A study on slim-hole neutron logging based on numerical simulation

요약: 물리검층 중에서 매질의 밀도 측정을 통해 공극률을 계산할 수 있는 밀도검층에 대한 수치 연구 결과는 국내에서는 전무하다고 해도 과언이 아니다. 이 연구에서는 MCNP (Monte Carlo N-Particle) 알고리듬에 기초하여 밀도검층을수치모형화하고 다양한 시추공 환경이 밀도검층 결과에 미치는 영향을 분석함으로써, 밀도검층 자료해석을 위한 기틀을마련하고자 한다. 이를 위해, MCNP 알고리듬을 이용한 밀도검층 시물레이션의 적용성을 검토하기 위해 단순한 모형에서의 검출기 반응 연구를 수행하였다. 또한 수치 실험을 위해 한국지질자원연구원에서 사용하고 있는 상용 밀도검층기(Robertson Geologging사)에 기초하여 밀도검층기를 수치모델링하였다. 다양한 밀도의 매질에서 시추공 지름을 바꿔가면서 밀도검층 시물레이션을 수행함으로써, Robertson Geologging사의 밀도검층기를 위한 교정곡선을 제시하였다. 이 교정곡선에 기초하여 매질의 밀도를 보다 정확히 분석하고 다양한 시추공환경 변화가 밀도검층에 미치는 영향을 분석하기 위해, 공내수 유무에 따른 밀도검층 반응의 변화 및 시추공 케이싱의 종류에 따른 밀도검층 반응의 변화를 수치모델링을통해 분석하였다. 이 연구는 밀도검층 시 시추공환경 변화가 검층결과에 미치는 영향을 이해하는 것을 돕고, 향후 국내시추공환경의 밀도검층에 대한 보다 정확한 해석을 위한 연구의 기초가 될 것으로 기대한다.주요어: 물리검층, 밀도검층, 교정곡선, MCNP 알고리듬Abstract: In this study, we make simulation of density log using a Monte Carlo N-Particle (MCNP) algorithm to makean analysis on density logging under different borehole environments, since density logging is affected by various boreholeconditions like borehole size, density of borehole fluid, thickness and type of casing, and so on. MCNP algorithm hasbeen widely used for simulation of problems of nuclear particle transportation. In the simulation, we consider the specificconfiguration of a tool (Robertson Geologging Co. Ltd) that Korea institute of geoscience and mineral resources (KIGAM)has used. In order to measure accurate bulk density of a formation, it is essential to make a calibration and correctionchart for the tool under considerations. Through numerical simulation, this study makes calibration plot of the densitytool in material with several known bulk densities and with boreholes of several different diameters. In order to makecorrection charts for the density logging, we simulate and analyze measurements of density logging under differentborehole conditions by considering borehole size, density of borehole fluid, and presence of casing.Keywords: well logging, density logging, calibration chart, Monte Carlo N-Particle (MCNP) algorithm