巖性密度煤層Pe延遲原因及解決辦法

1、2228巖性密度煤層Pe延遲原因及解決辦法閆明琦,何小菊，雍建興,王文學(xué),吳彬（中國石油集團(tuán)測井有限公司長慶事業(yè)部，陜西 高陵 ）摘要：2228巖性密度儀器是國內(nèi)常用的一種巖性密度儀器。文章分析在煤層出現(xiàn)Pe延遲現(xiàn)象的原因，并提出了使用手動增益設(shè)置來調(diào)節(jié)穩(wěn)譜增益的方法來解決Pe延遲的辦法。關(guān)鍵詞：2228巖性密度；穩(wěn)譜；Pe延遲 ；增益The Reason and Solution of 2228 Z-Density Instruments Pe Curve Delay in Coal Formation YAN Ming-qi,YONG Jian-xing,CHENG Gang,WU Bin

2、(China Petroleum Logging CO.LTD.Changqing Division,Gaoling Shanxi )Abstract:The 2228 Z-Density Instrument is wide used as a density instrument.This paper analysed the reason of the Pe curve delayed in coal formation,and introduced a method of using manual gain setting to adjust the stable spectrum t

3、hat could solve this problem.Key words:2228 Z-Density Instrument;stable spectrum;Pe delay;gain0 引言2228巖性密度同時測量地層的體積密度（b）和光電截面吸收指數(shù)（Pe）。這些測量值可以用來進(jìn)行復(fù)雜地層的巖性、空隙性評價。由于伽馬射線的光電截面吸收指數(shù)僅依賴于物質(zhì)的原子序數(shù)，即Pe的測量值與地層成份直接相關(guān)，與地層孔隙度、流體成份無關(guān)，所以特別適合判別地層巖性。2228巖性密度儀器具有較高地層體積密度（b）和光電截面吸收指數(shù)（Pe）測量精度，但偶爾會出現(xiàn)Pe在煤層延遲現(xiàn)象，影響了測井資料對地層的解釋

4、。1 2228巖性密度PE煤層延遲原因巖性密度測井是測量由銫源發(fā)出的伽瑪射線進(jìn)入地層經(jīng)過散射和吸收后的伽瑪射線強度。圖1為離源某一距離處探測器測量到的伽瑪射線能譜。在能量為 150keV 處出現(xiàn)峰值，能量大于150keV 的區(qū)域 B 中伽瑪射線只受康-吳散射的影響，探測到的伽瑪射線強度隨能量增加而降低；而在能量小于 150keV 的區(qū)域 A 中，受光電效應(yīng)的影響，探測到的伽瑪射線強度隨能量減少而急劇下降。圖1為了提高地層中散射伽馬射線的測量精度，2228巖性密度儀器使用長短兩個源距的碘化鈉晶體探測器來測量地層中的伽馬射線。其中長源距探測晶體又分為四個探測窗口： hrd1：140-200 keV

5、 hrd2：200-540 keV sft2：100-140 keV Soft：60-100 keV其中hrd1和hrd2計數(shù)不受地層光電效應(yīng)影響，用來計算地層密度，soft計數(shù)與hrd1、hrd2計數(shù)之比用來計算Pe。短源距計數(shù)（ssd）用來計算體積密度校正。在一般情況下，由于井下環(huán)境工作溫度、探測器增益、高壓發(fā)生器輸出等因素會發(fā)生一定的變化，從而造成伽馬射線能譜漂移，即同一能量的伽馬射線在不同系統(tǒng)增益下測量時，能譜峰的位置發(fā)生變化，使得系統(tǒng)無法得到正確的結(jié)果。為了抑制能譜漂移，一般需要對能譜峰進(jìn)行穩(wěn)譜。比較常用的穩(wěn)譜方法是在探測晶體附近放置單一的放射源（如銫源）來進(jìn)行穩(wěn)譜。穩(wěn)譜源的強度主要

6、取決于穩(wěn)譜能窗計數(shù)與儀器測量放射源產(chǎn)生的能窗計數(shù)之間的大小，近探測晶體由于距離放射源近產(chǎn)生的計數(shù)高，對穩(wěn)譜能段的影響大，因此需要的穩(wěn)譜源強度要大，遠(yuǎn)探測晶體則相反。2228巖性密度儀器在長源距探測晶體底部放置一個微小的銫源來進(jìn)行穩(wěn)譜，而短源距探測晶體僅使用溫度補償電路進(jìn)行穩(wěn)譜。銫源662keV特征峰（在ECLIPS-5700地面測井軟件的“Z-DENSILOG PROCESSED SPECTRUM”窗口中標(biāo)記為230道）作為穩(wěn)譜峰。由于僅使用一個穩(wěn)譜源進(jìn)行長源距穩(wěn)譜，使得2228巖性密度儀器存在一定的穩(wěn)譜缺陷：（1） 如果當(dāng)前設(shè)定的能譜增益與所需的能譜增益相差較大時，探測器找不到穩(wěn)譜峰，能譜增

7、益自動跟蹤系統(tǒng)將無法調(diào)節(jié)增益進(jìn)行自動穩(wěn)譜，此時必須進(jìn)行手動穩(wěn)譜； （2） 當(dāng)?shù)貙幼兓^大或井眼擴(kuò)徑等因素導(dǎo)致能窗計數(shù)異常變化，穩(wěn)譜系統(tǒng)將很容易受到干擾甚至，比較常見的現(xiàn)象是Pe在煤層延遲。下圖是2228巖性密度儀器在X37井中煤層Pe延遲的圖例：圖2在圖2中，綜合各曲線可以看出，2821-2833.5米深度處為一段典型的煤層，此段煤層比較厚，物性復(fù)雜，并伴隨有井眼擴(kuò)徑現(xiàn)象。其中Pe在2818-2821米、2830.5-2833.5米深度處出現(xiàn)明顯的延遲現(xiàn)象。下圖為X37井煤層-泥巖交界面處各能窗計數(shù)率值：圖3在2820-2821米深度處為泥巖-煤層交界面，由圖3可以看出，在此交界面上，探測器各

8、能窗計數(shù)率發(fā)生了較大的變化，SOFT記錄的是60-100keV能量伽馬射線的計數(shù)率，計數(shù)率相對較低。下圖為在此深度處能譜譜線圖：圖4由圖4可以看出，在此處，2228巖性密度儀器增益明顯偏小，穩(wěn)譜譜道偏移230道，系統(tǒng)在較長一段時間內(nèi)不能進(jìn)行穩(wěn)譜，探測晶體上的高壓無法及時調(diào)整，各能區(qū)窗口發(fā)生偏移。soft能區(qū)（60-100keV）較窄且計數(shù)率較低，偏移后采集計數(shù)率異常導(dǎo)致Pe計算錯誤，Pe出現(xiàn)延遲現(xiàn)象。2 Pe延遲解決辦法由上述分析可知，Pe在煤層延遲是由于密度儀器井下增益不正確，導(dǎo)致穩(wěn)譜失效所致。解決穩(wěn)譜失效的方法有：（1） 長短源距同時使用穩(wěn)譜源進(jìn)行穩(wěn)譜或其它更好的穩(wěn)譜方法進(jìn)行穩(wěn)譜，使系統(tǒng)能

9、夠及時調(diào)整特側(cè)晶體上的高壓，由于此方法需要改動硬件電路和儀器構(gòu)造而過于復(fù)雜，本文暫不予討論；（2） 更換不同的OCT服務(wù)表，并在煤層段降低測速以便使穩(wěn)譜系統(tǒng)恢復(fù)正常。OCT（Operation Control Table）服務(wù)表是ECLIPS-5700測井系統(tǒng)進(jìn)行儀器控制和信號處理及地面測井軟件配置的專用軟件，不同的服務(wù)表對同一種儀器也會有不同的儀器參數(shù)設(shè)置、WTS通道和CPU的配置。選用不同的OCT服務(wù)表，改變儀器默認(rèn)參數(shù)設(shè)置和算法，同時由于Pe在煤層一般有3米左右的延遲（按照2228巖性密度儀器最大測速9米/分鐘測井），即大約有20秒穩(wěn)譜失效調(diào)整時間，因此在煤層將測速降至23米/分鐘，使穩(wěn)

10、譜系統(tǒng)有充分時間恢復(fù)正常，避免Pe延遲過長；（3） 手動設(shè)置增益以補償穩(wěn)譜錯誤。當(dāng)煤層出現(xiàn)穩(wěn)譜譜道偏離230道時，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行手動增益調(diào)節(jié)，保證穩(wěn)譜譜道處于正常的230道。ECLIPS-5700測井系統(tǒng)地面軟件提供了增益設(shè)置窗口：“ZDL GAIN & TRACKING”窗口?！癦DL GAIN & TRACKING”窗口允許手動設(shè)置井下儀器增益并可以選擇是否打開井下儀器增益自動跟蹤。在測井時，應(yīng)注意打開“ZDL GAIN & TRACKING”窗口，并保證“ON”按鈕打開，以便使自動增益跟蹤系統(tǒng)能夠隨時跟蹤井下增益。在給儀器供電并建立好穩(wěn)定的通訊后，應(yīng)注意觀察“Z-DENSILOG PROCES

11、SED SPECTRUM”窗口，確定穩(wěn)譜譜峰（cspk）是否處于2305道范圍內(nèi)，若偏離較多自動增益失效時應(yīng)采取手動增益設(shè)置以保證穩(wěn)譜正確。當(dāng)需要手動設(shè)置增益時，在“SET GAIN=”中輸入增益后回車，并應(yīng)點擊“TRACKING”下的“ON”按鈕，以便使增益控制能夠順利下發(fā)并得到執(zhí)行，同時應(yīng)注意觀察“Z-DENSILOG PROCESSED SPECTRUM”窗口，及時調(diào)節(jié)以防止增益過大或過小，保證穩(wěn)譜譜道處于2305道，正確的穩(wěn)譜譜道如下所示：圖5在圖5中可以看出，當(dāng)增益（zgn）為2048時，穩(wěn)譜譜峰（cspk）處于230道，系統(tǒng)自動穩(wěn)譜正常。在一般情況下，ECLIPS-5700地面系統(tǒng)軟件會自動跟蹤調(diào)節(jié)井下儀器增益（zgn），使穩(wěn)譜譜峰（cspk）處于2305道范圍內(nèi)，無需人工干預(yù)；當(dāng)穩(wěn)譜譜峰（cspk）較長時間內(nèi)偏移2305道時，就必須手動調(diào)節(jié)增益，使穩(wěn)譜譜峰（cspk）處于正常的范圍內(nèi)。3 結(jié)論2228巖性密度儀器在煤層出現(xiàn)延遲現(xiàn)象，是由于煤層60-100keV的伽馬射線能量范圍較窄，計數(shù)率低，而僅長源距探測晶體使用穩(wěn)譜源穩(wěn)譜，穩(wěn)譜系統(tǒng)容易受干擾，導(dǎo)致增益跟蹤緩慢，造成Pe延遲（即穩(wěn)譜譜道偏離230道時Pe在煤層產(chǎn)生延遲）。經(jīng)過多口井的實驗證明，選擇不同的OCT服務(wù)表，在煤層適當(dāng)降低測速，并及時使用手動增益調(diào)節(jié)的方法，能夠有