補(bǔ)償密度測(cè)井儀器刻度原理及應(yīng)用

李健飛，郝桂青

中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，北京 101149

0 引言

地層密度對(duì)于地層評(píng)價(jià)是一個(gè)非常有用和具有特征的參數(shù)，密度測(cè)井在石油勘探中具有非常重要的意義， 是必不可少的一種測(cè)井方法。密度測(cè)井的主要用途是判斷巖性和求孔隙度， 和其他測(cè)井資料結(jié)合起來(lái)， 對(duì)地層的含油情況做出正確的評(píng)價(jià)，它還應(yīng)用于地層壓力預(yù)測(cè)和地震地層學(xué)的研究方面。了解其技術(shù)原理、掌握刻度方法，對(duì)儀器的正確使用是非常重要的。

1 補(bǔ)償密度測(cè)井儀的工作原理

補(bǔ)償密度測(cè)井儀的基本結(jié)構(gòu)都是由推靠器、探頭、電路組成。儀器的放射源和探測(cè)器裝在探頭上， 在測(cè)井時(shí)， 在推靠器的作用下， 探頭緊靠井壁， 放射源向地層發(fā)射伽馬射線(xiàn)，密度測(cè)井儀選用的是Cs137源， 它發(fā)射的伽馬射線(xiàn)能量為0.662MeV ，這些射線(xiàn)和地層物質(zhì)發(fā)生康普頓散射，被散射的伽馬射線(xiàn)被探測(cè)器記錄。記錄值經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臉?biāo)定， 根據(jù)探測(cè)器的讀數(shù)就可以確定地層的密度值。

為了補(bǔ)償泥餅對(duì)讀數(shù)的影響，探頭中設(shè)置了長(zhǎng)、短探測(cè)器，為了避免泥漿對(duì)讀數(shù)的影響，探頭部分由推靠器推向井壁。在短源距的探測(cè)器上貼有鎘片，用于過(guò)濾低能伽馬射線(xiàn)，使肋線(xiàn)的直線(xiàn)性更好。探頭內(nèi)的屏蔽體是為了避免接收來(lái)的來(lái)自源的直接伽馬射線(xiàn)和來(lái)自背面泥漿柱散射的伽馬射線(xiàn)。

2 補(bǔ)償密度測(cè)井儀刻度的原理

在密度測(cè)井儀中，對(duì)于選定的Cs137 放射源，光子和地層的相互作用中康普頓占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，當(dāng)源強(qiáng)和源距選定后，地層的密度越大，探測(cè)器接收的伽馬射線(xiàn)越少，計(jì)數(shù)率就越小。地層的密度越小，探測(cè)器接收的伽馬射線(xiàn)越多，計(jì)數(shù)率就越大。

在實(shí)際測(cè)井中，由于井壁不規(guī)則和推靠等因素，儀器測(cè)得的密度值（稱(chēng)為視密度）ρa(bǔ)，不僅與地層密度ρb有關(guān)，而且還與泥餅的厚度和密度及平均原子序數(shù)有關(guān)， 所以為了消除泥餅的影響，使用雙源距補(bǔ)償?shù)霓k法來(lái)求得地層密度。使用雙源距補(bǔ)償?shù)霓k法，可以由長(zhǎng)、短源距的計(jì)數(shù)率直接給出地層的密度值，而不用考慮泥餅的影響。

根據(jù)康普頓效應(yīng)原理，可以得出雙源距密度測(cè)井的補(bǔ)償方程：

在式（1）中RL為長(zhǎng)源距；L，S分別為長(zhǎng)短源距計(jì)數(shù)值；α，β分別為脊角和肋角。幾種補(bǔ)償密度儀器的工作原理基本相同，下面就以2218密度儀刻度為例來(lái)說(shuō)明其刻度過(guò)程。

3 補(bǔ)償密度測(cè)井儀的刻度方法及常見(jiàn)問(wèn)題

3.1 補(bǔ)償密度測(cè)井儀的刻度方法

幾種補(bǔ)償密度儀器的工作原理基本相同，下面就以2218密度儀刻度為例來(lái)說(shuō)明其刻度方法。

刻度第一步：用鎂塊刻度。令ρ=ρ1，Δρ=0。其中ρ1=ρmg=2.2。由補(bǔ)償方程（1）可得ρ1=（T-lnL1），（T-lnL1）-tgα（T-lnS1）=0。

刻度第二步：用鋁塊刻度。令ρ=ρ2，Δρ=0。其中ρ2=ρa(bǔ)l=2.8。

上述兩點(diǎn)刻度后，就可在脊肋圖中確定脊線(xiàn)和脊角。

刻度第三步：用反鎂塊刻度。 令ρ=ρ3，Δρ =0.2。其中ρ3=ρ反mg=2.48。由補(bǔ)償方程（1）可得

由上式（2）、（3）、（4）可得 ：

由第三步得出的（5）式和（7）式，可確定肋線(xiàn)、肋角，如下圖1所示：

令ΔL=lnL1-lnL2，則有eΔL =L1/L2，L1/L2即為刻度摘要中長(zhǎng)短源距鎂鋁計(jì)數(shù)之比值。若在某種情況下，刻度出儀器的長(zhǎng)源距正常而短源距鎂鋁比值偏小，則對(duì)應(yīng)于脊線(xiàn)II的情況，這時(shí)計(jì)數(shù)S1，S2分別變?yōu)镾1′，S2′。由圖中可以看出ln S1′-ln S2′=ln（S1′/ S2′）〈ln（S1/S2），脊線(xiàn)II的脊角則大于脊線(xiàn)I的脊角。

對(duì)其它密度儀器，其工作原理基本相同，刻度時(shí)比如2227和2228等都是四點(diǎn)刻度，但其刻度原理都基本類(lèi)似。

圖1 脊肋圖

3.2 補(bǔ)償密度測(cè)井儀刻度時(shí)的常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法

在維修保養(yǎng)密度儀器時(shí)，長(zhǎng)短源距信號(hào)必須調(diào)節(jié)到符合要求?？墒怯捎谑静ㄆ?，探針或經(jīng)驗(yàn)等問(wèn)題造成了密度信號(hào)的偏差從而導(dǎo)致在刻度密度儀器時(shí)，刻度值超出允許范圍。

理解了上述刻度原理，我們就可以很快發(fā)現(xiàn)原因并找到對(duì)策。假如某支儀器刻度時(shí)如上所述，長(zhǎng)源距正常，短源距比值偏低。短源距比值偏低說(shuō)明ln（S1/S2）偏低，脊角增大，則S1，S2計(jì)數(shù)都偏低。發(fā)生這種情況有下面幾種原因：一是探測(cè)電路門(mén)檻過(guò)高；二是探測(cè)器性能降低；三是高壓偏低。要解決上述問(wèn)題就只需從上述三個(gè)方面入手，檢查哪一項(xiàng)不符合要求，或調(diào)低門(mén)檻值或更換探測(cè)器或使高壓正常，從而解決問(wèn)題。如果在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢查上述三項(xiàng)都正常，可儀器短源距比值仍然偏低，那就會(huì)判斷出短源距的探測(cè)器的位置不準(zhǔn)確，要重新調(diào)節(jié)，因?yàn)?tgα=RL/RS，若RS偏小，就會(huì)使α變大，造成上述結(jié)果。同理，長(zhǎng)源距比值超范圍，解決思路與上述基本相同。

4 結(jié)論

深刻理解了密度儀器的刻度原理，我們就能對(duì)密度儀器刻度中出現(xiàn)的問(wèn)題比如刻度偏大或偏小等做到心中有數(shù)，對(duì)于發(fā)生問(wèn)題的原因才能夠迅速做出判斷，對(duì)癥下藥，對(duì)相關(guān)的電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而快速解決問(wèn)題，大大提高了工作效率。

[1]胡澍.地球物理測(cè)井儀器[M].北京：石油工業(yè)出版社，1990.

[2]張利光.補(bǔ)償密度測(cè)井儀的刻度及適用條件[J].核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2003(5).

[3]BAKER ATLAS. Documentation of Montrose Training Centreof BAKER ATLAS. 1992.