兩種隨鉆補(bǔ)償中子儀器刻度方法對(duì)比分析

趙 曦 王 輝

（中海油田服務(wù)股份有限公司，中國 天津 300452）

0 引言

補(bǔ)償中子測(cè)井儀是一種具有兩道熱中子探測(cè)器的放射性強(qiáng)度測(cè)井儀器，它與地面計(jì)算機(jī)測(cè)井系統(tǒng)配套， 可以測(cè)定裸眼井或套管井的地層結(jié)構(gòu)的孔隙度。補(bǔ)償中子儀器通常將兩個(gè)He-3 探測(cè)器布置在離中子源距離不同的位置上，用它們的兩個(gè)計(jì)數(shù)率關(guān)系來反映地層孔隙度的大小，提高了測(cè)量精度。 在實(shí)際使用過程中，由于長時(shí)間的使用、儀器性能發(fā)生了變化。因此需要對(duì)儀器的定期二級(jí)刻度，因此掌握刻度原理及其方法對(duì)儀器的正常使用十分重要。

1 隨鉆補(bǔ)償中子測(cè)井儀的一級(jí)刻度原理

但是實(shí)際當(dāng)中，兩者的關(guān)系并非完全線性。 在一級(jí)刻度時(shí)，采用三次曲線函數(shù)，用擬合的方法來求得兩者的計(jì)算公式。而這種三次曲線方程的相關(guān)系數(shù)在0.99 以上，比較切合實(shí)際孔隙度與長短源距計(jì)數(shù)率比值的關(guān)系。

以HLB 公司CTN 儀器為例。 在一定范圍內(nèi)，多項(xiàng)式擬合曲線可以近似為直線，為后期二級(jí)刻度提供了理論基礎(chǔ)。

補(bǔ)償中子測(cè)井儀器上的長、短源距的兩道計(jì)數(shù)率的比值R 與地層孔隙度Φ 的對(duì)數(shù)之間有非常近似的直線關(guān)系。 可以將補(bǔ)償中子Φ-R 計(jì)算公式表達(dá)為：

圖1

2 車間二級(jí)刻度

2.1 車間二級(jí)刻度的原因

儀器經(jīng)過一級(jí)刻度后，儀器的信號(hào)就與地層的孔隙度之間建立了一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系。但這個(gè)關(guān)系并不是永遠(yuǎn)有效的，因?yàn)閮x器經(jīng)過長時(shí)間的使用、維修以及更換元器件后，儀器的各項(xiàng)性能將發(fā)生變化。這時(shí)，原來的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系就不能準(zhǔn)確地反映出地層的孔隙度。 為了校正這個(gè)誤差，儀器完全有必要在車間進(jìn)行二級(jí)刻度。

2.2 哈里伯頓CTN 儀器刻度流程及方法

將刻度儀器放入刻度井中，介質(zhì)為水。 安裝放射源，對(duì)儀器進(jìn)行采樣。采樣完畢，計(jì)算得出相應(yīng)的比值Water scale（需要考慮溫度及 Dead Time 矯正）。 在做二級(jí)刻度時(shí)，CTN 的刻度因子 Scale=250/（C near/C far），或者 Scale=245/（C near/C far）。 其中，CTN 用锎源時(shí)水的比率采用250，當(dāng)用镅鈹源時(shí)水的比率采用245。 將車間的刻度條件下的函數(shù)關(guān)系曲線與標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)關(guān)系曲線進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算。

此次的刻度方法為一點(diǎn)刻度法。 計(jì)算出長、短源距計(jì)數(shù)率的比值：R*∶R*=N*l/N*s。

由以下公式可求出儀器的刻度系數(shù) K∶K=R/ R*，式中 R 為該地層長源距計(jì)數(shù)率 Nl 與短源距計(jì)數(shù)率Ns 的比值的標(biāo)準(zhǔn)值（出廠值）。

2.3 貝克休斯CCN 儀器刻度流程及方法

貝克CCN 儀器的車間刻度采用薄塊和厚塊兩種標(biāo)定好的兩個(gè)刻度點(diǎn)進(jìn)行刻度。這種刻度方法為兩點(diǎn)刻度法。 其中薄塊的設(shè)計(jì)孔隙度33%，厚塊的孔隙度16%。 設(shè)刻度裝置的兩個(gè)刻度點(diǎn)分別為刻度點(diǎn)I 和刻度點(diǎn) II。

設(shè)理想測(cè)井儀器對(duì)兩個(gè)刻度點(diǎn)的響應(yīng)值為：NLI，NSI；NLII，NSII。

設(shè)實(shí)際測(cè)井儀器對(duì)兩個(gè)刻度點(diǎn)的響應(yīng)值為：nlI，nsI 和 nLII， nsII。 則有如下關(guān)系式成立：

根據(jù)上述關(guān)系式可以求出參數(shù)a 和b。那么，實(shí)際的測(cè)井儀器就和理想的測(cè)井儀器建立了確定的換算關(guān)系，這就是兩點(diǎn)刻度法。

3 兩種二級(jí)刻度方法的區(qū)別

兩種二級(jí)刻度方法有著明顯的差異。對(duì)于第一種刻度方法采用了一點(diǎn)刻度法， 對(duì)應(yīng)生成了兩個(gè)系數(shù)。第二種刻度方法采用了兩點(diǎn)刻度法，得出的是兩個(gè)線性方程。 從數(shù)學(xué)的角度上講，二點(diǎn)刻度法的精度會(huì)更加高一些。但是考慮到截距偏差取對(duì)數(shù)的值比較小以及孔隙度實(shí)際取值的數(shù)據(jù)區(qū)間。兩種刻度的方法的差異在可接受范圍。

4 結(jié)論

深刻理解了中子儀器的刻度原理，掌握不同二級(jí)刻度的原理、方法和操作流程。 我們就能對(duì)不同中子儀器刻度中出現(xiàn)的問題如刻度偏大或偏小等做到心中有數(shù)， 對(duì)于發(fā)生問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)，從而快速解決問題，大大提高了工作效率。