PNN测井技术(原理).doc

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1、新一代套管井储层评价技术脉冲中子中子PNN测井PNNPulse Neutron Neutron测井仪是奥地利Hotwell公司研制开发的一种用于油田生产开发的饱和度测井仪器。目前该仪器已经在欧洲、南、北美洲、中东、北非和亚洲18个国家广泛应用，取得了较好的使用效果。油田进入高含水的中、后开发期，一方面迫切需要了解单井、区域上的储层的剩余油分布，寻找潜力油层，调整作业方案；另一方面，许多老井，由于受当时条件的限制，缺少必要的测井资料，而无法对储层性质进行重新认识。油井生产之前都会下套管进行固井。因为套管的物理特性，很多裸眼井中的测井方法受到了限制，不能用于套管井的地层评价。目前套管井中使用最多的

2、饱和度测井方法都是基于中子寿命测井原理的，如目前油田内常见的碳氧比测井、中子寿命测井、硼中子测井、PND测井等等。PNN测井同样基于这个原理。与目前国内使用的其他饱和度测井方式比拟，PNN测井的一个最大不同是：不同于其他方法中通过地层对中子的俘获放射出的伽马射线进行记录分析来进行饱和度的解析。PNN是通过对地层中还没有被地层俘获的热中子来进行记录和分析，从而得到饱和度的解析。探测热中子法，没有了探测伽马方法存在的本底值影响，同时在低矿化度与低孔隙度地层保持了相对较高的记数率，削减了统计起伏的影响。同时，PNN还有一套独特的数据处理方法，能够最大程度的去除井眼影响，保证了Sigma地层俘获截面曲

3、线的准确性，精度可以到达0.1俘获截面单位。这种方式使得PNN在低孔隙度、低矿化度地层目前大多数油田生产的难点相对其他测井方式具有更高的分辨率。同时，PNN还具有施工简单，不需要特殊的作业准备，可以过油管测量、仪器不需刻度，操作维修简单、记录原始数据、最大程度去除井眼影响等等多方面的优势。一、 PNN测井原理PNN是脉冲中子中子Pulse Neutron Neutron仪器的简称，使用中子发生器向地层发射14.1MeV的快中子，经过一系列的非弹性碰撞10-810-7s和弹性碰撞10-610-3 s，当中子的能量与组成地层的原子处于热平衡状态时，中子处于热中子能量级，此时它的能量是0.025eV

4、左右，速度2.2105cm/s，直到被地层俘获。PNN仪器利用两个探测器即长、短源距探测器记录从快中子束发射30s后的1800s时间内的热中子记数率，每个探测器均将其时谱记录分成60道，每道30s，根据各道记录的热中子记数生成热中子时间衰减谱，从而可以有效地求取地层的宏观俘获截面。同时利用两个中子探测器上得到的中子记数的比值就可以计算储层含氢指数。据此在低矿化度地层水条件下，分辨近井地带的油水分布，计算含油饱和度、划分水淹级别、求取储层孔隙度、计算储层内泥质含量及主要矿物含量等等。与传统的中子寿命测井相比，中子寿命测井记录的是热中子与地层俘获反响释放出的伽马射线，反推热中子的时间寿命，而PNN

5、直接记录俘获反响前后热中子记数率。二、 PNN系统描述PNN系统有二个主要的局部组成：井下仪器局部和地面数据采集局部。二者组成一个系统，不可分割。事实上，PNN系统可以配接在任何一种测井单元上，需要测井单元提供深度编码信号和测井电缆。PNN测井根本标准测速为2-3米/每分钟。一地面数据采集局部地面单元的主要构成是：地面数据采集面板,包括各种信号接口、地面供电电源、通讯增益调节用于数据采集处理的计算机二井下仪器局部井下仪器至少应包含四个独立的局部，组合在一起进行测井。如果增加其它的探测器，可以扩大测井功能，但根本的井下单元应包括：通讯短节含CCL以及井眼温度探头和仪器保温瓶温度探头自然伽马短节中

6、子探测器短节中子发生器短节仪器外径为43毫米，连接长度为5.7米。除中子发生器短节的耐温为150外，其余三个短节耐温都为200。三PNN仪器的应用： 确定套管后流体的分布。 确定套管后的孔隙度。 确定套管后的饱和度。四测井采集软件PNN现场数据采集需要使用HOTWELL公司的HWPNN软件或者WARRIOR 测井数据采集系统进行现场原始数据的采集。五数据处理在正确的测井采集完成后，下一步要做的是对测量数据进行进一步的处理。通过采用不同的处理程序，可以计算出所需要的不同参数，如：，值等，这些值被输出到不同的物理输出通道。使用这些参数，可以定性或定量地解释测量结果。1数据处理原理PNN系统测量二个

7、探测器的热中子衰减谱，每个探测器的热中子记数又按照时间分布分成60个时间道，每个时间道是30us，共1800 us。2.指数衰减地层与中子管发射出来的14MeV高能中子发生反响，而热中子的数量在二个探测器以60道的时区进行采样记录。所有测量的数据被记录下来，以便在测井作业完成后的任何时间进行处理。这是PNN系统的另外一个优点，因为数据处理与解释需要后来才能提供的其他一些信息，如：储层内流体的一些信息与分布情况。发射出来的中子在与地层中的物质屡次碰撞后，迅速衰减到热中子能级，之后被地层中的元素所吸收，吸收的速度取决于v*abs,其中v表示热中子的速度在给定的温度下是一个常数，abs是地层的视俘获

8、截面。如果只存在中子俘获反响，那么中子的数量呈指数衰减。井筒与套管的衰减区 1000地层衰减区 100 油 10水1 0400 80012001800上图阐述了油与水在衰减率上的差异，这是因为水的俘获截面比油的俘获截面要大，所以在水中热中子的衰减速度要快。中子在任何一个时间的数量可以表达成为这样一个公式：N1 = N0*e (-v*abs*t1)其中:N1t1 时刻单位体积内的热中子数量。N0t=0时刻单位体积内热中子的数量。t1时间。abs地层单位体积的总俘获截面(v=2200m/s, 75oF)。同样对另一时刻有：N2 = N0*e (-v*abs*t2)那么测量二个时间的热中子数量，就可

9、以计算出热中子的衰减速度：N1/N2 = e (-v*abs*(t2-t1)取以为低的对数，v=2200m/s，t的单位为us，的单位为cm-1abs10.5/t*log10(N1/N2)由于衰减是指数衰减，所以也可以用另外一种形式来表示，即时间衰减指数，int，这个时间是指中子数量从最初衰减到原始值的所需的时间。Nt = N0*e -t/intint = 1/vabs时间衰减指数与温度无关，它被称为中子的衰减时间或中子寿命。如果时间以us为单位，v=0.22cm/us，那么有：int = 4.55/abs1/cm由于abs的传统单位是1/1000cm，所以以上等式改写为：int = 4550

10、/absc.u.这个公式可以用来做与之间的相关运算。六解释利用PNN的数据，可以做油、气、水分布的定性和定量的解释。对于定量解释来说，通常需要用户提供裸眼井的测井解释结果作为一组输入参数带入到PNN定量解释模块中，并结合PNN的数据进行综合解释就会得到比拟精确的饱和度的定量解释结果。需要指出的是，对于一些年代久远测井数据不全的井，仅仅利用PNN测量得到的数据也可以进行饱和度的定量解释，并得到较好的解释结果。针对不同的用途，HOTWELL提供了一套完整的PNN数据采集处理解释模块，它们是：1） HWPNN-PNN采集软件-包含快速的sigma值计算，它提供所有处理解释所需要的根本数据。2） HW

11、Comb-ASCII文件的转换，同时可以简单地进行质量检查，消除通讯噪声对数据的影响。3） HWCMan-这是一个现场的根本数据处理模块，为分析中心提供不同的文件数据格式，对测井数据进行过滤，深度匹配，快速SIGMA计算，井眼校正，泥质含量校正，不同曲线之间的处理。它可以进行泥质含量与孔隙度的计算。4） HWProc-这是一个PNN处理工作中广泛使用的一个模块：4种模式的SIGMA处理/计算-PNN矩阵计算-SIGMA，比值与计数比值成像的制作与演示，原始数据与过滤数据的浏览与成像浏览。5） HWQuant-这是PNN的定量解释模块。它通过不同曲线的交汇，求的正确的解释参数。可以对骨架内5种以

12、上的矿物进行定量解释。一个图示性的定量解释软件很好地反响了烃的饱和度。6） HWpresenta解释成果出图、打印管理模块。三、PNN与其他中子寿命测井仪器的比拟 PNN系统除了具有地面系统操作简便，可配接任何测井单元，下井仪维修简便的特点外，不受射孔与否的影响可全井段测量，比照其他传统的中子寿命测井还具有以下很多优势：1 不同于传统的中子寿命测井方法，PNN记录的是地层中没有被地层俘获的热中子的记数，从而消除掉了传统测量伽马的方法中的本底影响。在记数率较低的情况下，仍然可以用于解释。2 每口井、甚至一口井中不同的层段内的井眼影响是不一样的。因此，传统中子寿命测井方法中，现场操作工程师很难预测

13、井眼影响并选择适宜的采集控制防止其影响，一旦控制不好，解释数据必然受到影响。但是，PNN那么不需要在现场采集过程中应用任何控制，PNN利用数据处理过程中特殊的成像识别方法，可以尽可能的去除掉复杂的井眼条件造成的影响，而利用真正来自地层的数据进行地层的SIGMA计算，从而将井眼影响降到最低。3 对于低矿化度、低孔隙度地层，PNN比传统的中子寿命测井更具优越性。因为低矿化度地层的俘获能力小，因此被地层俘获的中子就少，产生的俘获伽马射线就少，使得伽马探测器得到的记数率很低，统计起伏比拟大。而恰恰在低矿化度情况下，低矿化度的地层水的SIGMA值与油的SIGMA值差异很小，高的统计起伏加上无法消除的本底

14、影响，使得传统的伽马探测方法很难应用于这种情况的地层。碳氧比仪器虽然受矿化度影响小，但是要求地层的孔隙度要足够高，一般要求大于20%。PNN因为记录的是中子，所以在低矿化度情况下，地层中俘获的中子少，剩下的中子反而多，因此就会得到较高的记数率，统计起伏较小。这样即便油水的SIGMA差异小，但是较小的统计起伏还是可以帮助把油水区分开来。而且，在极端的情况下，PNN还可以停机测量，把统计起伏造成的影响降到最低，而伽马测井方法因为存在活化地层的原因无法进行停机测量。参见下列图：高矿化度水PNN 测试 TD 测试 理论测试 地层饱和状态 油油低矿化度水4因为PNN是用时间记录道中记录的中子衰减谱来计算地层的SIGMA，所以仪器无须刻度，既省却了复杂的前期准备，也防止了因为刻度不准造成的麻烦。5PNN现场记录的是原始数据，所以现场操作工程师不需要进行任何处理和特殊控制。原始数据可以在今后的解释处理过程中进行屡次应用。6仪器外径只有43毫米，可以过油管测量，无需烦琐的洗井等复杂作业，省却了复杂的作业需要。7对于一些测井资料不全的老井，仅仅通过PNN的测量仍然可以得到饱和度以及孔隙度和泥质含量的定量计算。8仪器具有较高的垂向分辨率，0.5 米左右的薄层都可以进行分层处理。因为属于中子类仪器，PNN也是很好的含气指示器。