本发明属于核测井，具体涉及一种通过阵列式脉冲中子仪器评估潜山氦气的方法。
背景技术：
1、氦气作为一种无色无味的惰性气体，具有独特的物理化学性质，在航空航天、医疗、低温超导、深潜和电子等领域具有不可替代的作用。氦是一种不可再生的自然资源，目前从天然气储层中开采获取仍是工业制氦的唯一途径。氦气资源在全球的分布极其不均，主要分布在美国、阿尔及利亚、卡塔尔、俄罗斯、波兰等国，其中美国占据了世界氦气产量和储量的大部分，拥有绝对的话语权。我国的氦气对外依存度达94％以上，氦资源关系国家安全和高新技术产业发展，考虑到我国贫氦并且对氦资源的需求逐年增加、长期依赖进口的情况，应尽快在氦气成藏区域开展氦气资源的勘探开发。
2、而潜山是一种埋藏在地层下的古老山脉，经勘探其中具备氦气成藏条件，急需进行氦气的勘探开发。潜山的地质结构通常较为复杂，包含了古老的岩石层和较新的沉积物，导致潜山储层岩性相比于常规地层更为复杂，主要由太古界变质岩和下古生界碳酸盐岩组成。其中，变质岩以石英、长石、黑云母等矿物为主，碳酸盐岩以灰岩和白云岩为主。此外，还有绿泥石、伊利石以及高岭石等泥质矿物存在。这种复杂性影响了氦气的生成和分布。潜山中的氦气主要来源于铀-钍衰变过程。岩石中的铀元素和钍元素在长期的放射性衰变中产生氦气，这些氦气可能会在岩石孔隙中积累。潜山的储气条件受其地质结构影响较大，氦气可能会在岩石裂缝、孔隙和断层中聚集，形成储层。氦气的积累也受到岩石的透气性、孔隙度以及地层压力的影响。由于潜山地质结构的复杂性和氦气的微量存在，探测氦气往往需要高精度的仪器和技术。传统的地质勘探方法可能难以准确评估氦气的分布和储量，因此迫切需要提供一种能在潜山储层中识别氦气的方法。
技术实现思路
1、针对传统地质勘探方法可能难以准确评估氦气的分布和储量的问题，本发明提供了一种通过阵列式脉冲中子仪器评估潜山氦气的方法，实现地层中的氦气的识别与定量计算。
2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方法如下：
3、一种通过阵列式脉冲中子仪器评估潜山氦气的方法，包括以下步骤：
4、步骤1、获取待测地层的孔隙度岩性和密度，并根据岩性组成及其含量，将待测地层划分层段；
5、步骤2、根据所得孔隙度将层段分为低孔隙度地层段、中孔隙度地层段和高孔隙度地层段三类；
6、步骤3、构建基于非弹伽马计数比法的气体识别模型igcr，基于俘获伽马计数比法的气体识别模型cgcr，以及基于快中子弹性截面法的气体识别模型fnes；
7、步骤4、对待测地层的不同层段进行蒙特卡洛仿真模拟，获得三个气层识别模型分别对应的饱含氦气曲线和饱含甲烷曲线，进而计算得到低孔隙度地层段、中孔隙度地层段和高孔隙度地层段下三个气层识别模型的权重系数，即：
8、
9、式中，和分别为低孔隙度地层段下igcr、cgcr、fnes三个气层识别模型的权重系数；和分别为中孔隙度地层段下igcr、cgcr、fnes三个气层识别模型的权重系数；和分别为高孔隙度地层段下igcr、cgcr、fnes三个气层识别模型的权重系数；为低孔隙度地层段与中孔隙度地层段之间的孔隙度临界值；为中孔隙度地层段与高孔隙度地层段之间的孔隙度临界值；和分别为低孔隙度地层段下igcr、cgcr、fnes三个气层识别模型的精度系数；和分别为中孔隙度地层段下igcr、cgcr、fnes三个气层识别模型的精度系数；和分别为高孔隙度地层段下igcr、cgcr、fnes三个气层识别模型的精度系数；和分别为低孔隙度地层段下igcr、cgcr、fnes三个气体识别模型的灵敏度；和分别为中孔隙度地层段下igcr、cgcr、fnes三个气体识别模型的灵敏度；和分别为高孔隙度地层段下igcr、cgcr、fnes三个气体识别模型的灵敏度；j＝1,2,3分别表示低孔隙度地层、中孔隙度地层和高孔隙度地层；
10、其中，的计算公式为：
11、
12、式中，i＝1,2,3分别表示igcr、cgcr、fnes三个气体识别模型；和分别表示同一孔隙度地层段j下氦气和甲烷在气体识别模型i上的值，根据气体识别模型i的饱含氦气曲线和饱含甲烷曲线获得；σ1为氦气对应的计数率统计误差；σ2为甲烷对应的计数率统计误差；
13、步骤5、根据待测地层的不同层段所属孔隙度地层段类型，构建最优气体计算模型fia：
14、
15、进而，对待测地层的不同层段进行蒙特卡洛仿真模拟，获得最优气体计算模型fia对应的饱含水曲线、饱含氦气曲线以及饱含甲烷曲线；
16、步骤6、利用阵列式脉冲中子测井仪器探测待测地层的各层段，根据探测结果，分别计算不同层段下igcr、cgcr、fnes三个气体识别模型的值，带入该层段孔隙度所对应的最优气体计算模型fia，计算得到待测地层关于不同层段的实测曲线；
17、步骤7、将实测曲线与步骤5所得饱含水曲线、饱含氦气曲线和饱含甲烷曲线作对比，对于待测地层的各层段，若实测曲线介于饱含氦气曲线与饱含甲烷曲线之间，并低于饱含水曲线，则认为该层段存在氦气。
18、进一步地，存在氦气的层段中，氦气含量she的计算公式为：
19、
20、式中，fia为实测曲线中该层段的最优气体计算模型fia的值；为步骤5所得饱含氦气曲线中该层段的最优气体计算模型fia的值；fiach4为步骤5所得饱含甲烷曲线中该层段的最优气体计算模型fia的值。
21、进一步地，所述阵列式脉冲中子测井仪器包括电子设备组件，以及自下而上依次设置的脉冲中子发生器、近源伽马射线探测器、第一3he管中子探测器、远源伽马射线探测器、第二3he管中子探测器和超远源伽马射线探测器；其中，电子设备组件用于将井下探测的伽马射线转换为电信号以及与仪器地面的通信；脉冲中子发生器用于以固定的脉冲宽度和重复周期t向待测地层发射高能快中子；近源伽马射线探测器、远源伽马射线探测器和超远源伽马射线探测器用于探测中子与待测地层中各元素物质相互作用时产生的瞬发伽马射线能谱及其对应时间谱dt；第一3he管中子探测器和第二3he管中子探测器用于探测快中子经待测地层慢化后到达其的热中子数量。
22、进一步地，所述气体识别模型fnes根据对已知地层进行蒙特卡洛模拟得到非弹伽马计数，与计算得到的已知地层的综合fnes值之间的映射关系而构建，通过获取待测地层的非弹伽马计数，即可获得待测地层的综合fnes值；其中，已知地层的综合fnes值的计算过程为：先计算已知地层中各矿物和流体的弹性散射截面，后根据fnes体积模型得到。
23、进一步地，已知地层中各矿物和流体的弹性散射截面的计算过程为：通过先计算该矿物或流体中各原子在14mev快中子下的弹性散射截面与对应原子个数的乘积，在对所有原子对应的乘积进行求和，最后对总和乘以10-28得到。
24、进一步地，所述气体识别模型igcr利用脉冲中子爆发期内近源伽马射线探测器与远源伽马射线探测器/超远源伽马射线探测器之间的非弹性伽马射线计数率比值结合计数率的统计误差来进行气体识别；
25、其中，利用近源伽马射线探测器与远源伽马射线探测器计算igcr值的公式为：
26、
27、利用近源伽马射线探测器与超远源伽马射线探测器计算igcr值的公式为：
28、
29、式中，tburst表示脉冲中子爆发期；nss(t)、nls(t)和nxls(t)分别表示近源伽马射线探测器、远源伽马射线探测器和超远源伽马射线探测器在t时刻所接收的伽马射线计数；和分别表示近源伽马射线探测器、远源伽马射线探测器和超远源伽马射线探测器接收伽马射线计数的统计误差。
30、进一步地，所述气体识别模型cgcr利用测量周期t内近源伽马射线探测器与远源伽马射线探测器/超远源伽马射线探测器之间的俘获伽马射线计数率比值结合计数率的统计误差来进行气体识别；
31、其中，利用近源伽马射线探测器与远源伽马射线探测器计算cgcr值的公式为：
32、
33、利用近源伽马射线探测器与超远源伽马射线探测器计算cgcr值的公式为：
34、
35、进一步地，
36、进一步地，
37、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
38、本发明提出了一种通过阵列式脉冲中子仪器评估潜山氦气的方法，利用不同情况下气体识别灵敏度不同的气体识别模型igcr、cgcr和fnes，构建最优气体计算模型fia，结合三个气体识别模型的优势，实现不同岩性、不同孔隙度下潜山储层中的自适应氦气识别和定量，大大降低了孔隙度和岩性对氦气识别的影响，并且在任何情况下始终保持较高的识别灵敏度，解决目前常规测井中无法有效识别地层储层中氦气的问题，对未来我国在氦气勘探方面有着重要应用价值。
1.一种通过阵列式脉冲中子仪器评估潜山氦气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述通过阵列式脉冲中子仪器评估潜山氦气的方法，其特征在于，存在氦气的层段中，氦气含量she的计算公式为：
3.根据权利要求1所述通过阵列式脉冲中子仪器评估潜山氦气的方法，其特征在于，所述阵列式脉冲中子测井仪器包括电子设备组件，以及自下而上依次设置的脉冲中子发生器、近源伽马射线探测器、第一3he管中子探测器、远源伽马射线探测器、第二3he管中子探测器和超远源伽马射线探测器；其中，电子设备组件用于将井下探测的伽马射线转换为电信号以及与仪器地面的通信；脉冲中子发生器用于以固定的脉冲宽度和重复周期t向待测地层发射高能快中子；近源伽马射线探测器、远源伽马射线探测器和超远源伽马射线探测器用于探测中子与待测地层中各元素物质相互作用时产生的瞬发伽马射线能谱及其对应时间谱dt；第一3he管中子探测器和第二3he管中子探测器用于探测快中子经待测地层慢化后到达其的热中子数量。
4.根据权利要求1所述通过阵列式脉冲中子仪器评估潜山氦气的方法，其特征在于，所述气体识别模型fnes根据对已知地层进行蒙特卡洛模拟得到非弹伽马计数，与计算得到的已知地层的综合fnes值之间的映射关系而构建，通过获取待测地层的非弹伽马计数，即可获得待测地层的综合fnes值；其中，已知地层的综合fnes值的计算过程为：先计算已知地层中各矿物和流体的弹性散射截面，后根据fnes体积模型得到。
5.根据权利要求4所述通过阵列式脉冲中子仪器评估潜山氦气的方法，其特征在于，已知地层中各矿物和流体的弹性散射截面的计算过程为：通过先计算该矿物或流体中各原子在14mev快中子下的弹性散射截面与对应原子个数的乘积，在对所有原子对应的乘积进行求和，最后对总和乘以10-28得到。
6.根据权利要求1所述通过阵列式脉冲中子仪器评估潜山氦气的方法，其特征在于，所述气体识别模型igcr利用脉冲中子爆发期内近源伽马射线探测器与远源伽马射线探测器/超远源伽马射线探测器之间的非弹性伽马射线计数率比值结合计数率的统计误差来进行气体识别；
7.根据权利要求6所述通过阵列式脉冲中子仪器评估潜山氦气的方法，其特征在于，所述气体识别模型cgcr利用测量周期t内近源伽马射线探测器与远源伽马射线探测器/超远源伽马射线探测器之间的俘获伽马射线计数率比值结合计数率的统计误差来进行气体识别；
8.根据权利要求1所述通过阵列式脉冲中子仪器评估潜山氦气的方法，其特征在于，
9.根据权利要求1所述通过阵列式脉冲中子仪器评估潜山氦气的方法，其特征在于，
