随钻岩性密度仪器的温度校正

袁 伟 陈红喜 尚修盛 张立娟 尹 璐

（中海油田服务股份有限公司油田技术事业部，河北 燕郊 065201）

0 引言

随着勘探开发不断地深入和精细化，特别是对复杂油气层的要求也越来越高，获取原状地层的信息变得尤为重要。随钻岩性密度仪器是随钻技术的一种，能够获取原状地层的实时密度，为测井解释和勘探开发提供重要的数据支撑。钻井过程中，随着钻井深度的增加，地层的温度会越来越高，直接影响着密度测量值，此时温度校正变得很关键。

1 测量原理

岩性密度测井[1，2]是用伽马源照射地层，用长短源距伽马探测器测量能够产生光电效应和康普顿效应的伽马射线[3，4]，用能谱分析方法测量光电效应区和康普顿效应区的计数率，进而记录岩石光电吸收截面指数和岩石体积密度。

密度计算所用公式如下：

其中，ρS与ρL为短长源距密度值；NS与NL为短长源距能窗计数率；zcor为密度补偿值；ρ为最终密度 测 量 值；AS、BS、AL、BL、k1、k2、k3分 别 为 仪 器 测 量 响应系数。

岩性Pe的计算公式如下：

其中，Pen与Pef为短长源距的Pe值；softn与hardn为短源距岩性软硬窗计数率；softf与hardf为长源距岩性软硬窗的计数率；An、Bn、Cn为短源距岩性系数；Af、Bf、Cf为长源距岩性系数。

2 温度对测量的影响

温度对测量的影响主要从谱型变化和测量内存数据两个方面来分析。

2.1 温度对谱型的影响

岩性密度测量的本质是测量地层的谱，然后在谱型中划分6种能量窗，分别为NS、NL、softn、hardn、softf和hardf。

温度对测量的影响，主要在于温度升高，会导致仪器测量性能变差，导致仪器测量得到的谱发生漂移或者谱型发生了畸变。从电路实现过程来看，温度的变化，会导致谱型发生变化，一旦温度过高，峰位漂移的比较厉害，已经不能通过调节高压来实现稳峰的目的，进而只能压缩测量谱或者寻峰错误[5]。图1为测量的原始谱型。

图1 测量的原始谱型

从图1可以看出，蓝色为30℃时候的测量谱，温度到了90℃时候，谱型变成了黄色显示的谱型。对于密度窗计数率而言，能窗计数率明显发生了变化，这种情况属于谱型发生了畸变和轻微的漂移。对于岩性而言，测量的能量区域比较低，受环境影响比较大，稍微的谱型变化和漂移，对岩性测量来讲是致命的。因此，岩性密度测量进行温度校正是很有必要的。

2.2 温度对能窗计数率影响

温度对谱型的影响会直接导致能窗计数率的变化。图2展示长源距计数率具有如下特征：仪器的计数率在小于90℃时，温度升高计数率降低，温度大于90℃时，温度升高计数率也随着升高。短源距也具有该变化规律。出现这样的非线性规律，跟NaI晶体的温度特性有关系，同时与NaI晶体相匹配的前放电路也有关系。

图2 长源距计数率温度趋势图

3 温度校正

通过温度对能谱和能窗计数率的研究，实现温度对密度和Pe的补偿，可以有两种思路。第一种：动态改变能窗划分，让能窗划分随着谱的漂移而变化。这种方法好处是能够有效抑制低能量段的环境干扰，实时匹配能谱的变化，缺点就是在电路实现上有难度，还需要通过很多实验来寻找动态调节能窗范围的方法，最终通过硬件和软件共同实现调节温度变化带来的计数率变化。第二种：只从算法上，单纯的实现计数率校正。从理论上讲，仪器正常工作时，不管温度多少，希望计数率值能够保持很好地稳定状态。这种方法的好处是简单，能够快速的通过软件实现，缺点是必须保证所有的仪器都要作温度校正，得到每支仪器的温度校正系数。

3.1 温度校正表

通过温度校正两种思路的综合比较，目前采用第二种方法最容易实现，最终通过加温实验得到每个温度下的校正表。

具体做法如下：（1）准备一支仪器，将仪器放置在加温箱中加温，设置加温范围23~150℃；（2）下发仪器参数，并将仪器设置为测井模式，开始记录数据，保存数据到仪器内存；（3）读取仪器数据，求取23~150℃下的平均计数率，分别记录 “Temp”“Shrnall”“Shrfall”“CntDenW_NSAll”“CntDenW_FSAll”这五个参数，代表的意思为记录温度、短源距软硬窗计数率比、长源距软硬窗计数率比、短源距密度能窗计数率、长源距密度能窗计数率；（4）保存仪器温度校正表为“txt”格式，如下表1所示，由于篇幅原因，该表只显示80~90℃时刻的数据。

表1 温度校正表

3.2 温度校正流程

校正流程如下：

（1）温度表数据准备。温度表要求的温度范围为23～150℃之间，如果数据不全，将温度数据补全，比如测试温度范围40~140℃，那么就补齐23~40℃数据为40℃时值，补齐140～150℃数据为140℃时值。

（2）确定仪器的参考温度，一般确定温度表中的起始温度t0=23℃为参考温度。

（3）根据参考温度t0，查找温度表确定对应的四个参数：Shrnall_t0，Shrfall_t0，CntDenW_NS_t0，CntDenW_FS_t0。

（4）实际工作温度t，查找温度表对应的四个参数：Shrnall_t，Shrfall_t，CntDenW_NS_t，CntDenW_FS_t。

（5）自动算出校正系数

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）重新计算t度时校正后的能窗计数率

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）将校正后的能窗计数率代入密度和Pe计算公式，得到校正后的密度和Pe。

4 应用

将刻度系数和温度校正表下发到仪器后，采用2居里的Cs137大源进行现场测试，温度范围从40～140℃，参考温度为23℃。按照校正流程，测试结果如图3和图4所示。

图3 测量密度值温度趋势图

图4 测量Pe值温度趋势图

从图3和图4中很明显看出，温度校正前，温度小于90℃时，测量精度还在允许范围内，这在井温不高的区域测量还能满足要求。温度大于90℃后，其测量精度超出了预期，而且变化的幅度明显，这对储集层岩性的判断和油气解释变得不可靠。经过以上的温度校正流程后，密度平均值为2.546g/cm3，测量精度为0.014g/cm3，Pe平均值为2.664b/e，测量精度为0.23b/e。随钻密度仪器测量要求在10s采样时，密度精度为0.025g/cm3，Pe测量精度为0.5b/e，很明显经过温度校正后达到了测量要求。

5 结论

经过温度对测量谱和计数率的研究表明，温度不是很高情况下（小于90℃），测量精度还能满足要求，但是温度较高（大于90℃）时，测量精度变差。通过温度校正流程的处理后，测量精度得到了很大的提高，满足储集层判断和油气解释的要求。本论文只研究了温度对测量的影响以及校正方法，没有从仪器硬件上研究导致温度变化的原因，后期会从仪器结构、电路设计和制造工艺方面出发，找到导致随钻密度仪器温度变化的原因，进而更好地推广仪器作业。