地層評価中性子多孔度

地層評価の分野では、多孔度は石油とガスの埋蔵量を定量化する重要な測定方法の 1 つです。中性子多孔度測定では、中性子源を使用して貯留層内の水素指数を測定します。水素指数は多孔度に直接関係します。物質の水素指数 (HI) は、物質内の 1 cm ³あたりの水素原子の濃度と、75 °F の純水の濃度の比として定義されます。水素原子は水と石油で満たされた貯留層の両方に存在するため、その量を測定すれば液体で満たされた多孔度の量を推定できます。

中性子は、通常、アメリシウムベリリウム (Am-Be) やプルトニウムベリリウム (Pu-Be) などの放射性源から放出されるか、ミニトロンなどの電子中性子発生器によって生成されます。これらの源から放出される高速中性子は、4 MeV から 14 MeV のエネルギー範囲を持ち、物質と非弾性的に相互作用します。2 MeV まで減速すると、弾性散乱を開始し、中性子が約 0.025 eV の熱エネルギーレベルに達するまでさらに減速します。その後、熱中性子が吸収されると、ガンマ線が放出されます。適切な検出器を源から一定の距離に配置すると、エピサーマル中性子集団、熱中性子集団、または吸収後に放出されるガンマ線を測定できます。

弾性衝突の力学では、質量が等しい 2 つの粒子の衝突時に最大のエネルギー伝達が発生すると予測されています。したがって、水素原子 (H) は質量がほぼ等しいため、中性子の速度を最も遅くします。水素は基本的に細孔空間に存在する水や油の量と関連しているため、調査対象体積内の中性子数の測定は多孔度に直接関連しています。

空隙率の測定は、中性子空隙率ログの最も重要な用途の 1 つです。正確な空隙率測定には、岩相、ボーリング ホール パラメータなどの補正パラメータが次のように必要です。

1. 掘削孔サイズ
2. 掘削孔の塩分濃度
3. 掘削孔の温度と圧力
4. マッドケーキ
5. 泥の重さ
6. 地層の塩分濃度
7. 掘削孔壁からのツールのスタンドオフ

さまざまな仮定と補正を条件として、見かけの多孔度の値はどの中性子ログからでも導き出すことができます。他の要素による中性子の減速は、たとえ効果が低いとしても過小評価してはいけません。岩相、粘土含有量、炭化水素の量と種類などの特定の効果は、追加の多孔度情報 (たとえば、音波ログや密度ログ) が利用できる場合にのみ認識され、補正されます。中性子ログのみの解釈は、不確実性を伴うことを認識した上で行う必要があります。

中性子ツールのガスまたは軽質炭化水素に対する定量的な反応は、主に水素指数と「掘削効果」に依存します。水素指数は炭化水素の組成と密度から推定できます。

体積が一定であれば、ガスの水素濃度はかなり低くなります。岩石の細孔空間が掘削され、ガスに置き換わると、地層の中性子減速特性は小さくなります。これが「掘削効果」と呼ばれるものです。この効果を無視すると、中性子ログは低い多孔度値を示します。この特性により、中性子多孔度ログを他の多孔度ログ (密度ログなど) と併用して、ガス領域を検出し、ガスと液体の接触を特定できます。

中性子ツールは、調査対象体積内の異なるエネルギー レベルの中性子雲の測定に基づいています。熱外中性子ツールは、地層内の 100eV から 0.1eV のエネルギー レベルの熱外中性子密度を測定します。熱中性子ツールは、熱エネルギー レベルの中性子の集団のみを測定し、中性子ガンマ ツールは、熱中性子捕獲によって生成されるガンマ フラックスの強度を測定します。ツールには通常、ソースからの間隔が異なる 2 つ (またはそれ以上) の検出器があり、カウント レートの比率を生成して、理論的にはボアホール効果を低減します。

ヘリウム3 (He-3) を充填した比例計数管は、最も一般的なエピサーマルおよび熱中性子検出器です。ヘリウムは中性子捕獲断面積が大きく、中性子と相互作用すると次の反応が発生します。

   3 He + 1 n →    1 H + 3 H + 764keV エネルギー

ヘリウムと中性子の相互作用によって生成される電荷​​を増幅するために、高電圧がカウンターの陽極に印加されます。カウント目的に十分なゲインが得られるように、高い動作電圧が選択されます。ほとんどのヘリウム 3 カウンターは、高電圧性能を安定させ、暴走を防ぐためにクエンチ ガスを使用します。

• 中性子温度
• 有効多孔度
• ガス多孔性

• John T. Dewan、「オープンホール核伐採 - 最新技術」 - SPWLA 第 27 回年次伐採シンポジウム、1986 年 6 月 9 日～13 日。