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岩石孔隙中含有天然气时中子测井响应会出现异常,针对该问题进行定量研究能够提高中子测井孔隙度的计算精度。本文利用中子扩散理论对快中子在不同介质中的减速长度进行定量计算,并利用中子能谱计算核素平均散射截面。利用不同状态方程计算气体的状态参量,并通过天然气与中子测井标准地层减速能力的对比,将天然气介质的温度、压力因素与中子孔隙度建立联系,提供考虑地层温度和压力影响的天然气中子孔隙度的计算方法。本文详细阐述了基于核素平均散射截面计算中子测井响应的基本原理和实施步骤,对照斯伦贝谢测井解释图版中子测井孔隙度,对本文计算结果进行了正确性验证,并提供了考虑地层温度和压力因素影响的天然气中子孔隙度关系式。具体内容包括以下几个方面:(1)基于中子慢化能谱的核素平均散射截面计算方法。地层常见核素非弹性散射阈能较高,在地层介质中的快中子的减速作用以弹性散射为主,本文据此选用两种慢化能谱分布对地层常见核素的平均散射截面进行分段计算。由于地层介质中对快中子主要起慢化作用的是水中的氢元素,本文将水的分界能0.414eV作为地层常见核素的分界能,在中子能量为0.025~0.414eV的范围内使用麦克斯韦-玻尔兹曼分布,在0.414eV~4.5MeV的能量范围内采用费米谱分布。(2)基于中子扩散理论的快中子减速长度计算方法。本文采用两种中子慢化能谱对给定能量范围内的核素平均散射截面进行计算,将不同能量的中子群体等效为同等数量的单能中子群体并利用单能中子扩散理论计算快中子在不同介质中的减速长度,提高了计算效率。(3)天然气中子孔隙度的计算方法。本文通过将天然气与中子测井标准地层减速能力进行对比,建立相同能量的快中子在天然气中与在饱含淡水石灰岩中的减速长度的等量关系,将气体介质的温度、压力因素与标准地层的孔隙度建立联系,提供了地层温度和压力条件下的天然气中子孔隙度的计算方法。(4)结果验证与应用。将代入中子测井响应方程的含气地层中子测井响应与斯伦贝谢测井解释图版对比,符合程度较好;随后分别计算了甲烷、乙烷和天然气的中子孔隙度随温度和压力的变化,最后建立起以地层温度和压力为自变量的天然气中子孔隙度函数关系式,为测井解释中温度和压力异常环境的气层评价提供借鉴。