自然伽玛测井及其影响因素的Monte Carlo模拟
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摘要
自然伽玛测井(Gamma Ray Logging)利用伽玛辐射场,通过测量地层中天然放射性元素的自发衰变产生的伽玛射线来实现测井目的测井技术。自然伽玛测井主要应用于放射性矿床、常规金属、非金属矿床勘探,地层对比、岩性划分、分析古地理环境等目的,在测井曲线校深以及射孔校深中具有不可替代的作用。井中伽玛场理论以及钻孔介质条件是实现自然伽玛测井的基础,测井解译的准确度取决于多种因素的影响,如放射性平衡、工作参数、氡的沉积物以及放射性水、热水、地层中元素的差异性以及井参数的影响,测井数据的解译前必须进行一系列的校正。
本文在调研了大量文献的基础上,推导了井中伽玛场多参数的照射量率理论公式,分析了各因素对测井曲线影响的机理,并利用MCNP5计算机数值模拟软件重点对地层因素、井参数进行了重点的探讨。取得如下的结论:
(1).本文基于自然伽玛测井理论第一类公式,推导了地层、井液、套管、水泥环的存在对伽玛射线照射量率影响的理论公式,首次将地层、井液、套管、水泥环统一起来加以考虑,并分析了各自对自然伽玛测井影响的机理。
(2).地层因素对自然伽玛测井的影响主要体现在地层中所含元素的差异性以及地层厚度对进入核测井仪探测器粒子数量以及能量的影响。对某一特定地层而言,其元素以及元素含量是一定的,影响自然伽玛测井的主要因素为地层的厚度。对不同岩性(沉积岩、岩浆岩)不同厚度(10～55cm)的矿层进行分析得出,岩性厚度对自然伽玛测井的影响是巨大的,必须加以考虑。
(3).对于水泥环来说,特定的钻孔地质条件决定了其水泥环施工方案,也即水泥环中的元素以及元素含量的确定性,此时水泥环的厚度对自然伽玛测井的影响必须加以考虑。本文参考了API G级水泥环化学成份,建立了MCNP5模型。分析了厚度范围0.5～2.5cm的水泥环对伽玛测井的影响,制作出校正图版并得出水泥环的影响程度最高可达3.5%。
(4).对于套管来说,钻孔条件决定套管的型号和类型,也即套管的元素含量和外径。此时影响自然伽玛测井的唯一因素便是套管的壁厚,本文参考了中石化胜利油田公司生产的“Φ95侧钻专用套管”参数,选择了套管外径95mm,壁厚1-8mm的不同套管,利用MCNP5程序加以分析并制作出校正图版,得出该系列套管壁对自然伽玛测井的影响最多可达16%,理论上套管厚度达到77.89mm时候达到“半厚度”。
(5).决定井液的施工方案也即钻孔的地质条件,某一特定的钻孔必定其施工井液的组成以及井液各组成元素含量是确定的。此时必须加以考虑的就是井液的密度,本文参考了临澧白土坡钙基膨润土为主成分的油气田井液,设计了密度范围1～2g/cm3的不同密度井液,研究了其对自然伽玛测井的影响程度,并制作了纠正图版,依据图板得出井液密度对自然伽玛测井的影响可达7%。
(6).本文为基础理论研究,提出了一种较好的解决自然伽玛测井地层、井参数影响的校正思路和方法。针对所参考的井介质,制作的校正图版可以直接应用于钾盐矿床勘探、间接应用于其他核测井技术的科研、生产任务中。借鉴本文的方法、思路展开相应核测井工作,势必取得良好的效果。
Gamma ray logging, which is based on gamma ray radiation field uses natural radioactivity of natural radioelement in stratum to accomplish the aim of logging. Gamma ray logging can be widely apply in radioactive deposit and other mineral deposits’survery, stratigraphic correlation, lithostratigraphic classification, ancient geographic environment analysis and so on. Gamma ray logging has an irreplaceable place in depth emendation of borehole log and perforation.
The theory of bore gamma ray radiation field and medium conditions are the basement of gamma ray logging. There are many factors effects on it, such as radioactive equilibrium, working parameter, sediments of radon and it’s radioactive decay products, radioactive water, hot water, difference of elements in stratum and bore parameters. All the factors must be emendated before interpretation.
This paper on the basis of lots of documents, deduced the bore multiparameter exposure rate theoretical formula of gamma ray radiation field, worked out the causation of all the factors on the borehole log, taked advantage of MCNP5 programme to analyse all the factors and got conclusions as following:
1.Deduced the first series of gamma ray logging theoretical formula, related to stratum , well fluids, casing, cement sheath and worked out the causation of all the factors.
2. Stratum factor effects the gamma ray logging mainly on the difference of elements and thickness of the stratum. To some certain stratum whose elements are fixed , thickness of the stratum is the only factors.
3. To cement sheath, a certain bore circumstance make the cement sheath construction plan, that is the elements and content of cement sheath. The thickness of cement sheath must be take into consideration. In this paper make reference to API G class cement sheath and elements compose. Analysed the content range of 0.5～2.5cm thickness to make an emendation board and the thickness’effects up to 3.5%.
4.The bore circumstance decide the type and size of the casing ,that is the elements compose and external diameter. So the only factor effects the gamma ray logging is the thickness of the casing. This paper took the 39Mn2V fld casing and the casing’s external diameter is 177.8mm, made a MCNP5 model to make an emendation board and the board shows the thickness of 39Mn2V’effects up to 6%.
5.The bore circumstance decide the type and size of the well fluids ,that is the elements compose . So the only factor effects the gamma ray logging is the density of the well fluids . This paper analysed a type of deposit which is mainly come from Bai tu-po bentonite deposit, Li-lin and the well fluids’density range from 1～2g/cm3 and made a MCNP5 model to make a emendation board and the board shows the density of well fluids’effects up to 7%.
本文在调研了大量文献的基础上,推导了井中伽玛场多参数的照射量率理论公式,分析了各因素对测井曲线影响的机理,并利用MCNP5计算机数值模拟软件重点对地层因素、井参数进行了重点的探讨。取得如下的结论:
(1).本文基于自然伽玛测井理论第一类公式,推导了地层、井液、套管、水泥环的存在对伽玛射线照射量率影响的理论公式,首次将地层、井液、套管、水泥环统一起来加以考虑,并分析了各自对自然伽玛测井影响的机理。
(2).地层因素对自然伽玛测井的影响主要体现在地层中所含元素的差异性以及地层厚度对进入核测井仪探测器粒子数量以及能量的影响。对某一特定地层而言,其元素以及元素含量是一定的,影响自然伽玛测井的主要因素为地层的厚度。对不同岩性(沉积岩、岩浆岩)不同厚度(10～55cm)的矿层进行分析得出,岩性厚度对自然伽玛测井的影响是巨大的,必须加以考虑。
(3).对于水泥环来说,特定的钻孔地质条件决定了其水泥环施工方案,也即水泥环中的元素以及元素含量的确定性,此时水泥环的厚度对自然伽玛测井的影响必须加以考虑。本文参考了API G级水泥环化学成份,建立了MCNP5模型。分析了厚度范围0.5～2.5cm的水泥环对伽玛测井的影响,制作出校正图版并得出水泥环的影响程度最高可达3.5%。
(4).对于套管来说,钻孔条件决定套管的型号和类型,也即套管的元素含量和外径。此时影响自然伽玛测井的唯一因素便是套管的壁厚,本文参考了中石化胜利油田公司生产的“Φ95侧钻专用套管”参数,选择了套管外径95mm,壁厚1-8mm的不同套管,利用MCNP5程序加以分析并制作出校正图版,得出该系列套管壁对自然伽玛测井的影响最多可达16%,理论上套管厚度达到77.89mm时候达到“半厚度”。
(5).决定井液的施工方案也即钻孔的地质条件,某一特定的钻孔必定其施工井液的组成以及井液各组成元素含量是确定的。此时必须加以考虑的就是井液的密度,本文参考了临澧白土坡钙基膨润土为主成分的油气田井液,设计了密度范围1～2g/cm3的不同密度井液,研究了其对自然伽玛测井的影响程度,并制作了纠正图版,依据图板得出井液密度对自然伽玛测井的影响可达7%。
(6).本文为基础理论研究,提出了一种较好的解决自然伽玛测井地层、井参数影响的校正思路和方法。针对所参考的井介质,制作的校正图版可以直接应用于钾盐矿床勘探、间接应用于其他核测井技术的科研、生产任务中。借鉴本文的方法、思路展开相应核测井工作,势必取得良好的效果。
Gamma ray logging, which is based on gamma ray radiation field uses natural radioactivity of natural radioelement in stratum to accomplish the aim of logging. Gamma ray logging can be widely apply in radioactive deposit and other mineral deposits’survery, stratigraphic correlation, lithostratigraphic classification, ancient geographic environment analysis and so on. Gamma ray logging has an irreplaceable place in depth emendation of borehole log and perforation.
The theory of bore gamma ray radiation field and medium conditions are the basement of gamma ray logging. There are many factors effects on it, such as radioactive equilibrium, working parameter, sediments of radon and it’s radioactive decay products, radioactive water, hot water, difference of elements in stratum and bore parameters. All the factors must be emendated before interpretation.
This paper on the basis of lots of documents, deduced the bore multiparameter exposure rate theoretical formula of gamma ray radiation field, worked out the causation of all the factors on the borehole log, taked advantage of MCNP5 programme to analyse all the factors and got conclusions as following:
1.Deduced the first series of gamma ray logging theoretical formula, related to stratum , well fluids, casing, cement sheath and worked out the causation of all the factors.
2. Stratum factor effects the gamma ray logging mainly on the difference of elements and thickness of the stratum. To some certain stratum whose elements are fixed , thickness of the stratum is the only factors.
3. To cement sheath, a certain bore circumstance make the cement sheath construction plan, that is the elements and content of cement sheath. The thickness of cement sheath must be take into consideration. In this paper make reference to API G class cement sheath and elements compose. Analysed the content range of 0.5～2.5cm thickness to make an emendation board and the thickness’effects up to 3.5%.
4.The bore circumstance decide the type and size of the casing ,that is the elements compose and external diameter. So the only factor effects the gamma ray logging is the thickness of the casing. This paper took the 39Mn2V fld casing and the casing’s external diameter is 177.8mm, made a MCNP5 model to make an emendation board and the board shows the thickness of 39Mn2V’effects up to 6%.
5.The bore circumstance decide the type and size of the well fluids ,that is the elements compose . So the only factor effects the gamma ray logging is the density of the well fluids . This paper analysed a type of deposit which is mainly come from Bai tu-po bentonite deposit, Li-lin and the well fluids’density range from 1～2g/cm3 and made a MCNP5 model to make a emendation board and the board shows the density of well fluids’effects up to 7%.
引文
[1]彭琥.20世纪90年代核测井进展[J] .测井技术. 2001,25(1):5-13.
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[3]章晔等.X射线荧光探矿技术[M].北京:地质出版社,1984.
[4]周四春.核测井原理及应用[M].成都:成都理工大学,2008.
[5]黄隆基.放射性测井原理[M].北京:石油工业出版社,1985
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