随着油气资源需求量的持续增长,非常规油气在全球能源格局中的地位愈发重要,已成为新的油气增长点。非常规油气藏在成藏、油气聚集及保存条件等方面与常规油气藏存在差异,对核测井技术提出了新的挑战。针对地层元素、有机碳含量确定及含气性评价等关键问题,开展可控中子三探测器测井方法研究,目的在于为核测井新装备的研发、测井数据处理及其在储层评价中的应用提供理论指导及技术支撑。首先研究了不同孔隙度、岩性、含气性条件下,快中子、热中子、非弹性散射伽马及俘获伽马的空间场分布的变化;分析了不同地层元素组成条件下,元素特征伽马能谱的变化,结果显示伽马与中子信息都能在不同程度上反映地层的岩性及含气性。为了实现地层元素含量及含气饱和度评价的目标,设计了一种由可控中子源、1个LaBr3晶体及2个He-3管组成的多探测器测量系统,通过特定的脉冲发射及信息采集时序,测量伽马能谱及时间谱、中子时间谱、中子及伽马总计数等数据,形成了可控中子三探测器测量方法。利用数值模拟方法对仪器的源距、屏蔽体等关键结构参数进行优化,并研制了可控中子三探测器元素测井新装备,完成了仪器地面实验测试。基于元素标准伽马能谱,通过测量伽马能谱的解析,能够计算得到元素产额,进而将产额转换为元素含量。元素标准谱是伽马能谱解析的重要基础数据。利用实验数据与数值模拟相结合的方法,建立了多套不同条件下的元素标准谱,提高了元素产额的计算准确度。通过对比研究不同算法在能谱解析中的应用效果,针对能谱噪音干扰及自身统计波动的问题,提出了一种基于极大似然估计的解谱算法,实现元素种类的选取及产额计算。利用氧化物闭合模型,能够实现元素产额向含量的转换。针对氧化物种类的选取会对元素含量计算准确度产生影响的问题,提出一种结合元素非弹素产额、近超远热中子计数比及地层密度的元素含量转换模型,在一定程度上克服了元素含量计算对氧化物闭合模型的依赖。可控中子三探测器测井仪测量的中子及伽马信息能够反映地层含气性。利用数值模拟方法,研究仪器测量中子计数比、中子与伽马计数比等组合信息的含气饱和度响应规律,提出利用中子及伽马组合信息评价含气饱和度方法,该方法在低孔隙度下具有更高含气响应灵敏度。研究了不同岩性、天然气密度、井眼尺寸、井内流体矿化度、地层水矿化度、粘土矿物含量条件下,含气饱和度响应规律,为了基于可控中子三探测器元素测井的含气性评价提供指导。