脉冲中子密度测井仪特性的模拟研究

何振林 王登辉 陈 亮 熊 俊 宋晓东（中国核动力研究设计院，四川 成都 610213）

1 脉冲中子密度测井模型简介

本文仪器结构如图1 所示， 主要包括脉冲中子源、近伽马探测器、远伽马探测器等。

图1 脉冲中子密度蒙特卡洛模型

测井仪采用D-T 源作为中子源， 脉冲中子发射14MeV 的快中子。 近伽马探测器为BGO 晶体[1]。 远伽马探测器BGO 晶体。 屏蔽体材料采用钨镍铁。

2 测井仪器探测深度

对探测深度的研究仍然分近探测器和远探测器，岩性仍然分灰岩和砂岩， 孔隙度分别取0.1%、30%和60%， 图2 和图3 为地层为灰岩和砂岩时近探测器的归一化的计数率随地层的径向厚度变化的曲线图。 从图2 可以看出， 灰岩近探测器的探测深度相应分别为27 cm、31 cm 和42 cm，随着孔隙度的增大探测深度逐渐减小。从图3 可以看出，砂岩近探测器的探测深度相应分别为28 cm、32.5 cm 和44 cm， 同样是随着孔隙度的增大探测深度逐渐减小。 这是由于孔隙度越大，含氢量越高，对中子的减速能力越强，产生的伽马射线强度越小，因此，在一定的源距处探测到的伽马计数率就越低。

远探测器的源距为53 cm，其他条件和近探测器相同。 从图4 可以看出，灰岩远探测器的探测深度分别为37.5 cm、42 cm、51 cm。 从图5 可以看出，砂岩远探测器的探测深度分别为36.5 cm、39 cm、54 cm。 它们遵循和近探测器一样的规律，即孔隙度越大，含氢量越高，对中子的减速能力越强，产生的伽马射线强度越小，因此，在一定的源距处探测到的伽马计数率就越低。

图2 灰岩近探测器计数率随地层径向厚度变化曲线图

图3 砂岩近探测器计数率随地层径向厚度变化曲线图

在同种岩性下，远探测器的探测深度较近探测器深， 伽马射线经历产生和输运两个过程， 在起始的一段距离内伽马射线的产生强于伽马射线的衰减，之后伽马射线的衰减强于产生， 由于近探测器源距较小，因此，受伽马射线产生的影响强于伽马射线衰减对它的影响，对地层的厚度不够敏感，远探测器就不同，它受伽马射线衰减的影响强于伽马射线的产生，而伽马射线衰减的距离比伽马射线产生的距离远，所以远探测器对地层的厚度更加敏感，因此，探测深度也相应地更大[2-4]。

图4 灰岩远探测器计数率随地层径向厚度变化曲线图

图5 砂岩远探测器计数率随地层径向厚度变化曲线图

3 源距影响规律研究

源距是很重要的影响计数的因素，研究分灰岩和砂岩两种岩性，孔隙度取0.1%和60%两种情况，计数分非弹性散射伽马、俘获伽马两种。非弹性散射伽马、俘获伽马随源距的变化规律如图6 和图7 所示。

可以看出，随着源距的增大，不论岩性、孔隙度如何，非弹性散射伽马计数俘获伽马计数以及总计数随源距增大都按指数规律下降， 但是下降的规律和岩性，孔隙度有关。

图6 非弹性散射伽马计数随源距的变化曲线图

图7 俘获伽马计数随源距的变化曲线图

4 结语

本文研究了脉冲中子密度测井的探测深度及源距对非弹性散射伽马、俘获的影响规律，发现随着源距的增大，非弹性散射伽马计数，俘获伽马计数，总计数均按指数规律下降，但是岩性，孔隙度不同下降规律也不同。