為了去掉密度測(cè)井中的放射性化學(xué)源,提高脈沖中子源密度測(cè)井的測(cè)量精度,促進(jìn)脈沖中子源密度測(cè)井的發(fā)展,本文建立了一種脈沖中子密度測(cè)井新方法。首先采用MCNP5模擬研究了脈沖中子源密度測(cè)量過程中中子場(chǎng)和伽馬場(chǎng)的時(shí)間、空間特性,為后續(xù)的脈沖時(shí)序、源距等設(shè)計(jì)提供依據(jù);其次基于中子耦合場(chǎng)理論,從理論上推導(dǎo)出可以消除含氫指數(shù)(HI)和非彈散射截面(∑_(in))影響的脈沖中子密度測(cè)井新方法;然后針對(duì)新方法優(yōu)化設(shè)計(jì)了儀器結(jié)構(gòu);最后通過建立多種不同性質(zhì)的地層研究了脈沖中子密度測(cè)井新方法在隨鉆環(huán)境下的應(yīng)用效果。研究結(jié)果表明,脈沖中子源密度測(cè)井同樣具有很高的測(cè)量精度。利用非彈伽馬射線測(cè)量密度時(shí)受非彈伽馬源空間分布的和巖性的影響,這主要是HI和∑_(in)的影響。粒子的時(shí)間、空間特性研究顯示,快中子和非彈伽馬射線需在脈沖期間測(cè)量,且兩者隨源距衰減較快,源距不宜過大。以快中子耦合場(chǎng)理論為基礎(chǔ),從理論上推導(dǎo)出了通過非彈伽馬計(jì)數(shù)比和快中子計(jì)數(shù)比校正∑_(in)和HI影響的脈沖中子密度測(cè)井新方法。針對(duì)研究的新方法,設(shè)計(jì)了一個(gè)D-T脈沖中子源、兩個(gè)快中子和兩個(gè)伽馬探測(cè)器的探測(cè)系統(tǒng),優(yōu)選出氦-4(He-4)快中子探測(cè)器和溴化鑭(LaBr_3)閃爍伽馬探測(cè)器,給出屏蔽效果最佳的鎢+鎳的快中子屏蔽組合和鎢+鉛的伽馬射線屏蔽組合。在不同HI、巖性、孔隙流體類型的隨鉆環(huán)境下的模擬結(jié)果顯示脈沖中子密度測(cè)井新方法通過非彈伽馬計(jì)數(shù)比和快中子計(jì)數(shù)比很好的校正了伽馬源空間分布和巖性的影響,隨鉆環(huán)境下應(yīng)用效果很好。對(duì)于含氣地層,當(dāng)?shù)貙用芏刃∮?.9g/cm~3時(shí)有較明顯誤差,但地層密度一般高于2.0g/cm~3。井徑的變化會(huì)影響測(cè)量結(jié)果,測(cè)量密度隨井徑增加而減小,測(cè)量誤差與井眼間隙呈很好的二次函數(shù)關(guān)系。本文研究豐富了隨鉆脈沖中子密度測(cè)井理論方法,為脈沖中子密度測(cè)井儀器的研制提供依據(jù),一定程度上促進(jìn)了我國(guó)脈沖中子密度測(cè)井的發(fā)展。
【學(xué)位單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P631.81
【部分圖文】：

徑為 17.145cm；鉆鋌內(nèi)儀器直徑為 10.4cm，靠一側(cè)放置，另一側(cè)有兩個(gè)直徑為 3.536cm的泥漿通道；源采用脈沖寬度為 20us，發(fā)射中子能量為 14.1Mev 的 D-T 中子源，源中心點(diǎn)在（0，0，0）處，探測(cè)器和源之間填充理想屏蔽體[53]。2.2 中子場(chǎng)和伽馬場(chǎng)的時(shí)間特性粒子場(chǎng)的時(shí)間特性研究在脈沖中子測(cè)井中是基礎(chǔ)研究，同時(shí)也是非常重要的。合理的選擇探測(cè)時(shí)窗能獲得純凈非彈伽馬射線計(jì)數(shù)，合理的設(shè)計(jì)脈沖寬度能有效減小俘獲伽馬射線的影響，這都要求我們對(duì)粒子場(chǎng)的時(shí)間特性進(jìn)行研究。本節(jié)模擬研究了快中子和非彈伽馬射線場(chǎng)的時(shí)間特性，為源的爆發(fā)時(shí)序與探測(cè)器探測(cè)時(shí)窗設(shè)計(jì)提供依據(jù)。2.2.1 總中子與快中子時(shí)間譜圖 2.1 為自源開始工作 100us 時(shí)間內(nèi)總中子與快中子時(shí)間譜，可以看出在中子發(fā)射期間，快中子計(jì)數(shù)基本穩(wěn)定；總中子計(jì)數(shù)隨時(shí)間的推移而增大，總中子強(qiáng)度的增大主要是中能中子、超熱中子和熱中子數(shù)量的增加。脈沖停止后總中子計(jì)數(shù)迅速下降到較小的值，然后緩慢衰減；快中子計(jì)數(shù)迅速變?yōu)?0。對(duì)于快中子在脈沖停止后的快速衰減過程我們進(jìn)行了精細(xì)模擬，模擬結(jié)果如圖 2.2 所示�？梢钥闯�，在脈沖停止后快中子通量隨時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律衰減，50ns 后快中子完全消失。

徑為 17.145cm；鉆鋌內(nèi)儀器直徑為 10.4cm，靠一側(cè)放置，另一側(cè)有兩個(gè)直徑為 3.536cm的泥漿通道；源采用脈沖寬度為 20us，發(fā)射中子能量為 14.1Mev 的 D-T 中子源，源中心點(diǎn)在（0，0，0）處，探測(cè)器和源之間填充理想屏蔽體[53]。2.2 中子場(chǎng)和伽馬場(chǎng)的時(shí)間特性粒子場(chǎng)的時(shí)間特性研究在脈沖中子測(cè)井中是基礎(chǔ)研究，同時(shí)也是非常重要的。合理的選擇探測(cè)時(shí)窗能獲得純凈非彈伽馬射線計(jì)數(shù)，合理的設(shè)計(jì)脈沖寬度能有效減小俘獲伽馬射線的影響，這都要求我們對(duì)粒子場(chǎng)的時(shí)間特性進(jìn)行研究。本節(jié)模擬研究了快中子和非彈伽馬射線場(chǎng)的時(shí)間特性，為源的爆發(fā)時(shí)序與探測(cè)器探測(cè)時(shí)窗設(shè)計(jì)提供依據(jù)。2.2.1 總中子與快中子時(shí)間譜圖 2.1 為自源開始工作 100us 時(shí)間內(nèi)總中子與快中子時(shí)間譜，可以看出在中子發(fā)射期間，快中子計(jì)數(shù)基本穩(wěn)定；總中子計(jì)數(shù)隨時(shí)間的推移而增大，總中子強(qiáng)度的增大主要是中能中子、超熱中子和熱中子數(shù)量的增加。脈沖停止后總中子計(jì)數(shù)迅速下降到較小的值，然后緩慢衰減；快中子計(jì)數(shù)迅速變?yōu)?0。對(duì)于快中子在脈沖停止后的快速衰減過程我們進(jìn)行了精細(xì)模擬，模擬結(jié)果如圖 2.2 所示�？梢钥闯觯诿}沖停止后快中子通量隨時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律衰減，50ns 后快中子完全消失。

中子場(chǎng)和伽馬場(chǎng)特性研究譜時(shí)間譜，在脈沖開始約 2.25us 后地層中出現(xiàn)熱中子顯幅度，所以脈沖寬度足夠窄時(shí)可以有效的減少俘規(guī)律增加，在約 30us 處達(dá)到最大值。到達(dá)最大值 HI 的控制，HI 越大到達(dá)最大值的時(shí)間越短，之后減，衰減速度與地層的減速、俘獲能力呈正相關(guān)。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2848607