层性质（特别是含油性）的一种测井方法。

（？）在地层中，宏观俘获截面和热中子寿命主要与氯的含量有关，与地层水矿化度有关。

二、热中子寿命与地层对热中子宏观俘获截面的关系1、热中子寿命τ热中子寿命τ，是指热中子从产生的瞬间起到被俘获的时刻所经历的平均时间。

计算时，它等于热中子中的63.2%被俘获所经过的时间：)exp()(0τt N t N -= 当τ=t ,368.0/)(0≈N t N 2、宏观俘获截面Σ单位体积介质中所有原子核的微观俘获截面之和，单位1-cm ，一般定义一个基本的宏观俘获截面单位为1310--cm ，称作俘获单位并记作c.u.。

3、τ与Σ的关系τ——表示地层的热中子寿命，单位us ；Σ——表示地层对热中子的宏观俘获截面，单位cm -1；∑=∑=v A 1τ； 其中A 为某一待定的常数ν1=A ，v 为热中子速度。

也就是说，热中子寿命与地层对热中子的宏观俘获截面成反比关系，即地层的宏观俘获截面越大，热中子寿命越小。

PNN（脉冲中子中子）剩余油气饱和度测井
1、独特热中子探测：解决低孔隙度、低矿化度难题。

2、独特的高温设计：工作环境可高达150°。

3、独特的记录方式：记录热中子衰竭时间谱。

4、独特的成像技术：可直观消除井眼影响。

5、高精度评价技术：寻找出水点和剩余油。

6、独特的测量方法克服了标准中子寿命测量仪器中存在的，在低矿化度情况下，不能有效区分油水层位的问题。

7、施工作业简单，可以在油管内测量，大大减少作业成本。

8、完全可以在水平井中测量，解决水平井中找水的难题。

9、可以在新井和老井中测量，为原油开采提供客观、准确的依据。

10、在地层孔隙度8%的情况下有很好的应用实例。

11、在地层水矿化度1000ppm的情况下有很好的应用实例。

PNN与其它脉冲中子测井方法的比较表。

应用新型脉冲中子测井寻找老井中的残余油作者：W．Streeter , G.P. Hogan II , D.G. Barrett (SPE-国际石油工程师协会)C.B. Rogers（康普乐服务公司），R.C. Odom （康普乐研究院）1996年3月27-29日，在德克萨斯州的米特兰召开了帕尔敏盆地油气开发研讨会，本文是SPE献给大会的论文。

0摘要由于盆地中的一个油田差不多已经开始枯竭并开始注入CO2和水进一步开采，所以帕尔敏盆地油气田被认为是“到期的”。

作业人员面临着这样的选择，是放弃还是在另一个组段进行再完井处理，不幸的是常常由于资料不足而难以决定。

在新的孔隙度测井方法产生之前，许多井都已进行过测井。

而其它的一些井，因为各种各样的原因，始终未进行过测井。

新型脉冲中子测井技术，可以为作业者提供套管内储集层的许多参数。

与补偿中子测井类似，脉冲中子测井可以通过热中子比率孔隙度（RPHI）来提供孔隙度参数。

通过中子在地层中产生的非弹性散射伽玛射线，脉冲中子测井还可用来确定新的孔隙度类型（IPHI）。

IPHI与裸眼测井孔隙度的响应相似，通过与RPHI交绘，可用来帮助识别岩性变化、致密层与气层的差别。

交绘孔隙度还可用于补偿岩性影响以及某种程度上邻井变化的影响。

使用∑和（或）CATO可以确定含水饱和度。

1简介最好的找油地点可能就是现有的井，许多很有潜力的产层可能被错过了，特别是对新的孔隙度测井方法发明之前就已完钻的老井。

与新井钻井费用相比，在这些老井中花费更少的资金，就可以取得很显著的产量和储量。

同时，对正在生产的储层和注入CO2或水的油层，为确定其水系的具体分布情况，也需要对地层进行监测。

通过新型的脉冲中子测井与解释方法，结合地质、产层、储层、取芯和其它测井资料，可以提供计算储集层参数所需要的数据。

在高孔隙度、高矿化度储集层，用∑计算含水饱和度。

在低孔隙度储集层和（或）在地层水矿化度较低或未知时，可用C/O比类型的测井技术来确定含水饱和度。

第十章脉冲中子测井第九章讲了中子测井，希望同学们掌握中子与地层相互作用，即中子测井的核物理基础；掌握中子孔隙度测井的有关内容，即超热中子测井和热中子测井，希望大家着重弄清楚补偿中子孔隙度测井及其应用。

脉冲中子测井主要内容:脉冲中子测井：所谓脉冲中子指的是中子源每隔一定时间发射一定宽度的中子，照射地层，通过研究中子与地层的相互作用，以研究地层性质。

脉冲中子测井的主要内容1 中子寿命测井2 非弹性散射伽马能谱测井3中子活化测井§1 中子寿命测井（NLL）一、中子寿命测井中子寿命测井（neutron lifetime log, NLL）也叫热中子衰减时间测井(Thermal Decay Time Log)，是最早投入使用的一种脉冲中子测井。

测井时，利用脉冲中子源发射高能快中子（14Mev ），脉冲照射地层，用伽马探测器探测经地层慢化产生的热中子被俘获放出的伽马射线，根据计数率随时间的衰减，进而计算热中子寿命和地层的热中子的宏观俘获截面，从而研究地层性质（特别是含油性）的一种测井方法。

（？）在地层中，宏观俘获截面和热中子寿命主要与氯的含量有关，与地层水矿化度有关。

二、热中子寿命与地层对热中子宏观俘获截面的关系1、热中子寿命τ热中子寿命τ，是指热中子从产生的瞬间起到被俘获的时刻所经历的平均时间。

计算时，它等于热中子中的63.2%被俘获所经过的时间：)exp()(0τt N t N -= 当τ=t ,368.0/)(0≈N t N 2、宏观俘获截面Σ单位体积介质中所有原子核的微观俘获截面之和，单位1-cm ，一般定义一个基本的宏观俘获截面单位为1310--cm ，称作俘获单位并记作c.u.。

3、τ与Σ的关系τ——表示地层的热中子寿命，单位us ；Σ——表示地层对热中子的宏观俘获截面，单位cm -1；∑=∑=v A 1τ； 其中A 为某一待定的常数ν1=A ，v 为热中子速度。

也就是说，热中子寿命与地层对热中子的宏观俘获截面成反比关系，即地层的宏观俘获截面越大，热中子寿命越小。

PNST脉冲中子全谱测井技术的应用冀東油田南堡陆地浅层油藏低阻油气层发育，经过多年滚动开发，油藏已进入中后期高含水开发阶段，油水关系复杂，剩余油分布零散，老井水淹情况认识难度逐年加大。

PNST测井碳氧比模式在中高孔隙度、中高渗透率地区能够准确区分油水层，判断油层水淹程度。

综合利用非弹、俘获伽马计数率测井信息能够准确识别气层，区分气水层，提高解释精度。

本文主要讲述PNST脉冲中子全谱测井仪可在套管井中寻找油气层、确定储层含油饱和度、监测油藏动态变化，现场应用该技术测井20余井次，具有较强的实用性，为油田制订开发措施提供有效保障。

标签：PNST ；碳氧比；南堡陆地；剩余油南堡陆地浅层油藏目前已经进入特高含水开发阶段，油气主要分布在河道、边滩或心滩微相的砂体中，岩性以细砂岩、中砂岩、含砾不等粒砂岩为主，平均孔隙度30%以上，平均渗透率1530-2330×10-3um2，属高孔高渗型储层，非均质性较强，油气藏类型以构造层状油气藏为主，边底水活跃，地层能量充足，主要依靠天然能量开采。

PNST测井碳氧比模式不受地层水矿化度的影响，在孔隙度大于15%的地层中能准确区分油水层、判断油层的水淹程度。

该技术对进入中高含水期的复杂断块油藏剩余油挖潜有一定借鉴意义。

1 PNST脉冲中子全谱测井技术简介PNST测井技术，它实现了单一元素探测到全谱全过程测量，其测量精度高，有多种测量模式，一次下井可以完成全部能谱测量。

PNST测井仪外径89mm，长4.5m，重90kg，耐温150℃/4h，耐压70MPa，适用于套管外径为140mm～244mm 的套管井。

PNST测井仪一次测井能同时实现双源距碳氧比、中子寿命、脉冲中子-中子、能谱水流4项功能；测井曲线信息丰富，主要包括剩余油评价的碳氧比、地层俘获截面、近远计数比、氧活化指数等曲线；在缺少裸眼井测井资料时也能提供评价储层岩性物性的泥质含量、孔隙度、饱和度等解释信息，独立地进行套后地层参数评价；能识别气层，指示强力出水层。

中子孔隙度测井汇总中子孔隙度测井的原理是利用自然伽马辐射和中子衰减的原理来测量地层中的孔隙度。

该方法通过测量地层中的伽马射线和中子流，并分析其与地层相互作用的物理特性，来计算孔隙度。

中子射线通过地层时，可能被地层中的水、油和岩石等物质吸收，使中子流的强度减小。

通过测量减小的中子流强度和其他参数，可以推断出地层的孔隙度。

中子孔隙度测井需要使用一种称为中子密度测井仪的测井工具。

该工具通常由中子源、探测器以及其他必要的测量系统组成。

中子源产生高速中子束，通过地层，并与地层中的核物质相互作用。

中子流将散射回来，并被探测器检测到。

探测器测量散射中子的能量和数量，并将其转化为地层的孔隙度。

中子孔隙度测井的应用非常广泛。

在油气勘探和开发中，中子孔隙度测井可以帮助评估岩石储集层的孔隙度，从而评估储层的储量和产能。

此外，中子孔隙度测井还可用于评估水资源、煤矿和地热储层等其他地下储层的孔隙度。

在实际应用中，中子孔隙度测井还可以与其他测井方法相结合，例如密度测井、声波测井等。

通过多种测井方法的综合分析，可以更准确地评估地层的孔隙度，并提供更可靠的地质参数。

尽管中子孔隙度测井方法简单易行，但在实际测井中仍存在一些挑战。

例如，地层的复杂性和非均质性可能会引起测井结果的偏差。

此外，测井仪器的精度和校准也会对测井结果产生影响。

因此，在进行中子孔隙度测井时，需要进行精确的数据处理和解释。

总的来说，中子孔隙度测井是一种常用的地球物理测井方法，可用于评估地层的孔隙度和储层特性。

通过分析中子流与地层相互作用的物理特性，可以推断出地层的孔隙度，并为油气勘探、水资源评估和地热储层开发等提供有价值的信息。

在实际应用中，需要综合考虑其他测井方法的结果，并进行准确的数据处理和解释，以获得可靠的测井结果。

新一代套管井储层评价技术脉冲中子—中子（PNN）测井PNN（Pulse Neutron Neutron）测井仪是奥地利Hotwell公司研制开发的一种用于油田生产开发的饱和度测井仪器。

目前该仪器已经在欧洲、南、北美洲、中东、北非和亚洲18个国家广泛应用，取得了较好的使用效果。

油田进入高含水的中、后开发期，一方面迫切需要了解单井、区域上的储层的剩余油分布，寻找潜力油层，调整作业方案；另一方面，许多老井，由于受当时条件的限制，缺少必要的测井资料，而无法对储层性质进行重新认识。

油井生产之前都会下套管进行固井。

因为套管的物理特性，很多裸眼井中的测井方法受到了限制，不能用于套管井的地层评价。

目前套管井中使用最多的饱和度测井方法都是基于中子寿命测井原理的，如目前油田内常见的碳氧比测井、中子寿命测井、硼中子测井、PND测井等等。

PNN测井同样基于这个原理。

与目前国内使用的其他饱和度测井方式比较，PNN测井的一个最大不同是：不同于其他方法中通过地层对中子的俘获放射出的伽马射线进行记录分析来进行饱和度的解析。

PNN是通过对地层中还没有被地层俘获的热中子来进行记录和分析，从而得到饱和度的解析。

探测热中子法，没有了探测伽马方法存在的本底值影响，同时在低矿化度与低孔隙度地层保持了相对较高的记数率，削减了统计起伏的影响。

同时，PNN还有一套独特的数据处理方法，能够最大程度的去除井眼影响，保证了Sigma（地层俘获截面）曲线的准确性，精度可以达到±0.1俘获截面单位。

这种方式使得PNN在低孔隙度、低矿化度地层（目前大多数油田生产的难点）相对其他测井方式具有更高的分辨率。

同时，PNN还具有施工简单，不需要特殊的作业准备，可以过油管测量、仪器不需刻度，操作维修简单、记录原始数据、最大程度去除井眼影响等等多方面的优势。

一、PNN测井原理PNN是脉冲中子—中子（Pulse Neutron Neutron）仪器的简称，使用中子发生器向地层发射14.1MeV的快中子，经过一系列的非弹性碰撞（10-8—10-7s）和弹性碰撞（10-6—10-3s），当中子的能量与组成地层的原子处于热平衡状态时，中子处于热中子能量级，此时它的能量是0.025eV左右，速度2.2×105cm/s，直到被地层俘获。

用脉冲中子孔隙度测井改进受侵气层孔隙度计算方法Case.,CR;刘胜建
【期刊名称】《测井科技》
【年(卷),期】1996(000)002
【摘要】井眼流体侵入气层对密度和中子仪器的响应影响很大，尤其是侵入降低了密度和中子孔隙度测井曲线之间的交错分离程度，而这种交错分离程序常常是气层指示器。

由于常规的中子仪器比密度仪器探测的深，因此，要定量确定这种影响以得到准确的地层孔隙度计算值是比较困难的。

然而，使用正演模型对侵入影响进行校正是可能的，不过这需要假设一些地层和侵入特性（例如：流体密度、最大侵入半径等），而这些假设又不总是准确的。

随着新型加速
【总页数】6页(P42-47)
【作者】Case.,CR;刘胜建
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TE311
【相关文献】
1.随钻与电缆脉冲中子孔隙度测井响应差异研究 [J], 袁超;刘翰林;张锋;袁悦;刘军涛
2.应用套前套后补偿中子测井孔隙度差值法识别疑难气层 [J], 常中元;庞彦明
3.D-T脉冲中子发生器随钻中子孔隙度测井的蒙特卡罗模拟 [J], 张锋;靳秀云;侯爽
4.脉冲中子孔隙度测井屏蔽体的蒙特卡罗研究 [J], 于华伟;张锋
5.利用超热中子寿命的脉冲中子孔隙度测井 [J], 吕艾英;陆凤根
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