邱益香，劉青，王江波

中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司裝備與銷(xiāo)售分公司（陜西西安710054）

關(guān)于中子孔隙度量值國(guó)際比對(duì)的探討

邱益香，劉青，王江波

中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司裝備與銷(xiāo)售分公司（陜西西安710054）

遵循計(jì)量比對(duì)的相關(guān)技術(shù)規(guī)定，針對(duì)中子孔隙度石油測(cè)井專(zhuān)業(yè)特殊性，擬采用“實(shí)物計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)”方法，對(duì)國(guó)際量值比對(duì)涉及的設(shè)備選取、比對(duì)步驟及比對(duì)結(jié)果評(píng)價(jià)等內(nèi)容，做出初步的方案，有利于提高國(guó)內(nèi)外核測(cè)井量值的一致性。

中子孔隙度；量值；校準(zhǔn)；比對(duì)

由石油工業(yè)測(cè)井計(jì)量站研制的“中子孔隙度標(biāo)準(zhǔn)刻度井群”，于1998年4月通過(guò)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局考核[1]，授權(quán)為中子孔隙度石油測(cè)井最高專(zhuān)用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置。根據(jù)原中國(guó)石油天然氣總公司《最高計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具和工作標(biāo)準(zhǔn)器具管理規(guī)定》的相關(guān)要求；同時(shí)為便于開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證、認(rèn)可、考核評(píng)審，提供能力證明，應(yīng)開(kāi)展孔隙度量值的國(guó)際比對(duì)[2-3]。

1 中子標(biāo)準(zhǔn)井國(guó)際情況

1）位于美國(guó)休斯頓大學(xué)的API工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4]，建立于1959年的中子標(biāo)準(zhǔn)井，為美國(guó)石油行業(yè)各測(cè)井公司所普遍采用。由低孔迦太基灰?guī)r（1.9 p.u.），中孔印第安納灰?guī)r（19 p.u.），高孔澳士汀灰?guī)r（29 p.u.）組成。其在特定的歷史條件下，在統(tǒng)一單位，標(biāo)準(zhǔn)量值方面，發(fā)揮了重要的作用。

2）位于蘇格蘭阿伯丁，由15個(gè)石油公司出錢(qián)籌建的EUROPA刻度設(shè)施是API標(biāo)準(zhǔn)井的補(bǔ)充，其是唯一的世界公認(rèn)的脈沖中子測(cè)井儀（Sigma值）的刻度標(biāo)準(zhǔn)。

3）中子EECF位于休斯頓，刻度工房高約10m，有零孔隙度和孔隙為15%～18%的地層；共有41個(gè)由堆積法建造的石灰?guī)r、砂巖和白云巖的刻度罐，孔隙度為33%～44%，刻度罐放在地面以下的井坑中。

API和EUROPA是石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而EECF井群為斯倫貝謝公司的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，用EECF堆積井作實(shí)驗(yàn)、測(cè)試，其值由API井和EUROPA來(lái)驗(yàn)證。

美國(guó)中子孔隙度井群的孔隙度值分布情況如表1所示。

2 中國(guó)中子孔隙度行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

由石油工業(yè)測(cè)井計(jì)量站建成的中子孔隙度標(biāo)準(zhǔn)井群（表2），為我國(guó)中子孔隙度測(cè)井的行業(yè)最高標(biāo)準(zhǔn)，一直開(kāi)展向下的量值傳遞業(yè)務(wù)。其量值溯源系統(tǒng)如圖1所示。

3 中子孔隙度量值比對(duì)

3.1概述

在國(guó)際上，建造中子孔隙度刻度井的方法都采用天然模塊法、顆粒堆積法和石板法，我國(guó)建成的中子孔隙度標(biāo)準(zhǔn)井群中，采用顆粒堆積法和石板法建造的幾口井是與美國(guó)阿特拉斯公司合作建造的，阿特拉斯聘請(qǐng)的建井專(zhuān)家是來(lái)自斯倫貝謝的，實(shí)現(xiàn)了與國(guó)際接軌。由于中子孔隙度的定值都是溯源于社會(huì)公用質(zhì)量基準(zhǔn)，從理論上講，中國(guó)、美國(guó)兩處的中子刻度井群處于相同的準(zhǔn)確度水平。而國(guó)內(nèi)各石油相關(guān)單位建造的刻度井其量值或由計(jì)量站比對(duì)確定，且孔隙度刻度點(diǎn)數(shù)量少，區(qū)別于《計(jì)量比對(duì)》[1]中的一般情況，不能照搬使用，而應(yīng)根據(jù)特殊實(shí)際，做出比對(duì)實(shí)施方案。由于儀器和放射源的進(jìn)出口十分麻煩，考慮實(shí)施的可行性，擬采用單循環(huán)方式開(kāi)展比對(duì)。整體思路參考《核測(cè)井儀器量值傳遞規(guī)程》[5]的有關(guān)內(nèi)容。

表1 美國(guó)中子孔隙度井群的孔隙度值分布/（p.u.）

圖1 中子孔隙度量值溯源系統(tǒng)

表2 中國(guó)中子標(biāo)準(zhǔn)井群技術(shù)參數(shù)表

3.2量值比對(duì)設(shè)備選取

1）在國(guó)外購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)指標(biāo)較先進(jìn)、最具代表性的中子孔隙度測(cè)井儀和一顆20居里的Am-Pe中子源（需要選擇委托單位，如阿特拉斯公司或存放地休斯敦大學(xué)）。在美國(guó)休斯敦API井中做詳盡測(cè)試，經(jīng)過(guò)測(cè)試選準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性符合要求的儀器作為比對(duì)設(shè)備。

2）配套地面采集系統(tǒng)，要求其穩(wěn)定性符合要求。

3）要求有一個(gè)核查設(shè)備與之配套，用來(lái)核查儀器測(cè)井前后、甲乙兩地儀器穩(wěn)定性的考核標(biāo)準(zhǔn)，可以選用大自來(lái)水水坑。

3.3量值比對(duì)步驟

在進(jìn)行刻度井測(cè)量前，必須對(duì)測(cè)井儀、地面采集系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)地檢查、標(biāo)定，使儀器處于最佳工作狀態(tài)，而且確保在兩處刻度井的測(cè)量過(guò)程中，儀器的工作狀態(tài)和各項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)都應(yīng)保持完全相同。只有這樣才能把兩個(gè)地方的刻度井中測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行比較，從而完成兩個(gè)物理刻度模型之間的量值比對(duì)工作。

1）用測(cè)井儀及其地面配套設(shè)備，在國(guó)外井群中確定響應(yīng)關(guān)系。由于美國(guó)中子刻度井和中國(guó)中子刻度井的孔隙度標(biāo)稱(chēng)值，在數(shù)量上和標(biāo)稱(chēng)值上都不完全相同，沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系。所以，只有通過(guò)孔隙度與比值的響應(yīng)關(guān)系才能計(jì)算確定。計(jì)算方法目前有多項(xiàng)式、對(duì)數(shù)、分段線(xiàn)性等，按什么響應(yīng)計(jì)算，需要了解掌握。為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，采用增加測(cè)量點(diǎn)數(shù)和適當(dāng)延長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間使放射性測(cè)量固有的統(tǒng)計(jì)漲落誤差降低到可以接受的水平這個(gè)方法。

2）在測(cè)井儀的刻度有效期內(nèi)，用以上相同的量傳設(shè)備、相同的測(cè)試條件及相同的測(cè)試方法，到西安井中測(cè)試。測(cè)前、測(cè)后校準(zhǔn)；合格后，放入西安井中特定位置，最少選擇孔隙度值低、中、高的3口測(cè)試，測(cè)出探測(cè)器的響應(yīng)值，根據(jù)響應(yīng)關(guān)系計(jì)算國(guó)內(nèi)檢測(cè)時(shí)孔隙度值。

3）檢測(cè)測(cè)得的孔隙度值，與原標(biāo)稱(chēng)定值進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算示值誤差，與允查對(duì)比做出判斷。

3.4比對(duì)結(jié)果評(píng)價(jià)

1）孔隙度測(cè)量值的確定。補(bǔ)償中子測(cè)井儀的響應(yīng)關(guān)系就是補(bǔ)償中子測(cè)井儀測(cè)量的中子孔隙度與短、長(zhǎng)源距探測(cè)器計(jì)數(shù)率比值之間的函數(shù)關(guān)系，如式（1）：

式中：Φ為中子孔隙度，p.u.；R為短、長(zhǎng)源距探測(cè)器計(jì)數(shù)率比；K為刻度系數(shù)。

按式（2）求R：

式中：Nss為短源距探測(cè)器計(jì)數(shù)率，cps；Ns為長(zhǎng)源距探測(cè)器計(jì)數(shù)率，cps。

按式（3）求刻度系數(shù)K：

式中：Rstd為刻度器的標(biāo)準(zhǔn)比值；Rm為刻度時(shí)實(shí)測(cè)的比值。

2）計(jì)算孔隙度示值誤差。按公式（4）計(jì)算孔隙度示值誤差：

式中：Φm為孔隙度測(cè)量值，p.u.；Φs為（中國(guó)）標(biāo)準(zhǔn)井孔隙度的標(biāo)稱(chēng)值，p.u.。

3）與參考值對(duì)比，進(jìn)行比對(duì)結(jié)果一致性的評(píng)判。

4 結(jié)論

量值傳遞和量值溯源作為保證計(jì)量準(zhǔn)確性和一致性的方法,是兩個(gè)緊密關(guān)聯(lián)的互逆過(guò)程。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中,產(chǎn)品的質(zhì)量關(guān)系到企業(yè)的生存和發(fā)展。測(cè)量結(jié)果是否準(zhǔn)確,是否與國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一致是企業(yè)質(zhì)量保證的一部分。為了確保計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量值統(tǒng)一、準(zhǔn)確、可靠，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局有關(guān)規(guī)定，積極參與到國(guó)際計(jì)量組織和國(guó)際計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的工作中,參加國(guó)際計(jì)量比對(duì)。通過(guò)開(kāi)展與美國(guó)休斯敦大學(xué)API標(biāo)準(zhǔn)井的測(cè)量比對(duì)，確立國(guó)內(nèi)核測(cè)井計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際核測(cè)井計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)于提高國(guó)內(nèi)外核測(cè)井量值的一致性，確保海外測(cè)井作業(yè)質(zhì)量和技術(shù)水平有一定的意義。

[1]王池，原遵東，林延?xùn)|.JJF 1117-2010《計(jì)量比對(duì)》實(shí)施指南[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2011.

[2]郭海敏,戴家才.套管井地層參數(shù)測(cè)井[M].北京：石油工業(yè)出版社，2003.

[3]邱益香，劉青，王江波.中子孔隙度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量可靠性研究[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2013,29(10):1-6.

[4]黃隆基.核測(cè)井原理[M].東營(yíng):石油大學(xué)出版社，2000.

[5]陸大衛(wèi),邱益香,胡秀妮.石油測(cè)井儀器的刻度標(biāo)準(zhǔn)化工作[J].測(cè)井技術(shù),2013,37(3):223-228.

According to the technological regulations related tomeasurement comparison and the particularity of neutron porosity log?ging,the preliminary plansofequipmentselection,comparison stepsand comparison resultevaluation related to international value com?parison are finished,which is conducive to improving the consistency ofnuclear logging valueathomeand abroad.

neutron porosity;value;calibration;comparison

路萍

2015-12-09

邱益香（1962-），女，高級(jí)工程師，中國(guó)石油測(cè)井有限公司計(jì)量刻度二級(jí)專(zhuān)家，從事放射性測(cè)井儀器的開(kāi)發(fā)及方法研究，負(fù)責(zé)行業(yè)最高標(biāo)準(zhǔn)刻度裝置的研制及其應(yīng)用的方法研究。