一种确定多矿物组分孔隙岩石中子特征长度的方法

1.本发明属于石油天然气开发领域，具体涉及一种确定多矿物组分孔隙岩石中子特征长度的方法。


背景技术：

2.中子与介质元素发生相互作用后，其中子、伽马场分布受中子特征长度参数控制，直接影响石油勘探中核测井地层评价方法，因此，地层介质的中子特征长度参数是核测井研究的基础，对于研究中子与地层介质相互作用过程、获取核测量响应规律和探测系统设计具有重要意义。
3.目前，介质中子特征长度参数主要依靠中子实验获取，其较高的技术门槛、严苛的实验条件和高昂的实验费用均限制了测量的介质范围。在石油勘探过程中，地层岩性介质复杂，组分差异巨大，导致无法利用中子实验实时获取任意地层的中子特征长度参数。蒙特卡罗方法通过进行大量的随机抽样和统计实验，在模拟中子、光子及电子输运过程方面已取得了广泛应用，其数值模拟结果与实际实验结果具有极高的一致性。
4.因此，亟需利用蒙特卡罗数值模拟实验替代传统中子实验，准确获取多矿物组分孔隙岩石的中子特征长度，为多矿物组分孔隙岩石中子特征长度的快速获取提供新方法。


技术实现要素：

5.本发明为了解决多矿物组分孔隙岩石中子特征长度参数难以准确获取的问题，从中子特征长度理论公式入手，结合蒙特卡罗数值模拟方法，通过修正supermc数值模拟软件的元素截面贡献占比，利用修正后的supermc数值模拟软件模拟获取多种地层介质的中子减速长度、中子迁移长度、中子减速长度计算参数和中子迁移长度计算参数，构建中子特征长度参数数据库，再采用岩石介质含量与中子特征长度参数相卷积的处理方法，实现了对多矿物组分孔隙岩石中子特征长度的快速计算和准确获取，对于核测量响应规律的研究和核测量探测系统的设计具有重要意义。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种确定多矿物组分孔隙岩石中子特征长度的方法，具体包括以下步骤：
8.步骤1，利用supermc数值模拟软件建立中子通量数值模拟模型；
9.中子通量数值模拟模型设置呈球体结构，内部充填有模拟地层，球心处设置有点状快中子源，沿球体半径均匀设置有多个球壳记录面，用于记录中子通量数值模拟模型内不同位置处的超热中子通量和热中子通量；
10.步骤2，利用中子通量数值模拟模型模拟得到不同介质的中子特征长度，通过与已有中子特征长度实验数据库中各介质的中子特征长度进行对比，对supermc数值模拟软件的元素截面贡献进行修正；
11.步骤3，利用修正后的supermc数值模拟软件重新建立中子通量数值模拟模型，选取多种地层介质和快中子源，基于蒙特卡罗数值模拟方法，分别利用中子通量数值模拟模
型模拟获取不同快中子源条件下各地层介质的中子减速长度、中子迁移长度、中子减速长度计算系数和中子迁移长度计算系数，形成中子特征长度参数数据库，具体包括以下子步骤：
12.步骤3.1，利用修正后的supermc数值模拟软件重新建立中子通量数值模拟模型，选取多种快中子源，针对各快中子源分别执行步骤3.2～3.5；
13.步骤3.2，选取多种地层介质，设置快中子源的类型，根据选取的地层介质依次改变中子通量数值模拟模型中的模拟地层组分，基于修正后的supermc数值模拟软件，分别利用中子通量数值模拟模型模拟中子在各地层介质中的运动过程，得到各地层介质的中子减速长度和中子迁移长度；
14.步骤3.3，从多种地层介质中选取两种地层介质依次作为第一介质和第二介质，利用第一介质和第二介质组成混合介质；
15.步骤3.3，设置混合介质中第一介质和第二介质的体积分数，根据混合介质设置中子通量数值模拟模型的模拟地层，基于修正后的supermc数值模拟软件，利用中子通量数值模拟模型模拟得到混合介质的中子减速长度l
ls
和中子迁移长度l
lm
；
16.改变混合介质中第一介质和第二介质的体积分数，并根据修改后的混合介质重新设置中子通量数值模拟模型的模拟地层，利用修改后的中子通量数值模拟模型模拟得到修改后混合介质的中子减速长度l
′
ls
和中子迁移长度l
′
lm
；
17.步骤3.4，根据中子减速长度数据库分别获取第一介质、第二介质的中子减速长度，基于混合物质一般性准则，结合中子通量数值模拟模型修改前后模拟得到的混合介质中子减速长度以及修改前后第一介质、第二介质的体积分数，计算得到第一介质的中子减速长度计算系数和第二介质的中子减速长度计算系数，如公式(1)所示：
[0018][0019]
式中，φ1为第一介质的体积分数，φ2为第二介质的体积分数，φ
′1为修改后第一介质的体积分数，φ
′2为修改后第二介质的体积分数，l
1_ls
为第一介质的中子减速长度，l
2_ls
为第二介质的中子减速长度，α
1_s
为第一介质的中子减速长度计算系数，α
2_s
为第二介质的中子减速长度计算系数；
[0020]
再根据中子迁移长度数据库分别获取第一介质、第二介质的中子迁移长度，基于混合物质一般性准则，结合中子通量数值模拟模型修改前后模拟得到的混合介质中子迁移长度以及修改前后第一介质、第二介质的体积分数，计算第一介质的中子迁移长度计算系数和第二介质的中子迁移长度计算系数，如公式(2)所示：
[0021][0022]
式中，l
1_lm
为第一介质的中子迁移长度，l
2_lm
为第二介质的中子迁移长度，α
1_m
为第一介质的中子迁移长度计算系数，α
2_m
为第二介质的中子迁移长度计算系数；
[0023]
步骤3.5，改变混合介质中第一介质和第二介质的介质种类，从步骤3.2中选取的
多种地层介质中重新选择两种地层介质依次作为第一介质和第二介质重新组成混合介质，返回步骤3.3中继续模拟，直至混合介质所选取的第一介质和第二介质已全部遍历步骤3.2中所有的地层介质，则进入步骤3.6；
[0024]
步骤3.6，根据不同快中子源条件下各地层介质的中子减速长度、中子迁移长度、中子减速长度计算系数和中子迁移长度计算参数，构建中子减速长度数据库、中子迁移长度数据库、中子减速长度计算系数数据库和中子迁移长度计算系数数据库，形成中子特征长度参数数据库；
[0025]
其中，中子减速长度数据库bs为：
[0026][0027]
式中，m为地层介质的种类数，j为快中子源的种类数，l
s(m,j)
为第j种快中子源条件下第m种地层介质的中子减速长度；
[0028]
中子迁移长度数据库bm为：
[0029][0030]
式中，l
m(m,j)
为第j种快中子源条件下第m种地层介质的中子迁移长度；
[0031]
中子减速长度计算系数数据库cs为：
[0032][0033]
式中，α
s(m,j)
为第j种快中子源条件下第m种地层介质的中子减速长度计算系数；
[0034]
中子迁移长度计算系数数据库cm为：
[0035][0036]
式中，α
m(m,j)
为第j种快中子源条件下第m种地层介质的中子迁移长度计算系数；
[0037]
步骤4，获取待计算多矿物组分孔隙岩石的成分以及探测采用快中子源的类型，确定待计算多矿物组分孔隙岩石中所包含的地层介质以及各地层介质的体积分数，建立岩石介质组分含量矩阵a，如公式(7)所示：
[0038]
a＝(φ
1 φ2ꢀ…ꢀ
φn)1×nꢀꢀꢀ
(7)
[0039]
式中，n为多矿物组分孔隙岩石中地层介质的种类数，φn为多矿物组分孔隙岩石
中第n种地层介质的体积分数；
[0040]
基于中子特征长度参数数据库，结合所确定的快中子源类型，从中子特征长度参数数据库中提取多矿物组分孔隙岩石中各地层介质所对应的中子减速长度和中子减速长度计算系数，计算得到多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度l
mix_ls
，如公式(8)所示：
[0041][0042]
其中，
[0043][0044][0045]
式中，l
mix_ls
为多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度，d
j_ls
为多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度混合介质系数，e
j_ls
为多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度贡献矩阵，α
s(n,j)
为第j种快中子源条件下多矿物组分孔隙岩石中第n种地层介质的中子减速长度计算系数，l
s(n,j)
为第j种快中子源条件下多矿物组分孔隙岩石中第n种地层介质的中子减速长度；
[0046]
再从中子特征长度参数数据库中提取多矿物组分孔隙岩石中各地层介质所对应的中子迁移长度和中子迁移长度计算系数，计算得到多矿物组分孔隙岩石的中子迁移长度l
mix_lm
，如公式(11)所示：
[0047][0048]
其中，
[0049]
[0050][0051]
式中，l
mix_lm
为多矿物组分孔隙岩石的中子迁移长度，d
j_lm
为多矿物组分孔隙岩石的中子迁移长度混合介质系数，e
j_lm
为多矿物组分孔隙岩石的中子迁移长度贡献矩阵，α
lm(n,j)
为第j种快中子源条件下多矿物组分孔隙岩石中第n种地层介质的中子迁移长度计算系数，l
m(n,j)
为第j种快中子源条件下多矿物组分孔隙岩石中第n种地层介质的中子迁移长度；
[0052]
根据多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度和中子迁移长度，计算多矿物组分孔隙岩石的中子扩散长度l
mix_ld
，如公式(14)所示：
[0053][0054]
式中，l
mix_ld
为多矿物组分孔隙岩石的中子扩散长度；
[0055]
步骤5，基于多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度、中子迁移长度和中子扩散长度，得到多矿物组分孔隙岩石的中子特征长度参数。
[0056]
优选地，所述步骤1中，中子通量数值模拟模型的半径不超过300cm，超热中子的能量范围设置为0.414～1.46ev，热中子的能量范围设置为0～0.414ev。
[0057]
优选地，所述步骤2中，具体包括以下步骤：
[0058]
步骤2.1，选取多种模拟介质，根据中子通量数值模拟模型的精度要求设置误差值ε，对supermc数值模拟软件中元素截面的贡献占比进行修正；
[0059]
步骤2.2，在模拟介质中任选一种介质，根据选取介质的密度和元素组成设置中子通量数值模拟模型中的模拟地层，利用中子通量数值模拟模型模拟中子在模拟介质中的运动过程，采用面通量计数方式分别记录各球壳记录面处的超热中子通量和热中子通量，计算得到模拟介质中子特征长度参数的计算值，包括模拟介质的中子减速长度、中子迁移长度和中子扩散长度，再利用已有的中子特征长度实验数据库获取模拟介质中子特征长度参数的实验值；
[0060]
步骤2.3，计算模拟介质中子特征长度参数中各参数计算值与实验值之间的差值，并与误差值ε进行比较，若模拟介质中子特征长度参数中各参数的差值均小于误差值，则进入步骤2.4，否则，调整supermc数值模拟软件中的元素截面贡献占比，返回步骤2.2；
[0061]
步骤2.4，改变中子通量数值模拟模型中模拟地层的介质，返回步骤2.2中继续对supermc数值模拟软件进行修正，直至遍历完步骤2.1中选取的所有模拟介质后，进入步骤2.5；
[0062]
步骤2.5，停止对supermc数值模拟软件进行修正，得到修正后的supermc数值模拟软件。
[0063]
优选地，所述步骤2.1中，所述模拟介质包括矿物和流体，其中，矿物至少包括砂岩、灰岩、白云岩、刚玉、石膏和褐铁矿，流体至少包括水、油、甲烷、矿化水和二氧化碳。
[0064]
优选地，所述步骤2.2中，基于中子输送方程，根据中子通量数值模拟模型中各球壳记录面处记录的超热中子通量，计算模拟介质的中子减速长度ls，如公式(15)所示：
[0065][0066]
式中，ls为模拟介质的中子减速长度，r为中子移动的距离，φ1(r)为超热中子通量；
[0067]
根据中子通量数值模拟模型中各球壳记录面处记录的热中子通量，计算模拟介质的中子迁移长度lm，如公式(16)所示：
[0068][0069]
式中，lm为模拟介质的中子迁移长度，φ2(r)为热中子通量；
[0070]
再根据模拟介质的中子减速长度ls和中子迁移长度lm，计算模拟介质的中子扩散长度ld，如公式(17)所示：
[0071][0072]
式中，ld为模拟介质的中子扩散长度。
[0073]
优选地，所述步骤3.2中，地层介质至少包括砂岩sio2、灰岩caco3、白云岩camgco3、刚玉al2o3、石膏caso4、褐铁矿fe2o3、水h2o、油c
22h44
、甲烷ch4和二氧化碳co2。
[0074]
本发明所带来的有益技术效果：
[0075]
1、本发明通过修正supermc数值模拟软件中的元素截面，利用修正后的supermc数值模拟软件建立中子通量数值模拟模型模拟中子在地层介质中的作用过程，提高了蒙特卡罗数值模拟方法的模拟精度，实现了对地层介质中子减速长度和中子迁移长度的准确获取。
[0076]
2、本发明从中子特征长度理论公式入手，基于蒙特卡罗数值模拟方法构建中子特征长度参数数据库，通过获取多矿物组分孔隙岩石的地层介质组成，采用地层介质含量与中子特征长度参数相卷积的处理方法，实现了对多矿物组分孔隙岩石中子特征长度参数的准确获取，解决了多矿物组分孔隙岩石中子特征长度参数难以快速且准确获取的难题，对于研究中子与地层介质之间的相互作用、获取核测量响应规律以及核测量探测系统设计等方面具有极其重要的意义。
附图说明
[0077]
图1为中子通量数值模拟模型的示意图。图中：1为中子源，2为模拟地层，3为地层通量记录面。
[0078]
图2为中子通量随源距的响应规律。
[0079]
图3为supermc数值模拟软件修正流程图。
[0080]
图4为本发明方法计算的中子特征长度参数与实测中子特征长度参数的对比图。
具体实施方式
[0081]
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
[0082]
本发明提出了一种确定多矿物组分孔隙岩石中子特征长度的方法，具体包括以下步骤，
[0083]
步骤1，利用supermc数值模拟软件建立中子通量数值模拟模型，如图1所示，中子通量数值模拟模型设置呈球体结构，内部充填有模拟地层，本实施例中球体结构的半径设置为300cm，球心处设置有点状快中子源，沿球体半径每隔2cm设置一个球壳记录面，用于记录中子通量数值模拟模型内不同位置处的超热中子通量和热中子通量，超热中子的能量范围设置为0.414～1.46ev、热中子的能量范围设置为0～0.414ev。
[0084]
由中子输送理论可知，中子特征长度参数包括中子减速长度ls(用于反应介质的中子慢化能力)、中子扩散长度ld(用于反应介质的中子扩散能力)和中子迁移长度lm，其中，中子减速长度ls定义为中子源释放的快中子(能量为e0)经介质散射减速至超热中子(能量为e
epi
)时所移动平均直线距离的1/6，中子迁移长度lm定义为中子源释放的快中子(能量为e0)经介质散射减速至热中子(能量为e
th
)时所移动平均直线距离的1/6。
[0085]
因此，根据中子通量数值模拟模型中各球壳记录面处记录的超热中子通量得到模拟介质的中子减速长度ls为：
[0086][0087]
式中，ls为模拟介质的中子减速长度，r为中子移动的距离，φ1(r)为超热中子通量；
[0088]
根据中子通量数值模拟模型中各球壳记录面处记录的热中子通量得到模拟介质的中子迁移长度lm为：
[0089][0090]
式中，lm为模拟介质的中子迁移长度，φ2(r)为热中子通量；
[0091]
根据模拟介质的中子减速长度ls和中子迁移长度lm，计算模拟介质的中子扩散长度ld为：
[0092][0093]
式中，ld为模拟介质的中子扩散长度。
[0094]
本实施例中利用中子通量数值模拟模型进行模拟，将中子通量数值模拟模型的快中子源设置为d-t中子源、模拟地层设置为孔隙度为10％的含水砂岩地层，模拟得到中子通量随源距的响应规律，如图2所示。
[0095]
步骤2，利用中子通量数值模拟模型模拟得到不同介质的中子特征长度，通过与斯伦贝谢公司中子特征长度实验数据库(该中子特征长度数据库由d.c.mckeon等人所建立，为本领域的现有技术)中各介质的中子特征长度进行对比，对supermc数值模拟软件的元素
截面贡献进行修正，如图3所示，具体包括以下子步骤：
[0096]
步骤2.1，选取多种矿物和流体作为模拟介质，根据中子通量数值模拟模型的精度要求设置误差值ε，对supermc数值模拟软件中碳元素、氧元素、硅元素、钙元素、镁元素、铝元素、铁元素、氯元素、氢元素、钠元素、钾元素和硫元素的元素截面贡献进行修正。
[0097]
本实施例中用于修正元素截面贡献所需的模拟介质中，矿物包括砂岩(sio2)、灰岩(caco3)、白云岩(camgco3)、黄铁矿(fe2s3)和正长石(kalsi3o8)，流体包括水(h2o)、油(c
22h44
)、甲烷(ch4)、矿化水和二氧化碳(co2)，其中，砂岩(sio2)用于修正氧元素和硅元素的元素截面贡献；灰岩(caco3)用于修正碳元素和钙元素的元素截面贡献；白云石(camgco3)用于修正镁元素的元素截面贡献；黄铁矿(fe2s3)用于修正铁元素及硫元素的元素截面贡献；含矿化水的砂岩(本实施例矿化水设置为nacl溶液)用于修正氢元素和氯元素的元素截面贡献；正长石(kalsi3o8)用于修正铝元素和钾元素的元素截面贡献。
[0098]
步骤2.2，在模拟介质中任选一种介质，根据选取介质的密度和元素组成设置中子通量数值模拟模型中的模拟地层，由于d.c.mckeon等人所建立的中子特征长度数据库采用的快中子源为d-t中子源，所以将中子通量数值模拟模型的快中子源设置为d-t中子源，利用中子通量数值模拟模型模拟中子在模拟介质中的运动过程，采用面通量计数方式分别记录各球壳记录面处的超热中子通量和热中子通量，利用公式(15)～(17)分别计算模拟介质的中子减速长度、中子迁移长度和中子扩散长度，得到模拟介质中子特征长度参数的计算值，再利用已有的中子特征长度实验数据库获取模拟介质中子特征长度参数的实验值。
[0099]
步骤2.3，计算模拟介质中子特征长度参数中各参数计算值与实验值之间的差值，并与误差值ε进行比较，若模拟介质中子特征长度参数中各参数的差值均小于误差值，则进入步骤2.4，否则，调整supermc数值模拟软件中的元素截面贡献占比，返回步骤2.2。
[0100]
步骤2.4，改变中子通量数值模拟模型中模拟地层的介质，返回步骤2.2中继续对supermc数值模拟软件进行修正，直至遍历完步骤2.1中选取的所有模拟介质后，进入步骤2.5。
[0101]
步骤2.5，停止对supermc数值模拟软件进行修正，得到修正后的supermc数值模拟软件。
[0102]
步骤3，利用修正后的supermc数值模拟软件重新建立中子通量数值模拟模型，选取多种地层介质和快中子源，基于蒙特卡罗数值模拟方法，分别利用中子通量数值模拟模型模拟获取不同快中子源条件下各地层介质的中子减速长度、中子迁移长度、中子减速长度计算系数和中子迁移长度计算系数，形成中子特征长度参数数据库，具体包括以下子步骤：
[0103]
步骤3.1，利用修正后的supermc数值模拟软件重新建立中子通量数值模拟模型，将中子通量数值模拟模型的快中子源依次设置为d-t中子源、d-d中子源和am-be中子源，针对d-t中子源、d-d中子源和am-be中子源分别执行步骤3.2～3.5。
[0104]
步骤3.2，选取多种地层介质，本实施例中用于构建中子特征长度参数数据库的地层介质包括砂岩sio2、灰岩caco3、白云岩camgco3、刚玉al2o3、石膏caso4、褐铁矿fe2o3、水h2o、油c
22h44
、甲烷ch4和二氧化碳co2。
[0105]
根据选取的地层介质，依次将中子通量数值模拟模型中模拟地层的成分设置为砂岩sio2、灰岩caco3、白云岩camgco3、刚玉al2o3、石膏caso4、褐铁矿fe2o3、水h2o、油c
22h44
、甲
烷ch4和二氧化碳co2，基于修正后的supermc数值模拟软件，分别利用中子通量数值模拟模型模拟中子在各地层介质中的运动过程，得到各地层介质的中子减速长度和中子迁移长度。
[0106]
步骤3.3，从多种地层介质中选取两种地层介质依次作为第一介质和第二介质，利用第一介质和第二介质组成混合介质。
[0107]
步骤3.3，设置混合介质中第一介质的体积分数为φ1、第二介质的体积分数为φ2，根据混合介质设置中子通量数值模拟模型的模拟地层，基于修正后的supermc数值模拟软件，利用中子通量数值模拟模型模拟得到混合介质的中子减速长度l
ls
和中子迁移长度l
lm
。
[0108]
改变混合介质中第一介质和第二介质的体积分数，设置混合介质中第一介质的体积分数为φ
′1、第二介质的体积分数为φ
′2，并根据修改后的混合介质重新设置中子通量数值模拟模型的模拟地层，利用修改后的中子通量数值模拟模型模拟得到修改后混合介质的中子减速长度l
′
ls
和中子迁移长度l
′
lm
。
[0109]
步骤3.4，根据中子减速长度数据库分别获取第一介质、第二介质的中子减速长度，基于混合物质一般性准则，结合中子通量数值模拟模型修改前后模拟得到的混合介质中子减速长度以及修改前后第一介质、第二介质的体积分数，计算得到第一介质的中子减速长度计算系数和第二介质的中子减速长度计算系数，如公式(1)所示：
[0110][0111]
式中，φ1为第一介质的体积分数，φ2为第二介质的体积分数，φ
′1为修改后第一介质的体积分数，φ
′2为修改后第二介质的体积分数，l
1_ls
为第一介质的中子减速长度，l
2_ls
为第二介质的中子减速长度，α
1_s
为第一介质的中子减速长度计算系数，α
2_s
为第二介质的中子减速长度计算系数。
[0112]
再根据中子迁移长度数据库分别获取第一介质、第二介质的中子迁移长度，基于混合物质一般性准则，结合中子通量数值模拟模型修改前后模拟得到的混合介质中子迁移长度以及修改前后第一介质、第二介质的体积分数，利用最小二乘法计算第一介质的中子迁移长度计算系数和第二介质的中子迁移长度计算系数，如公式(2)所示：
[0113][0114]
式中，l
1_lm
为第一介质的中子迁移长度，l
2_lm
为第二介质的中子迁移长度，α
1_m
为第一介质的中子迁移长度计算系数，α
2_m
为第二介质的中子迁移长度计算系数。
[0115]
步骤3.5，改变混合介质中第一介质和第二介质的介质种类，从步骤3.2中选取的多种地层介质中重新选择两种地层介质作为第一介质和第二介质重新组成混合介质，返回步骤3.3中继续模拟，直至混合介质所选取的第一介质和第二介质已全部遍历步骤3.2中所有的地层介质，进入步骤3.6。
[0116]
步骤3.6，根据各快中子源条件下各地层介质的中子减速长度构建中子减速长度数据库，根据各快中子源条件下各地层介质的中子迁移长度构建中子迁移长度数据库，根
据各快中子源条件下各地层介质的中子减速长度计算系数构建中子减速长度计算系数数据库，根据各快中子源条件下各地层介质的中子迁移长度计算系数构建中子迁移长度计算系数数据库，综合中子减速长度数据库、中子迁移长度数据库、中子减速长度计算系数数据库和中子迁移长度计算系数数据库，形成中子特征长度参数数据库。
[0117]
中子特征长度参数数据库中，中子减速长度数据库bs为：
[0118][0119]
式中，m为地层介质的种类数，j为快中子源的种类数，l
s(m,j)
为第j种快中子源条件下第m种地层介质的中子减速长度。
[0120]
中子迁移长度数据库bm为：
[0121][0122]
式中，l
m(m,j)
为第j种快中子源条件下第m种地层介质的中子迁移长度。
[0123]
中子减速长度计算系数数据库cs为：
[0124][0125]
式中，α
s(m,j)
为第j种快中子源条件下第m种地层介质的中子减速长度计算系数。
[0126]
中子迁移长度计算系数数据库cm为：
[0127][0128]
式中，α
m(m,j)
为第j种快中子源条件下第m种地层介质的中子迁移长度计算系数。
[0129]
步骤4，获取待计算多矿物组分孔隙岩石的成分以及探测采用快中子源的类型，确定待计算多矿物组分孔隙岩石中所包含的地层介质以及各地层介质的体积分数，建立岩石介质组分含量矩阵a，如公式(7)所示：
[0130]
a＝(φ
1 φ2ꢀ…ꢀ
φn)1×nꢀꢀꢀ
(7)
[0131]
式中，n为多矿物组分孔隙岩石中地层介质的种类数，φn为多矿物组分孔隙岩石中第n种地层介质的体积分数。
[0132]
基于中子特征长度参数数据库，结合所确定的快中子源类型，从中子特征长度参
数数据库中提取多矿物组分孔隙岩石中各地层介质所对应的中子减速长度和中子减速长度计算系数，计算得到多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度l
mix_ls
，如公式(8)所示：
[0133][0134]
其中，
[0135][0136][0137]
式中，l
mix_ls
为多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度，d
j_ls
为多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度混合介质系数，e
j_ls
为多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度贡献矩阵，α
s(n,j)
为第j种快中子源条件下多矿物组分孔隙岩石中第n种地层介质的中子减速长度计算系数，l
s(n,j)
为第j种快中子源条件下多矿物组分孔隙岩石中第n种地层介质的中子减速长度。
[0138]
再从中子特征长度参数数据库中提取多矿物组分孔隙岩石中各地层介质所对应的中子迁移长度和中子迁移长度计算系数，计算得到多矿物组分孔隙岩石的中子迁移长度l
mix_lm
，如公式(11)所示：
[0139][0140]
其中，
[0141][0142]
[0143]
式中，l
mix_lm
为多矿物组分孔隙岩石的中子迁移长度，d
j_lm
为多矿物组分孔隙岩石的中子迁移长度混合介质系数，e
j_lm
为多矿物组分孔隙岩石的中子迁移长度贡献矩阵，α
lm(n,j)
为第j种快中子源条件下多矿物组分孔隙岩石中第n种地层介质的中子迁移长度计算系数，l
m(n,j)
为第j种快中子源条件下多矿物组分孔隙岩石中第n种地层介质的中子迁移长度。
[0144]
根据多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度和中子迁移长度，计算多矿物组分孔隙岩石的中子扩散长度l
mix_ld
，如公式(14)所示：
[0145][0146]
式中，l
mix_ld
为多矿物组分孔隙岩石的中子扩散长度。
[0147]
步骤5，基于多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度、中子迁移长度和中子扩散长度，得到多矿物组分孔隙岩石的中子特征长度参数。
[0148]
利用本发明方法分别计算孔隙度10％含水砂岩的中子特征长度参数、孔隙度20％含水灰岩的中子特征长度参数和孔隙度10％含气砂岩的中子特征长度参数，并与实际实验测量的中子特征长度参数进行对比，如图4所示，对比发现采用本发明方法计算的中子特征长度参数值与实测中子特征长度参数值之间的平均误差仅为0.6％，验证了本发明方法中子特征长度参数计算结果的准确性。
[0149]
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种确定多矿物组分孔隙岩石中子特征长度的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，利用supermc数值模拟软件建立中子通量数值模拟模型；中子通量数值模拟模型设置呈球体结构，内部充填有模拟地层，球心处设置有点状快中子源，沿球体半径均匀设置有多个球壳记录面，用于记录中子通量数值模拟模型内不同位置处的超热中子通量和热中子通量；步骤2，利用中子通量数值模拟模型模拟得到不同介质的中子特征长度，通过与已有中子特征长度实验数据库中各介质的中子特征长度进行对比，对supermc数值模拟软件的元素截面贡献进行修正；步骤3，利用修正后的supermc数值模拟软件重新建立中子通量数值模拟模型，选取多种地层介质和快中子源，基于蒙特卡罗数值模拟方法，分别利用中子通量数值模拟模型模拟获取不同快中子源条件下各地层介质的中子减速长度、中子迁移长度、中子减速长度计算系数和中子迁移长度计算系数，形成中子特征长度参数数据库，具体包括以下子步骤：步骤3.1，利用修正后的supermc数值模拟软件重新建立中子通量数值模拟模型，选取多种快中子源，针对各快中子源分别执行步骤3.2～3.5；步骤3.2，选取多种地层介质，设置快中子源的类型，根据选取的地层介质依次改变中子通量数值模拟模型中的模拟地层组分，基于修正后的supermc数值模拟软件，分别利用中子通量数值模拟模型模拟中子在各地层介质中的运动过程，得到各地层介质的中子减速长度和中子迁移长度；步骤3.3，从多种地层介质中选取两种地层介质依次作为第一介质和第二介质，利用第一介质和第二介质组成混合介质；步骤3.3，设置混合介质中第一介质和第二介质的体积分数，根据混合介质设置中子通量数值模拟模型的模拟地层，基于修正后的supermc数值模拟软件，利用中子通量数值模拟模型模拟得到混合介质的中子减速长度l
ls
和中子迁移长度l
lm
；改变混合介质中第一介质和第二介质的体积分数，并根据修改后的混合介质重新设置中子通量数值模拟模型的模拟地层，利用修改后的中子通量数值模拟模型模拟得到修改后混合介质的中子减速长度l
′
ls
和中子迁移长度l
′
lm
；步骤3.4，根据中子减速长度数据库分别获取第一介质、第二介质的中子减速长度，基于混合物质一般性准则，结合中子通量数值模拟模型修改前后模拟得到的混合介质中子减速长度以及修改前后第一介质、第二介质的体积分数，计算得到第一介质的中子减速长度计算系数和第二介质的中子减速长度计算系数，如公式(1)所示：式中，φ1为第一介质的体积分数，φ2为第二介质的体积分数，φ1′
为修改后第一介质的体积分数，φ2′
为修改后第二介质的体积分数，l
1_ls
为第一介质的中子减速长度，l
2_ls
为第二介质的中子减速长度，α
1_s
为第一介质的中子减速长度计算系数，α
2_s
为第二介质的中子减速长度计算系数；
再根据中子迁移长度数据库分别获取第一介质、第二介质的中子迁移长度，基于混合物质一般性准则，结合中子通量数值模拟模型修改前后模拟得到的混合介质中子迁移长度以及修改前后第一介质、第二介质的体积分数，计算第一介质的中子迁移长度计算系数和第二介质的中子迁移长度计算系数，如公式(2)所示：式中，l
1_lm
为第一介质的中子迁移长度，l
2_lm
为第二介质的中子迁移长度，α
1_m
为第一介质的中子迁移长度计算系数，α
2_m
为第二介质的中子迁移长度计算系数；步骤3.5，改变混合介质中第一介质和第二介质的介质种类，从步骤3.2中选取的多种地层介质中重新选择两种地层介质依次作为第一介质和第二介质重新组成混合介质，返回步骤3.3中继续模拟，直至混合介质所选取的第一介质和第二介质已全部遍历步骤3.2中所有的地层介质，则进入步骤3.6；步骤3.6，根据不同快中子源条件下各地层介质的中子减速长度、中子迁移长度、中子减速长度计算系数和中子迁移长度计算参数，构建中子减速长度数据库、中子迁移长度数据库、中子减速长度计算系数数据库和中子迁移长度计算系数数据库，形成中子特征长度参数数据库；其中，中子减速长度数据库b
s
为：式中，m为地层介质的种类数，j为快中子源的种类数，l
s(m,j)
为第j种快中子源条件下第m种地层介质的中子减速长度；中子迁移长度数据库b
m
为：式中，l
m(m,j)
为第j种快中子源条件下第m种地层介质的中子迁移长度；中子减速长度计算系数数据库c
s
为：式中，α
s(m,j)
为第j种快中子源条件下第m种地层介质的中子减速长度计算系数；中子迁移长度计算系数数据库c
m
为：
式中，α
m(m,j)
为第j种快中子源条件下第m种地层介质的中子迁移长度计算系数；步骤4，获取待计算多矿物组分孔隙岩石的成分以及探测采用快中子源的类型，确定待计算多矿物组分孔隙岩石中所包含的地层介质以及各地层介质的体积分数，建立岩石介质组分含量矩阵a，如公式(7)所示：a＝(φ
1 φ2…
φ
n
)1×
n
ꢀꢀꢀꢀ
(7)式中，n为多矿物组分孔隙岩石中地层介质的种类数，φ
n
为多矿物组分孔隙岩石中第n种地层介质的体积分数；基于中子特征长度参数数据库，结合所确定的快中子源类型，从中子特征长度参数数据库中提取多矿物组分孔隙岩石中各地层介质所对应的中子减速长度和中子减速长度计算系数，计算得到多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度l
mix_ls
，如公式(8)所示：其中，其中，式中，l
mix_ls
为多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度，d
j_ls
为多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度混合介质系数，e
j_ls
为多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度贡献矩阵，α
s(n,j)
为第j种快中子源条件下多矿物组分孔隙岩石中第n种地层介质的中子减速长度计算系数，l
s(n,j)
为第j种快中子源条件下多矿物组分孔隙岩石中第n种地层介质的中子减速长度；再从中子特征长度参数数据库中提取多矿物组分孔隙岩石中各地层介质所对应的中子迁移长度和中子迁移长度计算系数，计算得到多矿物组分孔隙岩石的中子迁移长度l
mix_lm
，如公式(11)所示：其中，
式中，l
mix_lm
为多矿物组分孔隙岩石的中子迁移长度，d
j_lm
为多矿物组分孔隙岩石的中子迁移长度混合介质系数，e
j_lm
为多矿物组分孔隙岩石的中子迁移长度贡献矩阵，α
lm(n,j)
为第j种快中子源条件下多矿物组分孔隙岩石中第n种地层介质的中子迁移长度计算系数，l
m(n,j)
为第j种快中子源条件下多矿物组分孔隙岩石中第n种地层介质的中子迁移长度；根据多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度和中子迁移长度，计算多矿物组分孔隙岩石的中子扩散长度l
mix_ld
，如公式(14)所示：式中，l
mix_ld
为多矿物组分孔隙岩石的中子扩散长度；步骤5，基于多矿物组分孔隙岩石的中子减速长度、中子迁移长度和中子扩散长度，得到多矿物组分孔隙岩石的中子特征长度参数。2.根据权利要求1所述的一种确定多矿物组分孔隙岩石中子特征长度的方法，其特征在于，所述步骤1中，中子通量数值模拟模型的半径不超过300cm，超热中子的能量范围设置为0.414～1.46ev，热中子的能量范围设置为0～0.414ev。3.根据权利要求1所述的一种确定多矿物组分孔隙岩石中子特征长度的方法，其特征在于，所述步骤2中，具体包括以下步骤：步骤2.1，选取多种模拟介质，根据中子通量数值模拟模型的精度要求设置误差值ε，对supermc数值模拟软件中元素截面的贡献占比进行修正；步骤2.2，在模拟介质中任选一种介质，根据选取介质的密度和元素组成设置中子通量数值模拟模型中的模拟地层，利用中子通量数值模拟模型模拟中子在模拟介质中的运动过程，采用面通量计数方式分别记录各球壳记录面处的超热中子通量和热中子通量，计算得到模拟介质中子特征长度参数的计算值，包括模拟介质的中子减速长度、中子迁移长度和中子扩散长度，再利用已有的中子特征长度实验数据库获取模拟介质中子特征长度参数的实验值；步骤2.3，计算模拟介质中子特征长度参数中各参数计算值与实验值之间的差值，并与误差值ε进行比较，若模拟介质中子特征长度参数中各参数的差值均小于误差值，则进入步骤2.4，否则，调整supermc数值模拟软件中的元素截面贡献占比，返回步骤2.2；
步骤2.4，改变中子通量数值模拟模型中模拟地层的介质，返回步骤2.2中继续对supermc数值模拟软件进行修正，直至遍历完步骤2.1中选取的所有模拟介质后，进入步骤2.5；步骤2.5，停止对supermc数值模拟软件进行修正，得到修正后的supermc数值模拟软件。4.根据权利要求3所述的一种确定多矿物组分孔隙岩石中子特征长度的方法，其特征在于，所述步骤2.1中，所述模拟介质包括矿物和流体，其中，矿物至少包括砂岩、灰岩、白云岩、刚玉、石膏和褐铁矿，流体至少包括水、油、甲烷、矿化水和二氧化碳。5.根据权利要求3所述的一种确定多矿物组分孔隙岩石中子特征长度的方法，其特征在于，所述步骤2.2中，基于中子输送方程，根据中子通量数值模拟模型中各球壳记录面处记录的超热中子通量，计算模拟介质的中子减速长度l
s
，如公式(15)所示：式中，l
s
为模拟介质的中子减速长度，r为中子移动的距离，φ1(r)为超热中子通量；根据中子通量数值模拟模型中各球壳记录面处记录的热中子通量，计算模拟介质的中子迁移长度l
m
，如公式(16)所示：式中，l
m
为模拟介质的中子迁移长度，φ2(r)为热中子通量；再根据模拟介质的中子减速长度l
s
和中子迁移长度l
m
，计算模拟介质的中子扩散长度l
d
，如公式(17)所示：式中，l
d
为模拟介质的中子扩散长度。6.根据权利要求1所述的一种确定多矿物组分孔隙岩石中子特征长度的方法，其特征在于，所述步骤3.2中，地层介质至少包括砂岩sio2、灰岩caco3、白云岩camgco3、刚玉al2o3、石膏caso4、褐铁矿fe2o3、水h2o、油c
22
h
44
、甲烷ch4和二氧化碳co2。

技术总结
本发明公开了一种确定多矿物组分孔隙岩石中子特征长度的方法。本发明通过修正SuperMC数值模拟软件的元素截面贡献，利用修正后的软件建立中子通量数值模拟模型，模拟得到不同快中子源条件下各地层介质的中子减速长度、中子迁移长度、中子减速长度计算系数和中子迁移长度计算系数，形成中子特征长度参数数据库，结合多矿物组分孔隙岩石的成分建立岩石介质组分含量矩阵，采用地层介质含量与中子特征长度参数相卷积的处理方法，确定多矿物组分孔隙岩石的中子特征长度参数。本发明实现了对多矿物组分孔隙岩石中子特征长度参数的准确获取，有利于研究中子与地层介质相互作用时中子场和伽马场的分布特征，为核测量响应规律和核测量探测系统设计奠定了基础。和核测量探测系统设计奠定了基础。和核测量探测系统设计奠定了基础。


技术研发人员：张锋 梁启轩 陈前 张慧
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2022.07.06
技术公布日：2022/11/1