隨鉆方位γ能譜測井探測特性的數值模擬研究

董 奪 吳文圣 岳文正 鄭 健 高 輝 黃祿剛 段軍亞

1（中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室 北京102249）

2（中國科學院地質與地球物理研究所 北京100029）

3（西安匯能電子設備有限責任公司 西安710065）

與隨鉆方位γ相比，隨鉆方位γ能譜除測量總計數率外還測量能譜，它不僅能提供方位γ成像圖、計算地層相對傾角［1-2］，還能計算KUTh含量、估算TOC含量，為地質導向提供更加全面、準確的信息，是隨鉆測井的重要測量項目。研究隨鉆方位γ能譜的儀器探測特性對于前期的儀器結構優選設計及后期的資料解釋都有重要意義。本文采用雙晶體（NaI）的儀器結構，并建立相應的MCNP（Monte Carlo N Particle Transport Code）模型，仿照感應測井中的幾何因子，研究儀器的探測特性。然后分別模擬研究井眼尺寸、泥漿密度、地層密度、天然放射性物質類型對儀器探測特性的影響。

1 儀器結構及MCNP計算模型

國內關于隨鉆方位γ能譜的文獻并不多，國外直到2000年以后才有相關研究文獻。2002年Mickael等［3］提出了采用三個NaI（Tl）晶體的隨鉆方位γ能譜測井儀SAGR（Spectral Azimuthal Gamma Ray Tool），并于2007年，給出了單晶體儀器及三晶體儀器的詳細結構［4］，如圖1（a）圖。2013年 Nye、Marsala、Maranuk等［5-8］介紹了SAGR在非常規油氣藏（頁巖油氣藏、煤層氣等）中的應用，所采用的儀器結構與Mickael相同。2015年Xu等［9-10］提出了儀器結構不同于Mickael的方案，如圖1（b）。

圖1 SAGR儀器結構Fig.1 The instrument structure of SAGR

本文儀器以Mickael的儀器結構為基礎，在保證儀器結構穩定的前提下，將探測器盡可能靠向鉆鋌的外邊緣，以減少地層和探測器之間γ的衰減，同時增大NaI晶體體積，以保證足夠的計數率［11］。在保證計數統計精確性高、成本節約的情況下，最終采用兩個晶體互成180°的儀器結構，相應的MCNP模型如圖2所示。……