技术领域
[0001] 本
发明涉及一种利用元素伽马能谱测井识别气层的方法，属于矿场地球物理测井技术领域。
背景技术
[0002] 随着油气田勘探开发的深入，
地层含气
饱和度的评价和定量计算变得尤为重要。传统评价地层含气的方法有脉冲
中子曲线
叠加技术、岩性
密度测井、三孔隙度重叠法、
热中子衰减时间测井、
电阻率测井、成像测井。近年来随着脉冲中子测井技术的发展，利用仪器探测到的中子及伽马时间谱信息进行地层含气饱和度评价在油气识别方面发挥了重要作用。
[0003] 相比于常规储集层，
煤岩、
页岩等非常规储集层具有储层岩性复杂、储层物性差(孔隙度小于10％、渗透率小于1.0mD)、埋藏较深等特点，油气勘探开发难度较大。元素伽马能谱测井技术通过利用中子与地层元素
原子核作用放出伽马射线信息确定元素含量、划分岩性，在非常规储层评价中具有广泛的应用前景。
[0004] 现有的使用脉冲中子源的元素伽马能谱仪器利用D-T中子源和单探测器信息在实际勘探开发中完成地层元素评价及有机
碳探测，对于能否利用元素伽马能谱仪器探测得到的伽马信息进行地层含气饱和度评价没有具体的解决方法。
发明内容
[0005] 基于上述技术问题，本发明提供一种利用元素伽马能谱测井识别气层的方法，该方法为气层识别和定量评价提供了解决方案，同时拓展了元素能谱测井技术的应用。
[0006] 本发明所采用的技术解决方案是：
[0007] 一种利用元素伽马能谱测井识别气层的方法，其选用一个脉冲中子源和一个伽马探测器，根据伽马探测器记录的非弹伽马计数与俘获伽马计数的比值确定地层含气饱和度，进行地层含气性评价。
[0008] 该方法具体包括以下步骤：
[0009] 步骤一、选用地层元素伽马能谱测量装置，该装置包括一个脉冲中子源和一个伽马探测器；
[0010] 步骤二、井下脉冲中子源发射的高能
快中子与地层物质发生非弹性散射、
辐射俘获作用产生非弹伽马射线、俘获伽马射线，并由伽马探测器接收记录；
[0011] 步骤三、模拟得到不同孔隙度条件下的非弹伽马计数与俘获伽马计数比值与地层含气饱和度的响应关系，建立地层含气饱和度评价模型：
[0012] Sg＝(2145-176.6*φ+5.93*φ2-0.066*φ3)+(-2635+233.7*φ-7.85，φ2+0.088*φ3)*R
[0013] 式中R为非弹俘获比，即非弹伽马计数与俘获伽马计数的比值；φ为地层孔隙度(％)；Sg为地层含气饱和度(％)；
[0014] 步骤四、利用探测器探测到的非弹伽马计数、俘获伽马计数比值R结合地层孔隙度参数，完成地层含气饱和度评价。
[0015] 上述伽马探测器与脉冲中子源的间距优选为60-70cm。
[0016] 优选的，上述伽马探测器采用BGO晶体探测器。
[0017] 优选的，所述脉冲中子源为D-T可控中子源，D-T可控中子源脉冲周期为400μs，一个脉冲周期内，0-40μs发射快中子，40-400μs快中子停止发射。
[0018] 本发明的有益技术效果是：
[0019] 本发明提出了一种利用元素伽马能谱测井识别气层的方法，根据伽马探测器记录的非弹伽马和俘获伽马计数比值确定地层含气饱和度，为气层识别和定量评价提供了解决方案，同时拓展了元素能谱测井技术的应用。
附图说明
[0020] 图1为本发明所采用地层元素伽马能谱测量装置的布置示意图；图中：1-脉冲中子源，2-伽马探测器，3-地层，4-井眼
流体；
[0021] 图2为
砂岩地层(孔隙度10％和30％)，快中子减速长度Ls和热中子扩散长度Lt随地层含气饱和度Sg的变化关系；
[0022] 图3为不同地层条件下的非弹俘获计数比值R随地层含气饱和度的关系；
[0023] 图4为本发明X井应用示例图。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图和具体
实施例对本发明做进一步说明：
[0025] 本发明提供一种利用元素伽马能谱测井识别气层的方法，其选用一个脉冲中子源和一个伽马探测器，根据伽马探测器记录的非弹伽马计数与俘获伽马计数的比值确定地层含气饱和度，进行地层含气性评价。
[0026] 该方法具体包括以下步骤：
[0027] 步骤一、选用地层元素伽马能谱测量装置，如图1所示，该装置包括一个脉冲中子源1和一个伽马探测器2。
[0028] 步骤二、井下脉冲中子源发射的高能快中子与地层物质发生非弹性散射、辐射俘获作用产生非弹伽马射线、俘获伽马射线，并由伽马探测器接收记录。
[0029] 步骤三、利用蒙特卡罗数值模拟方法模拟得到不同孔隙度条件下的非弹伽马计数与俘获伽马计数比值与地层含气饱和度的响应关系，建立地层含气饱和度评价模型：
[0030] Sg＝(2145-176.6*φ+5.93*φ2-0.066*φ3)+(-2635+233.7*φ-7.85*φ2+0.0883
φ)*R
[0031] 式中R为非弹俘获比，即非弹伽马计数与俘获伽马计数的比值；φ为地层孔隙度(％)；Sg为地层含气饱和度(％)。
[0032] 步骤四、利用探测器探测到的非弹伽马计数、俘获伽马计数比值R结合地层孔隙度参数，完成地层含气饱和度评价。
[0033] 上述步骤中，所述伽马探测器与脉冲中子源的间距为60-70cm。
[0034] 上述步骤中，所述伽马探测器采用BGO晶体探测器。
[0035] 上述步骤中，所述脉冲中子源为D-T可控中子源，D-T可控中子源脉冲周期为400μs，一个脉冲周期内，0-40μs发射快中子，40-400μs快中子停止发射。
[0036] 下面结合原理推导及应用实例等对本发明做更进一步说明。
[0037] 根据中子扩散理论，假设源强S0的中子源向地层发射快中子，快中子与一个原子核发生非弹性散射放出的伽马射线强度为i，则单位时间内地层体积元dV在探测器处产生的非弹伽马射线强度为：
[0038]
[0039]
[0040] 式中Σin为非弹散射截面，φf为快中子的通量分布，μ为伽马射线的线性吸收系数，Ls为快中子的减速长度，r、X分别为体积元dV到中子源和探测器的距离。dCin为单位时间内地层体积元dV在探测器处产生的非弹伽马射线强度，通过积分得到非弹伽马强度Cin。
[0041] 同理热中子与原子核发生俘获反应产生的俘获伽马射线为：
[0042]
[0043] 式中i’为一个热中子与原子核发生俘获反应放出俘获伽马射线强度，Lt为热中子的扩散长度。
[0044] 因此探测器记录的非弹伽马计数与俘获伽马计数比值R为：
[0045]
[0046] 式中，比值R只与i、i’、快中子减速长度Ls以及热中子扩散长度Lt相关；其中，i和i'与地层中物质的核相关，考虑到i和i’在R中是以比值(i/i')形式存在的，两者随物质核的变化在一定程度上相互抵消，其影响相对Ls和Lt造成的影响可以忽略；因此，不考虑地层物质原子核与中子作用产生非弹和俘获伽马射线强度的比值(i/i')的影响。
[0047] 非弹俘获计数比值R主要受快中子减速长度Ls和热中子扩散长度Lt的影响，其主要取决于地层孔隙度和含气饱和度Sg。砂岩地层(孔隙度10％和30％)，快中子减速长度和热中子扩散长度随地层含气饱和度Sg的变化关系如图2所示，可以看出，当地层孔隙度一定时，快中子减速长度和热中子扩散长度均随地层含气饱和度的增加而增加，但快中子减速长度受含气饱和度的影响变化幅度更大。由于地层中产生的非弹、俘获伽马射线分布与快中子减速长度和热中子的扩散长度有关，不同含气饱和度Sg地层的非弹俘获计数比值R不同，故可利用同一探测器记录的非弹俘获伽马计数比值R来确定地层含气饱和度。
[0048] 图3为地层含气饱和度为0％、30％、50％、70％、100％，地层孔隙度由0％变化为40％时，不同地层条件下的非弹俘获计数比值R随地层含气饱和度的关系。可以看出，非弹和俘获伽马计数比R的变化能够反映地层含气饱和度的大小。当地层孔隙度一定时，非弹和俘获伽马计数均随着地层含气饱和度的增大而增大，计算得到的非弹俘获比R随着地层含气饱和度的增加呈线性减小，地层孔隙度越大，不同含气饱和度引起的R的差异越大。当地层含气饱和度一定时，非弹俘获比R随着地层孔隙度的增大而增大，且地层含气饱和度越小，非弹俘获比R的变化越剧烈。
[0049] 根据图3中不同孔隙度条件下的非弹俘获比R与地层含气饱和度的响应关系，建立地层含气饱和度评价模型，如下所示：
[0050] Sg＝(2145-176.6*φ+5.93*φ2-0.066*φ3)+(-2635+233.7*φ-7.85*φ2+0.088*φ3)*R
[0051] 式中R为非弹俘获比；φ为地层孔隙度(％)；Sg为地层含气饱和度(％)。
[0052] 由公式可得，地层含气饱和度Sg是非弹俘获比R和地层孔隙度φ的函数，利用探测器探测到的非弹、俘获伽马计数比值R结合地层孔隙度参数，能够完成地层含气饱和度评价。
[0053] 利用元素能谱测井仪器在
套管井中实际测量得到的非弹性散射伽马计数和俘获伽马计数，计算实测资料的非弹俘获比R，结合含气饱和度响应模型对实测数据进行含气饱和度评价，如图4所示，可以看出，当深度为5320～5327米时，
声波时差曲线出现周波跳跃，补偿密度曲线指示地层密度值降低，此时利用非弹伽马计数和俘获伽马计数计算得到非弹俘获比R，此时非弹俘获比R显示低值，结合含气饱和度响应模型求取该层的含气饱和度并对地层进行含气饱和度评价，得到该层为含气饱和度较高的地层；当深度为5327.5～5329米时，地层伽马值为高伽马，岩性显示该层全部为泥质，地层为泥岩层，此时非弹俘获比值相对于含气储层高很多，含气性评价显示地层不含气。
[0054] 当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，
本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
