脈沖中子密度測井儀特性的模擬研究

何振林 王登輝 陳 亮 熊 俊 宋曉東（中國核動力研究設計院，四川 成都 610213）

1 脈沖中子密度測井模型簡介

本文儀器結構如圖1 所示， 主要包括脈沖中子源、近伽馬探測器、遠伽馬探測器等。

圖1 脈沖中子密度蒙特卡洛模型

測井儀采用D-T 源作為中子源， 脈沖中子發射14MeV 的快中子。 近伽馬探測器為BGO 晶體[1]。 遠伽馬探測器BGO 晶體。 屏蔽體材料采用鎢鎳鐵。

2 測井儀器探測深度

對探測深度的研究仍然分近探測器和遠探測器，巖性仍然分灰巖和砂巖， 孔隙度分別取0.1%、30%和60%， 圖2 和圖3 為地層為灰巖和砂巖時近探測器的歸一化的計數率隨地層的徑向厚度變化的曲線圖。 從圖2 可以看出， 灰巖近探測器的探測深度相應分別為27 cm、31 cm 和42 cm，隨著孔隙度的增大探測深度逐漸減小。從圖3 可以看出，砂巖近探測器的探測深度相應分別為28 cm、32.5 cm 和44 cm， 同樣是隨著孔隙度的增大探測深度逐漸減小。 這是由于孔隙度越大，含氫量越高，對中子的減速能力越強，產生的伽馬射線強度越小，因此，在一定的源距處探測到的伽馬計數率就越低。

遠探測器的源距為53 cm，其他條件和近探測器相同。 從圖4 可以看出，灰巖遠探測器的探測深度分別為37.5 cm、42 cm、51 cm。 從圖5 可以看出，砂巖遠探測器的探測深度分別為36.5 cm、39 cm、54 cm。 它們遵循和近探測器一樣的規律，即孔隙度越大，含氫量越高，對中子的減速能力越強，產生的伽馬射線強度越小，因此，在一定的源距處探測到的伽馬計數率就越低。

圖2 灰巖近探測器計數率隨地層徑向厚度變化曲線圖

圖3 砂巖近探測器計數率隨地層徑向厚度變化曲線圖

在同種巖性下，遠探測器的探測深度較近探測器深， 伽馬射線經歷產生和輸運兩個過程， 在起始的一段距離內伽馬射線的產生強于伽馬射線的衰減，之后伽馬射線的衰減強于產生， 由于近探測器源距較小，因此，受伽馬射線產生的影響強于伽馬射線衰減對它的影響，對地層的厚度不夠敏感，遠探測器就不同，它受伽馬射線衰減的影響強于伽馬射線的產生，而伽馬射線衰減的距離比伽馬射線產生的距離遠，所以遠探測器對地層的厚度更加敏感，因此，探測深度也相應地更大[2-4]。

圖4 灰巖遠探測器計數率隨地層徑向厚度變化曲線圖

圖5 砂巖遠探測器計數率隨地層徑向厚度變化曲線圖

3 源距影響規律研究

源距是很重要的影響計數的因素，研究分灰巖和砂巖兩種巖性，孔隙度取0.1%和60%兩種情況，計數分非彈性散射伽馬、俘獲伽馬兩種。非彈性散射伽馬、俘獲伽馬隨源距的變化規律如圖6 和圖7 所示。

可以看出，隨著源距的增大，不論巖性、孔隙度如何，非彈性散射伽馬計數俘獲伽馬計數以及總計數隨源距增大都按指數規律下降， 但是下降的規律和巖性，孔隙度有關。

圖6 非彈性散射伽馬計數隨源距的變化曲線圖

圖7 俘獲伽馬計數隨源距的變化曲線圖

4 結語

本文研究了脈沖中子密度測井的探測深度及源距對非彈性散射伽馬、俘獲的影響規律，發現隨著源距的增大，非彈性散射伽馬計數，俘獲伽馬計數，總計數均按指數規律下降，但是巖性，孔隙度不同下降規律也不同。