铀裂变瞬发中子-γ融合测井中水的影响及修正方法研究

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铀裂变瞬发中子-γ融合测井(以下简称中子-γ融合测井)技术是采用中子、γ射线同步测量,以矿段的中子、γ测井解释结果计算矿段的铀镭平衡系数,并与矿段γ测井结果融合解释每个测点的铀含量的测井方法。本文以《铀裂变瞬发中子-γ融合测井及航空监测关键技术研究》核能开发项目提出的中子-γ融合测井技术为研究对象,简要分析了中子-γ融合测井的影响因素,选择了水作为主要因素进行影响分析及修正方法研究。以核工业放射性勘查计量站Nu系列砂岩测井模型为参考,基于MCNP程序构建中子-γ融合测井仪与测井模型。通过模拟不同铀含量的砂岩测井模型对中子-γ融合测井仪进行了刻度,并完成了中子非弹性散射、俘获等γ射线对γ测井部分的影响研究。分别对裸眼孔及含水井眼条件下,不同孔径井眼的居中测量、靠壁测量结果进行比对分析。同时设置了不同密度的泥浆对测井结果的影响及修正进行了模拟分析。通过在MCNP程序中调整模型成分及密度,对不同孔隙度下的测井结果进行了孔隙度影响分析与中子寿命修正。结论如下:1)通过对中子-γ融合测井仪进行刻度,得到了中子测井铀含量换算系数及γ测井镭定量换算系数;在Nu系列模型中,中子与地层作用产生的非弹、俘获等γ射线对γ测井计算含量造成的相对误差在1.845%~14.62%范围内,随着铀含量的增加,非弹性散射、俘获等γ射线造成的相对误差降低。2)在孔径为90~300mm的裸眼干孔下,孔径越大,中子、γ测井部分的计数率越低;通过引入不同井径对应的水层厚度求出的水层修正系数,可以使修正后的含量计算结果接近标称值;当井眼中注入清水后,水层对靠壁测量结果的影响明显小于居中测量;建议在含水井眼中使用靠壁测量的测量方法。3)与清水相比,当井液密度在1.1~1.5g/cm~3的范围内时,对中子测井部分的影响小于1.907%,可以将泥浆视为清水进行修正;井液密度对γ测井部分造成较大影响,密度增加导致计算含量相对偏差在-3.011%~-19.250%范围内,经过等效水层厚度修正后,计算含量的相对误差小于2.371%。4)孔隙水将对中子测井部分造成较大影响,在0%~40%范围内,孔隙度越高,超热中子计数越低、热中子计数越高,依据E/T计算的中子计数率及计算含量越低,通过中子寿命修正后,在15%~35%常见孔隙度范围内,计算含量接近刻度标称值;孔隙水对γ测井部分的影响较中子测井部分小,计算含量相对误差在-11.5%~8.734%范围内。5)基于砂岩型铀含量积木模型中的相关实验数据验证了MCNP模拟结果的准确性。
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