隨鉆巖性密度儀器的溫度校正

袁 偉 陳紅喜 尚修盛 張立娟 尹 璐

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，河北 燕郊 065201）

0 引言

隨著勘探開發(fā)不斷地深入和精細(xì)化，特別是對復(fù)雜油氣層的要求也越來越高，獲取原狀地層的信息變得尤為重要。隨鉆巖性密度儀器是隨鉆技術(shù)的一種，能夠獲取原狀地層的實時密度，為測井解釋和勘探開發(fā)提供重要的數(shù)據(jù)支撐。鉆井過程中，隨著鉆井深度的增加，地層的溫度會越來越高，直接影響著密度測量值，此時溫度校正變得很關(guān)鍵。

1 測量原理

巖性密度測井[1，2]是用伽馬源照射地層，用長短源距伽馬探測器測量能夠產(chǎn)生光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的伽馬射線[3，4]，用能譜分析方法測量光電效應(yīng)區(qū)和康普頓效應(yīng)區(qū)的計數(shù)率，進(jìn)而記錄巖石光電吸收截面指數(shù)和巖石體積密度。

密度計算所用公式如下：

其中，ρS與ρL為短長源距密度值；NS與NL為短長源距能窗計數(shù)率；zcor為密度補償值；ρ為最終密度 測 量 值；AS、BS、AL、BL、k1、k2、k3分 別 為 儀 器 測 量 響應(yīng)系數(shù)。

巖性Pe的計算公式如下：

其中，Pen與Pef為短長源距的Pe值；softn與hardn為短源距巖性軟硬窗計數(shù)率；softf與hardf為長源距巖性軟硬窗的計數(shù)率；An、Bn、Cn為短源距巖性系數(shù)；Af、Bf、Cf為長源距巖性系數(shù)。

2 溫度對測量的影響

溫度對測量的影響主要從譜型變化和測量內(nèi)存數(shù)據(jù)兩個方面來分析。

2.1 溫度對譜型的影響

巖性密度測量的本質(zhì)是測量地層的譜，然后在譜型中劃分6種能量窗，分別為NS、NL、softn、hardn、softf和hardf。

溫度對測量的影響，主要在于溫度升高，會導(dǎo)致儀器測量性能變差，導(dǎo)致儀器測量得到的譜發(fā)生漂移或者譜型發(fā)生了畸變。從電路實現(xiàn)過程來看，溫度的變化，會導(dǎo)致譜型發(fā)生變化，一旦溫度過高，峰位漂移的比較厲害，已經(jīng)不能通過調(diào)節(jié)高壓來實現(xiàn)穩(wěn)峰的目的，進(jìn)而只能壓縮測量譜或者尋峰錯誤[5]。圖1為測量的原始譜型。

圖1 測量的原始譜型

從圖1可以看出，藍(lán)色為30℃時候的測量譜，溫度到了90℃時候，譜型變成了黃色顯示的譜型。對于密度窗計數(shù)率而言，能窗計數(shù)率明顯發(fā)生了變化，這種情況屬于譜型發(fā)生了畸變和輕微的漂移。對于巖性而言，測量的能量區(qū)域比較低，受環(huán)境影響比較大，稍微的譜型變化和漂移，對巖性測量來講是致命的。因此，巖性密度測量進(jìn)行溫度校正是很有必要的。

2.2 溫度對能窗計數(shù)率影響

溫度對譜型的影響會直接導(dǎo)致能窗計數(shù)率的變化。圖2展示長源距計數(shù)率具有如下特征：儀器的計數(shù)率在小于90℃時，溫度升高計數(shù)率降低，溫度大于90℃時，溫度升高計數(shù)率也隨著升高。短源距也具有該變化規(guī)律。出現(xiàn)這樣的非線性規(guī)律，跟NaI晶體的溫度特性有關(guān)系，同時與NaI晶體相匹配的前放電路也有關(guān)系。

圖2 長源距計數(shù)率溫度趨勢圖

3 溫度校正

通過溫度對能譜和能窗計數(shù)率的研究，實現(xiàn)溫度對密度和Pe的補償，可以有兩種思路。第一種：動態(tài)改變能窗劃分，讓能窗劃分隨著譜的漂移而變化。這種方法好處是能夠有效抑制低能量段的環(huán)境干擾，實時匹配能譜的變化，缺點就是在電路實現(xiàn)上有難度，還需要通過很多實驗來尋找動態(tài)調(diào)節(jié)能窗范圍的方法，最終通過硬件和軟件共同實現(xiàn)調(diào)節(jié)溫度變化帶來的計數(shù)率變化。第二種：只從算法上，單純的實現(xiàn)計數(shù)率校正。從理論上講，儀器正常工作時，不管溫度多少，希望計數(shù)率值能夠保持很好地穩(wěn)定狀態(tài)。這種方法的好處是簡單，能夠快速的通過軟件實現(xiàn)，缺點是必須保證所有的儀器都要作溫度校正，得到每支儀器的溫度校正系數(shù)。

3.1 溫度校正表

通過溫度校正兩種思路的綜合比較，目前采用第二種方法最容易實現(xiàn)，最終通過加溫實驗得到每個溫度下的校正表。

具體做法如下：（1）準(zhǔn)備一支儀器，將儀器放置在加溫箱中加溫，設(shè)置加溫范圍23~150℃；（2）下發(fā)儀器參數(shù)，并將儀器設(shè)置為測井模式，開始記錄數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)到儀器內(nèi)存；（3）讀取儀器數(shù)據(jù)，求取23~150℃下的平均計數(shù)率，分別記錄 “Temp”“Shrnall”“Shrfall”“CntDenW_NSAll”“CntDenW_FSAll”這五個參數(shù)，代表的意思為記錄溫度、短源距軟硬窗計數(shù)率比、長源距軟硬窗計數(shù)率比、短源距密度能窗計數(shù)率、長源距密度能窗計數(shù)率；（4）保存儀器溫度校正表為“txt”格式，如下表1所示，由于篇幅原因，該表只顯示80~90℃時刻的數(shù)據(jù)。

表1 溫度校正表

3.2 溫度校正流程

校正流程如下：

（1）溫度表數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。溫度表要求的溫度范圍為23～150℃之間，如果數(shù)據(jù)不全，將溫度數(shù)據(jù)補全，比如測試溫度范圍40~140℃，那么就補齊23~40℃數(shù)據(jù)為40℃時值，補齊140～150℃數(shù)據(jù)為140℃時值。

（2）確定儀器的參考溫度，一般確定溫度表中的起始溫度t0=23℃為參考溫度。

（3）根據(jù)參考溫度t0，查找溫度表確定對應(yīng)的四個參數(shù)：Shrnall_t0，Shrfall_t0，CntDenW_NS_t0，CntDenW_FS_t0。

（4）實際工作溫度t，查找溫度表對應(yīng)的四個參數(shù)：Shrnall_t，Shrfall_t，CntDenW_NS_t，CntDenW_FS_t。

（5）自動算出校正系數(shù)

K1=Shrnall_t0/Shrnall_t

k2=Shrfall_t0/Shrfall_t

k3=CntDenW_NS_t0/CntDenW_NS_t

k4=CntDenW_FS_t0/CntDenW_FS_t

（6）重新計算t度時校正后的能窗計數(shù)率

Shrnallt_tC=K1*Shrnallt_t

Shrfall_tC=K2*Shrfall_t

CntDenW_NS_tC=K3*CntDenW_NS_t

CntDenW_FS_tC=K4*CntDenW_FS_t

（7）將校正后的能窗計數(shù)率代入密度和Pe計算公式，得到校正后的密度和Pe。

4 應(yīng)用

將刻度系數(shù)和溫度校正表下發(fā)到儀器后，采用2居里的Cs137大源進(jìn)行現(xiàn)場測試，溫度范圍從40～140℃，參考溫度為23℃。按照校正流程，測試結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 測量密度值溫度趨勢圖

圖4 測量Pe值溫度趨勢圖

從圖3和圖4中很明顯看出，溫度校正前，溫度小于90℃時，測量精度還在允許范圍內(nèi)，這在井溫不高的區(qū)域測量還能滿足要求。溫度大于90℃后，其測量精度超出了預(yù)期，而且變化的幅度明顯，這對儲集層巖性的判斷和油氣解釋變得不可靠。經(jīng)過以上的溫度校正流程后，密度平均值為2.546g/cm3，測量精度為0.014g/cm3，Pe平均值為2.664b/e，測量精度為0.23b/e。隨鉆密度儀器測量要求在10s采樣時，密度精度為0.025g/cm3，Pe測量精度為0.5b/e，很明顯經(jīng)過溫度校正后達(dá)到了測量要求。

5 結(jié)論

經(jīng)過溫度對測量譜和計數(shù)率的研究表明，溫度不是很高情況下（小于90℃），測量精度還能滿足要求，但是溫度較高（大于90℃）時，測量精度變差。通過溫度校正流程的處理后，測量精度得到了很大的提高，滿足儲集層判斷和油氣解釋的要求。本論文只研究了溫度對測量的影響以及校正方法，沒有從儀器硬件上研究導(dǎo)致溫度變化的原因，后期會從儀器結(jié)構(gòu)、電路設(shè)計和制造工藝方面出發(fā)，找到導(dǎo)致隨鉆密度儀器溫度變化的原因，進(jìn)而更好地推廣儀器作業(yè)。