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      隨鉆方位γ能譜測(cè)井探測(cè)特性的數(shù)值模擬研究

      2020-01-17 03:43:04吳文圣岳文正黃祿剛段軍亞
      核技術(shù) 2020年1期
      關(guān)鍵詞:計(jì)數(shù)率井眼方位

      董 奪 吳文圣 岳文正 鄭 健 高 輝 黃祿剛 段軍亞

      1(中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京102249)

      2(中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 北京100029)

      3(西安匯能電子設(shè)備有限責(zé)任公司 西安710065)

      與隨鉆方位γ相比,隨鉆方位γ能譜除測(cè)量總計(jì)數(shù)率外還測(cè)量能譜,它不僅能提供方位γ成像圖、計(jì)算地層相對(duì)傾角[1-2],還能計(jì)算KUTh含量、估算TOC含量,為地質(zhì)導(dǎo)向提供更加全面、準(zhǔn)確的信息,是隨鉆測(cè)井的重要測(cè)量項(xiàng)目。研究隨鉆方位γ能譜的儀器探測(cè)特性對(duì)于前期的儀器結(jié)構(gòu)優(yōu)選設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu),并建立相應(yīng)的MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)模型,仿照感應(yīng)測(cè)井中的幾何因子,研究?jī)x器的探測(cè)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(zhì)類(lèi)型對(duì)儀器探測(cè)特性的影響。

      1 儀器結(jié)構(gòu)及MCNP計(jì)算模型

      國(guó)內(nèi)關(guān)于隨鉆方位γ能譜的文獻(xiàn)并不多,國(guó)外直到2000年以后才有相關(guān)研究文獻(xiàn)。2002年Mickael等[3]提出了采用三個(gè)NaI(Tl)晶體的隨鉆方位γ能譜測(cè)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(xì)結(jié)構(gòu)[4],如圖1(a)圖。2013年 Nye、Marsala、Maranuk等[5-8]介紹了SAGR在非常規(guī)油氣藏(頁(yè)巖油氣藏、煤層氣等)中的應(yīng)用,所采用的儀器結(jié)構(gòu)與Mickael相同。2015年Xu等[9-10]提出了儀器結(jié)構(gòu)不同于Mickael的方案,如圖1(b)。

      圖1 SAGR儀器結(jié)構(gòu)Fig.1 The instrument structure of SAGR

      本文儀器以Mickael的儀器結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),在保證儀器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下,將探測(cè)器盡可能靠向鉆鋌的外邊緣,以減少地層和探測(cè)器之間γ的衰減,同時(shí)增大NaI晶體體積,以保證足夠的計(jì)數(shù)率[11]。在保證計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)精確性高、成本節(jié)約的情況下,最終采用兩個(gè)晶體互成180°的儀器結(jié)構(gòu),相應(yīng)的MCNP模型如圖2所示。

      圖2 儀器的MCNP模型Fig.2 The MCNP model of SAGR instrument

      MCNP模型參數(shù):1代表鉆鋌5和地層6之間的井眼間隙ΔR;2是泥漿通道;3和30是兩個(gè)互成180°的NaI晶體。模型外半徑60.44 cm,模型高200 cm,井眼間隙ΔR=5 cm,地層6為泥質(zhì)砂巖(40%泥質(zhì)+10%H2O+50%SiO2,2.06 g·cm-3,其中 40% 泥質(zhì)=16%高嶺石+16%蒙脫石+1%U+1%Th+6%K,%代表質(zhì)量百分比),上述參數(shù)都可根據(jù)研究?jī)?nèi)容調(diào)整,且以下模擬研究只對(duì)晶體3計(jì)數(shù)。

      2 儀器探測(cè)特性的MCNP模擬

      仿照感應(yīng)測(cè)井中的幾何因子,采用MCNP方法模擬儀器的徑向、縱向、方位積分幾何因子來(lái)研究?jī)x器的探測(cè)特性。

      2.1 徑向積分幾何因子

      圖3是研究徑向積分幾何因子的建模示意圖。其中圓環(huán)柱體代表放射性地層,R代表放射性地層外柱面到井壁的徑向距離,模擬時(shí)從0~45 cm改變R,并記錄晶體3的計(jì)數(shù),歸一化后得到徑向積分幾何因子GR,如圖4所示。

      將GR=0.9處對(duì)應(yīng)的R稱(chēng)為徑向探測(cè)深度,一般來(lái)講,探測(cè)深度越深,原狀地層的貢獻(xiàn)占比越大,對(duì)測(cè)井解釋越有利。由圖4得,該模擬條件下的儀器探測(cè)深度為19.5 cm。

      圖3 徑向積分幾何因子建模Fig.3 Schematic diagram of radial integral geometry factor modeling

      圖4 徑向積分幾何因子模擬結(jié)果Fig.4 Simulation results of radial integral geometry factor

      2.2 縱向積分幾何因子

      圖5 是研究縱向積分幾何因子的建模示意圖,其中圓環(huán)柱體代表放射性地層(關(guān)于z=0平面對(duì)稱(chēng)),H代表放射性圓環(huán)柱體的厚度,模擬時(shí)從0~90 cm改變H,并記錄晶體3的計(jì)數(shù),歸一化后得到縱向積分幾何因子GH,如圖6所示。

      圖5 縱向積分幾何因子建模Fig.5 Schematic diagram of longitudinal integral geometric factor modeling

      將GH=0.8時(shí)對(duì)應(yīng)的H稱(chēng)之為縱向分辨厚度,縱向分辨厚度越小,縱向分辨能力越高,即縱向分辨率越高。由圖6知,該模擬條件下的縱向分辨厚度為24 cm。

      圖6 縱向積分幾何因子模擬結(jié)果Fig.6 Simulation results of longitudinal integral geometric factor

      2.3 方位積分幾何因子

      圖7 是研究方位積分幾何因子的建模示意圖,其中扇環(huán)柱體代表放射性地層(關(guān)于x=0平面對(duì)稱(chēng)),A代表放射性扇環(huán)柱體的圓心夾角,模擬時(shí)改變A(在圖7中,當(dāng)A的增量為ΔA時(shí),y軸上半部分、下半部分源對(duì)應(yīng)的圓心角增量均為0.5×ΔA),A的取值范圍為0~360°,并記錄晶體3的計(jì)數(shù),歸一化后得到方位積分幾何因子GA,如圖8所示。

      圖7 方位積分幾何因子建模Fig.7 Schematic diagram of azimuth integral geometry factor modeling

      圖8 方位積分幾何因子模擬結(jié)果Fig.8 Simulation results of azimuth integral geometry factor

      綜合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),儀器方位分辨率通常用兩種方法表征:1)將方位積分幾何因子取0.8時(shí)所對(duì)應(yīng)的角度稱(chēng)為方位角度探測(cè)范圍,并利用該角度范圍表征方位分辨率,角度探測(cè)范圍越大,方位分辨率越低,兩者成反比關(guān)系。由圖8得,GA=0.8時(shí)方位角度探測(cè)范圍為70°;2)用某方位角度范圍(將井周地層均勻劃分為16扇區(qū)時(shí)每一扇區(qū)對(duì)應(yīng)22.5°、8扇區(qū)對(duì)應(yīng)45°、4扇區(qū)對(duì)應(yīng)90°)所對(duì)應(yīng)的方位積分幾何因子值表征方位分辨率,其代表該角度范圍下的放射性地層計(jì)數(shù)率占360°放射性地層計(jì)數(shù)率的百分比,該值越大,方位分辨率越高,兩者成正比關(guān)系。

      3 探測(cè)特性的影響因素分析

      按照上述思路,模擬不同井眼尺寸、泥漿密度、地層密度、天然放射性物質(zhì)類(lèi)型下的徑向、縱向、方位積分幾何因子,并分析這些因素對(duì)儀器探測(cè)特性的影響。

      3.1 井眼尺寸

      其他條件保持不變,增大井眼尺寸(增大井眼間隙),模擬不同井眼尺寸下的徑向、縱向、方位積分幾何因子,結(jié)果如下。

      3.1.1 徑向探測(cè)特性

      圖9 不同井眼尺寸下的徑向探測(cè)特性Fig.9 Radial detection characteristics at different wellbore sizes

      不同井眼尺寸下的徑向積分幾何因子模擬結(jié)果如圖9所示,可以看出井眼尺寸對(duì)儀器方位探測(cè)特性的影響比較大。徑向積分幾何因子取0.9時(shí),對(duì)應(yīng)的徑向探測(cè)深度R(從井壁處算起,詳見(jiàn)圖3定義)隨井眼尺寸的增大而增大。

      隨著徑向深度的增加,徑向積分幾何因子之所以趨于穩(wěn)定是因?yàn)椋瑥较蛏疃仍缴畹姆派湫缘貙悠洚a(chǎn)生的γ射線被探測(cè)器接收到的越少(因?yàn)閺较蛏疃仍缴?,衰減距離越長(zhǎng)),直至到達(dá)探測(cè)器時(shí)剛好全部被井眼和地層吸收,假設(shè)此時(shí)R=R0,這表示R0處放射性地層所產(chǎn)生的γ射線對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)剛好為零,R>R0處的地層所產(chǎn)生的γ射線還沒(méi)到達(dá)探測(cè)器就被衰減完了,對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)為零,使得R>R0時(shí)積分幾何因子穩(wěn)定不變。

      影響探測(cè)器γ計(jì)數(shù)率的因素有兩個(gè):放射性地層產(chǎn)生γ射線的過(guò)程(對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)產(chǎn)生正貢獻(xiàn))、井眼及地層對(duì)γ射線的衰減過(guò)程(對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)產(chǎn)生負(fù)貢獻(xiàn))。

      假設(shè)井眼半徑增大后R0保持不變,此時(shí)地層衰減不變,井眼半徑增大會(huì)導(dǎo)致井眼衰減增強(qiáng)(負(fù)貢獻(xiàn)),但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致放射性地層體積增大,進(jìn)而源強(qiáng)增加(正貢獻(xiàn)),又因井眼衰減變化相對(duì)源強(qiáng)變化小,最終導(dǎo)致R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為正貢獻(xiàn),即R0處地層產(chǎn)生的γ射線在探測(cè)器處還沒(méi)有衰減完。根據(jù)R0的定義,此時(shí)應(yīng)通過(guò)增大R0引入更多地層衰減、引入負(fù)貢獻(xiàn)(這是因?yàn)镽0增大引起的地層源強(qiáng)增大不如地層衰減的增強(qiáng)),以保持R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零。所以,井眼半徑增大導(dǎo)致徑向探測(cè)深度增大。

      3.1.2 縱向探測(cè)特性

      不同井眼尺寸下的縱向積分幾何因子模擬結(jié)果如圖10所示,可以看出井眼尺寸對(duì)儀器縱向探測(cè)特性的影響較大??v向積分幾何因子取0.8時(shí),對(duì)應(yīng)的縱向分辨厚度隨井眼尺寸的增大而增大,即井眼尺寸越大,縱向分辨能力越低。

      仿照徑向積分幾何因子,縱向積分幾何因子也有類(lèi)似的定義H0,|Z|=H0/2處地層所產(chǎn)生的γ射線對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)剛好為零,|Z|>H0/2處的地層所產(chǎn)生的γ射線還沒(méi)到達(dá)探測(cè)器就被衰減完了,對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)為零,使得H>H0時(shí)積分幾何因子穩(wěn)定不變。

      假設(shè)井眼半徑增大后H0保持不變,仿照徑向幾何因子的分析得知,探測(cè)范圍內(nèi)整體表現(xiàn)為源強(qiáng)增加、衰減變?nèi)酰ㄕ暙I(xiàn))。根據(jù)H0的定義,此時(shí)應(yīng)通過(guò)增大H0引入地層衰減、引入負(fù)貢獻(xiàn)(這是因?yàn)镠0增大引起的地層源強(qiáng)增大不如地層衰減的增強(qiáng)),以保持|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零。所以,井眼半徑增大導(dǎo)致縱向分辨厚度增大。

      圖10 不同井眼尺寸下的縱向探測(cè)特性Fig.10 Longitudinal detection characteristics at different wellbore sizes

      3.1.3 方位探測(cè)特性

      不同井眼尺寸下的方位積分幾何因子模擬結(jié)果如圖11所示,可以看出井眼尺寸對(duì)儀器方位探測(cè)特性有一定影響。方位積分幾何因子取0.8時(shí),對(duì)應(yīng)的角度探測(cè)范圍隨井眼尺寸的增大而增大,如圖12所示;當(dāng)方位角度探測(cè)范圍為22.5°、45°、90°時(shí),對(duì)應(yīng)的方位積分幾何因子均隨井眼尺寸的增加而降低,即井眼尺寸越大方位分辨率能力越低。

      圖11 不同井眼尺寸下的方位積分幾何因子Fig.11 Azimuth integral geometry factor vs.azimuth angle at different wellbore sizes

      仿照徑向積分幾何因子,方位積分幾何因子也有類(lèi)似的定義A0,|α|=A0/2處的地層所產(chǎn)生的γ射線對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)剛好為零(α定義見(jiàn)圖7),|α|>A0/2的地層所產(chǎn)生的γ射線還沒(méi)到達(dá)探測(cè)器就被衰減完了,對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)為零,使得A>A0時(shí)積分幾何因子穩(wěn)定不變。

      假設(shè)井眼半徑增大后A0保持不變,仿照徑向幾何因子的分析得知,探測(cè)范圍內(nèi)整體表現(xiàn)為源強(qiáng)增加、衰減變?nèi)酰ㄕ暙I(xiàn))。根據(jù)A0的定義,此時(shí)應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)增大A0引入地層衰減、引入負(fù)貢獻(xiàn)(這是因?yàn)锳0增大引起的地層源強(qiáng)增大不如地層衰減的增強(qiáng)),以保持|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零。所以,井眼半徑增大導(dǎo)致方位角度探測(cè)范圍增大、方位分辨率降低。

      圖12 不同井眼尺寸下的方位分辨率Fig.12 Azimuth resolution at different wellbore sizes

      3.2 泥漿密度

      其他條件保持不變,只改變泥漿密度(常規(guī)泥漿,不含放射性物質(zhì)KCl),模擬不同泥漿密度下的徑向、縱向、方位積分幾何因子,結(jié)果分別如圖13~圖15所示,可以看出,儀器的徑向、縱向、方位探測(cè)特性基本不受泥漿密度影響。泥漿密度變化只改變井眼衰減,不改變地層衰減和地層源強(qiáng),并且井眼衰減與地層衰減、地層源強(qiáng)相比較小。所以,泥漿密度的變化對(duì)三種幾何因子的影響很小。

      圖14 不同泥漿密度下的縱向探測(cè)特性Fig.14 Longitudinal detection characteristics at different mud densities

      圖15 不同泥漿密度下的方位積分幾何因子Fig.15 Azimuth integral geometry factor vs.azimuth angle at different mud densities

      3.3 地層密度

      其他條件保持不變,只改變地層密度,模擬不同地層密度下的徑向、縱向、方位幾何因子,結(jié)果如下。

      3.3.1 徑向探測(cè)特性

      不同地層密度下的徑向積分幾何因子模擬結(jié)果如圖16所示,可以看出,儀器的徑向探測(cè)特性受地層密度影響較大。徑向積分幾何因子取0.9時(shí),對(duì)應(yīng)的徑向探測(cè)深度隨地層密度的增大而減小。

      圖16 不同地層密度下的徑向探測(cè)特性Fig.16 Radial detection characteristics at different formation densities

      假設(shè)地層密度增大后R0保持不變,此時(shí)井眼衰減不變,但地層密度增大會(huì)導(dǎo)致地層衰減增強(qiáng)(負(fù)貢獻(xiàn))、地層源強(qiáng)增大(正貢獻(xiàn)),因?yàn)榈貙铀p變化的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位,最終導(dǎo)致R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為負(fù)貢獻(xiàn)。根據(jù)R0的定義,此時(shí)應(yīng)通過(guò)減小R0引入正貢獻(xiàn),以保持R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零。所以,地層密度增大導(dǎo)致徑向探測(cè)深度減小。

      3.3.2 縱向探測(cè)特性

      不同地層密度下的縱向積分幾何因子模擬結(jié)果如圖17所示,可以看出,儀器的縱向探測(cè)特性受地層密度影響,但不如徑向探測(cè)特性明顯。縱向積分幾何因子取0.8時(shí),所對(duì)應(yīng)的縱向分辨厚度隨地層密度的增大而降低,即地層密度越大縱向分辨能力越高。

      仿照§3.3.1的分析,假設(shè)地層密度增大后H0保持不變,最終會(huì)導(dǎo)致|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)為負(fù)貢獻(xiàn)。根據(jù)H0的定義,此時(shí)應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)減小H0引入正貢獻(xiàn),以保持|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)為零。所以,地層密度增大導(dǎo)致縱向分辨厚度減小。

      圖17 不同地層密度下的縱向探測(cè)特性Fig.17 Longitudinal detection characteristics at different formation densities

      3.3.3 方位探測(cè)特性

      不同地層密度下的方位積分幾何因子模擬結(jié)果如圖18所示,可以看出地層密度對(duì)儀器方位探測(cè)特性有影響。當(dāng)方位積分幾何因子取0.8時(shí),對(duì)應(yīng)的方位角度探測(cè)范圍隨地層密度增大而減小,如圖19所示;當(dāng)方位角度探測(cè)范圍為22.5°、45°、90°時(shí),對(duì)應(yīng)的方位積分幾何因子均隨地層密度的增加而增高,即地層密度越大方位分辨能力越強(qiáng)。

      圖19 不同地層密度下的方位分辨率Fig.19 Azimuth integral geometry factor vs.azimuth angle at different formation densities

      假設(shè)地層密度增大后A0保持不變,仿照§3.3.1徑向幾何因子的分析得知,地層密度增大最終導(dǎo)致|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為負(fù)貢獻(xiàn)。根據(jù)A0的定義,此時(shí)應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)減小A0引入正貢獻(xiàn),以保持|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零。所以,地層密度增大導(dǎo)致方位角度探測(cè)范圍變小、方位分辨率增大。

      3.4 天然放射性物質(zhì)類(lèi)型

      井眼條件不變(井眼流體設(shè)為純水),改變地層物質(zhì)組分(具體見(jiàn)表1),模擬研究不同天然放射性物質(zhì)下的徑向、縱向、方位幾何因子,模擬結(jié)果如下。

      表1 模擬地層的組分Table 1 The composition of the simulated formation

      3.4.1 徑向探測(cè)特性

      三種放射性地層的徑向積分幾何因子模擬結(jié)果如圖20所示,可以看出徑向探測(cè)深度的變化規(guī)律:U層<K層≈Th層。保持U層組分不變,只改變特征能量,模擬不同源能量下的徑向積分幾何因子,結(jié)果如圖21所示,可以看出源能量越大徑向探測(cè)深度越大。

      圖20 不同天然放射性物質(zhì)下的徑向探測(cè)特性Fig.20 Radial detection characteristics at different natural radioactive materials

      首先,分析源能量對(duì)徑向積分幾何因子的影響。源能量增大后假設(shè)R0保持不變,此時(shí)井眼衰減、地層衰減、地層源強(qiáng)均不變,但源能量增大會(huì)使R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)增大,表現(xiàn)為正貢獻(xiàn)。根據(jù)R0的定義,此時(shí),應(yīng)通過(guò)增大R0引入負(fù)貢獻(xiàn),以保持R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零。所以,源能量增大導(dǎo)致探測(cè)深度增大。

      圖21 不同能量下的徑向探測(cè)特性Fig.21 Radial detection characteristics at different energies

      然后,分析三種放射性物質(zhì)對(duì)徑向積分幾何因子的影響。當(dāng)?shù)貙佑蒛層變成K層時(shí),假設(shè)R0保持不變,此時(shí),地層密度變?。ǖ貙铀p變?nèi)?,?duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)為正貢獻(xiàn))、源強(qiáng)密度變小(負(fù)貢獻(xiàn))、源能量變?。ㄘ?fù)貢獻(xiàn),由1.76 MeV到1.46 MeV),其中地層密度變化的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位,最終導(dǎo)致R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)增強(qiáng),表現(xiàn)為正貢獻(xiàn)。根據(jù)R0的定義,此時(shí),應(yīng)在此基礎(chǔ)上增大R0引入負(fù)貢獻(xiàn),以保持R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零,所以徑向探測(cè)深度的變化規(guī)律為U層<K層。當(dāng)?shù)貙佑蒏層變成Th層時(shí),假設(shè)R0保持不變,此時(shí),地層密度增大(負(fù)貢獻(xiàn))、源強(qiáng)密度增大(正貢獻(xiàn))、源能量增大(正貢獻(xiàn),由1.46 MeV到2.62 MeV),由于源能量增大幅度很大,其對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)明顯增加,與地層密度變化引起的貢獻(xiàn)大致相抵,加上源強(qiáng)密度的貢獻(xiàn)程度很小,最終導(dǎo)致R0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)大致保持不變,所以徑向探測(cè)深度的變化規(guī)律為K層≈Th層。

      3.4.2 縱向探測(cè)特性

      三種放射性地層的縱向積分幾何因子模擬結(jié)果如圖22所示,可以看出縱向分辨厚度的變化規(guī)律:U層<K層<Th層。保持U層組分不變,只改變特征能量,模擬不同源能量下的縱向積分幾何因子,結(jié)果如圖23所示,可以看出源能量越大縱向分辨厚度越大。

      圖22 不同天然放射性物質(zhì)下的縱向探測(cè)特性Fig.22 Longitudinal detection characteristics at different natural radioactive materials

      圖23 不同能量下的縱向探測(cè)特性Fig.23 Longitudinal detection characteristics at different energies

      首先,分析源能量對(duì)縱向積分幾何因子的影響。假設(shè)源能量增大后H0保持不變,此時(shí),井眼衰減、地層衰減、地層源強(qiáng)均不變,但能量增大會(huì)使|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)增大,表現(xiàn)為正貢獻(xiàn)。根據(jù)H0的定義,此時(shí),應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)增大H0引入負(fù)貢獻(xiàn),以保持|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零。所以,能量增大導(dǎo)致縱向分辨厚度增大。

      然后,分析三種放射性物質(zhì)對(duì)縱向積分幾何因子的影響。當(dāng)?shù)貙佑蒛層變成K層時(shí),假設(shè)H0保持不變,此時(shí)地層密度變?。ㄕ暙I(xiàn))、源強(qiáng)密度變?。ㄘ?fù)貢獻(xiàn))、源能量變?。ㄘ?fù)貢獻(xiàn)),其中地層密度變化的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位,最終導(dǎo)致|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)增強(qiáng),表現(xiàn)為正貢獻(xiàn)。根據(jù)H0的定義,此時(shí),應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)增大H0引入負(fù)貢獻(xiàn),以保持H0處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零,所以縱向分辨厚度變化規(guī)律為U層<K層。當(dāng)?shù)貙佑蒏層變成Th層時(shí),假設(shè)H0保持不變,此時(shí)地層密度增大(負(fù)貢獻(xiàn))、源強(qiáng)密度增大(正貢獻(xiàn))、源能量增大(正貢獻(xiàn)),源能量增幅很大,其對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)明顯增加,最終導(dǎo)致|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為正貢獻(xiàn),此時(shí)應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)增大H0引入負(fù)貢獻(xiàn),以保持|Z|=H0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零,所以縱向分辨厚度變化規(guī)律為K層<Th層。

      3.4.3 方位探測(cè)特性

      三種放射性地層的方位積分幾何因子模擬結(jié)果如圖24所示,可以看出方位角度探測(cè)范圍的變化規(guī)律:U層≈K層<Th層。保持U層組分不變,只改變特征能量,模擬不同源能量下的方位積分幾何因子,結(jié)果如圖25所示,可以看出源能量越大方位角度探測(cè)范圍越大。

      圖24 不同天然放射性物質(zhì)下的方位積分幾何因子Fig.24 Azimuth integral geometry factor vs.azimuth angle at different natural radioactive materials

      圖25 不同能量下的方位積分幾何因子Fig.25 Azimuth integral geometry factor vs.azimuth angle at different energies

      首先,分析源能量對(duì)方位積分幾何因子的影響。源能量增大后假設(shè)A0保持不變,此時(shí)井眼衰減、地層衰減、地層源強(qiáng)均不變,但能量增大會(huì)使|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)增大,為正貢獻(xiàn)。根據(jù)A0定義,此時(shí)應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)增大A0引入負(fù)貢獻(xiàn),以保持|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)為零。所以,源能量增大導(dǎo)致方位角度探測(cè)范圍增大。

      然后,分析三種放射性物質(zhì)對(duì)方位積分幾何因子的影響。當(dāng)?shù)貙佑蒛層變成K層時(shí),假設(shè)A0保持不變,此時(shí),地層密度變?。ㄕ暙I(xiàn))、源強(qiáng)密度變?。ㄘ?fù)貢獻(xiàn))、源能量變?。ㄘ?fù)貢獻(xiàn)),由于A0整體較小使得上述三種因素造成的貢獻(xiàn)之間差異變小,并且U層與K層的能量接近,最終導(dǎo)致|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)變化很小,所以,方位角度探測(cè)范圍的變化規(guī)律為U層≈K層。地層由K層變成Th層時(shí),假設(shè)A0保持不變,此時(shí)地層密度增大(負(fù)貢獻(xiàn))、源強(qiáng)密度增大(正貢獻(xiàn))、源能量增大(正貢獻(xiàn)),源能量增幅度很大,其對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)明顯增加,最終導(dǎo)致|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為正貢獻(xiàn),此時(shí),應(yīng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)增大A0引入負(fù)貢獻(xiàn),以保持|α|=A0/2處地層對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的貢獻(xiàn)為零,所以方位角度探測(cè)范圍規(guī)律為K層<Th層。

      4 結(jié)語(yǔ)

      1)泥漿密度對(duì)儀器徑向、縱向、方位探測(cè)特性基本無(wú)影響。

      2)井眼尺寸對(duì)儀器探測(cè)特性的影響比較明顯,井眼尺寸越大,徑向探測(cè)深度越大,縱向分辨厚度越大(縱向分辨能力越低),方位角度探測(cè)范圍越大(方位分辨能力越低)。

      3)地層密度對(duì)儀器探測(cè)特性的影響同樣比較明顯,地層密度越大,徑向探測(cè)深度越小,縱向分辨厚度越小(縱向分辨能力越高),方位角度探測(cè)范圍越?。ǚ轿环直婺芰υ礁撸?。

      4)當(dāng)井眼尺寸變大、地層密度變小時(shí),探測(cè)深度增大,而縱向分辨能力、方位分辨能力反而降低,三者難以兼顧。

      5)地層放射性物質(zhì)能量增大使徑向探測(cè)深度、縱向分辨厚度、方位角度探測(cè)范圍均增大。

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