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(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶事業(yè)部，陜西 高陵 ）摘要：2228巖性密度儀器是國(guó)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(dòng)增益設(shè)置來(lái)調(diào)節(jié)穩(wěn)譜增益的方法來(lái)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(shí)測(cè)量地層的體積密度（b）和光電截面吸收指數(shù)（Pe）。這些測(cè)量值可以用來(lái)進(jìn)行復(fù)雜地層的巖性、空隙性評(píng)價(jià)。由于伽馬射線(xiàn)的光電截面吸收指數(shù)僅依賴(lài)于物質(zhì)的原子序數(shù)，即Pe的測(cè)量值與地層成份直接相關(guān)，與地層孔隙度、流體成份無(wú)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(cè)量精度，但偶爾會(huì)出現(xiàn)Pe在煤層延遲現(xiàn)象，影響了測(cè)井資料對(duì)地層的解釋

4、。1 2228巖性密度PE煤層延遲原因巖性密度測(cè)井是測(cè)量由銫源發(fā)出的伽瑪射線(xiàn)進(jìn)入地層經(jīng)過(guò)散射和吸收后的伽瑪射線(xiàn)強(qiáng)度。圖1為離源某一距離處探測(cè)器測(cè)量到的伽瑪射線(xiàn)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(xiàn)只受康-吳散射的影響，探測(cè)到的伽瑪射線(xiàn)強(qiáng)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(cè)到的伽瑪射線(xiàn)強(qiáng)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(xiàn)的測(cè)量精度，2228巖性密度儀器使用長(zhǎng)短兩個(gè)源距的碘化鈉晶體探測(cè)器來(lái)測(cè)量地層中的伽馬射線(xiàn)。其中長(zhǎng)源距探測(cè)晶體又分為四個(gè)探測(cè)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(jì)數(shù)不受地層光電效應(yīng)影響，用來(lái)計(jì)算地層密度，soft計(jì)數(shù)與hrd1、hrd2計(jì)數(shù)之比用來(lái)計(jì)算Pe。短源距計(jì)數(shù)（ssd）用來(lái)計(jì)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(cè)器增益、高壓發(fā)生器輸出等因素會(huì)發(fā)生一定的變化，從而造成伽馬射線(xiàn)能譜漂移，即同一能量的伽馬射線(xiàn)在不同系統(tǒng)增益下測(cè)量時(shí)，能譜峰的位置發(fā)生變化，使得系統(tǒng)無(wú)法得到正確的結(jié)果。為了抑制能譜漂移，一般需要對(duì)能譜峰進(jìn)行穩(wěn)譜。比較常用的穩(wěn)譜方法是在探測(cè)晶體附近放置單一的放射源（如銫源）來(lái)進(jìn)行穩(wěn)譜。穩(wěn)譜源的強(qiáng)度主要

6、取決于穩(wěn)譜能窗計(jì)數(shù)與儀器測(cè)量放射源產(chǎn)生的能窗計(jì)數(shù)之間的大小，近探測(cè)晶體由于距離放射源近產(chǎn)生的計(jì)數(shù)高，對(duì)穩(wěn)譜能段的影響大，因此需要的穩(wěn)譜源強(qiáng)度要大，遠(yuǎn)探測(cè)晶體則相反。2228巖性密度儀器在長(zhǎng)源距探測(cè)晶體底部放置一個(gè)微小的銫源來(lái)進(jìn)行穩(wěn)譜，而短源距探測(cè)晶體僅使用溫度補(bǔ)償電路進(jìn)行穩(wěn)譜。銫源662keV特征峰（在ECLIPS-5700地面測(cè)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(gè)穩(wěn)譜源進(jìn)行長(zhǎng)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(shí)，探測(cè)器找不到穩(wěn)譜峰，能譜增

7、益自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)將無(wú)法調(diào)節(jié)增益進(jìn)行自動(dòng)穩(wěn)譜，此時(shí)必須進(jìn)行手動(dòng)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(jì)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(jiàn)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(xiàn)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(jì)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(cè)器各

8、能窗計(jì)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(xiàn)的計(jì)數(shù)率，計(jì)數(shù)率相對(duì)較低。下圖為在此深度處能譜譜線(xiàn)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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不能進(jìn)行穩(wěn)譜，探測(cè)晶體上的高壓無(wú)法及時(shí)調(diào)整，各能區(qū)窗口發(fā)生偏移。soft能區(qū)（60-100keV）較窄且計(jì)數(shù)率較低，偏移后采集計(jì)數(shù)率異常導(dǎo)致Pe計(jì)算錯(cuò)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(zhǎng)短源距同時(shí)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(shí)調(diào)整特側(cè)晶體上的高壓，由于此方法需要改動(dòng)硬件電路和儀器構(gòu)造而過(guò)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(cè)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(cè)井系統(tǒng)進(jìn)行儀器控制和信號(hào)處理及地面測(cè)井軟件配置的專(zhuān)用軟件，不同的服務(wù)表對(duì)同一種儀器也會(huì)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(shí)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(cè)速9米/分鐘測(cè)井），即大約有20秒穩(wěn)譜失效調(diào)整時(shí)間，因此在煤層將測(cè)速降至23米/分鐘，使穩(wěn)

10、譜系統(tǒng)有充分時(shí)間恢復(fù)正常，避免Pe延遲過(guò)長(zhǎng)；（3） 手動(dòng)設(shè)置增益以補(bǔ)償穩(wěn)譜錯(cuò)誤。當(dāng)煤層出現(xiàn)穩(wěn)譜譜道偏離230道時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行手動(dòng)增益調(diào)節(jié)，保證穩(wěn)譜譜道處于正常的230道。ECLIPS-5700測(cè)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(dòng)設(shè)置井下儀器增益并可以選擇是否打開(kāi)井下儀器增益自動(dòng)跟蹤。在測(cè)井時(shí)，應(yīng)注意打開(kāi)“ZDL GAIN & TRACKING”窗口，并保證“ON”按鈕打開(kāi)，以便使自動(dòng)增益跟蹤系統(tǒng)能夠隨時(shí)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(dòng)增益失效時(shí)應(yīng)采取手動(dòng)增益設(shè)置以保證穩(wěn)譜正確。當(dāng)需要手動(dòng)設(shè)置增益時(shí)，在“SET GAIN=”中輸入增益后回車(chē)，并應(yīng)點(diǎn)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(shí)應(yīng)注意觀察“Z-DENSILOG PROCESSED SPECTRUM”窗口，及時(shí)調(diào)節(jié)以防止增益過(guò)大或過(guò)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(shí)，穩(wěn)譜譜峰（cspk）處于230道，系統(tǒng)自動(dòng)穩(wěn)譜正常。在一般情況下，ECLIPS-5700地面系統(tǒng)軟件會(huì)自動(dòng)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(wú)需人工干預(yù)；當(dāng)穩(wěn)譜譜峰（cspk）較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)偏移2305道時(shí)，就必須手動(dòng)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(xiàn)能量范圍較窄，計(jì)數(shù)率低，而僅長(zhǎng)源距探測(cè)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(shí)Pe在煤層產(chǎn)生延遲）。經(jīng)過(guò)多口井的實(shí)驗(yàn)證明，選擇不同的OCT服務(wù)表，在煤層適當(dāng)降低測(cè)速，并及時(shí)使用手動(dòng)增益調(diào)節(jié)的方法，能夠有