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1、核测井 放射性测井 Nuclear Radioactive Logging n绪 n放射性测井的种类 n核测井物理基础 n自然伽马及自然伽马能谱测井 n密度及岩性密度测井 n中子测井 n其它核测井 n核磁共振测井 1 伽马测井核物理基础 核衰变及其放射性 放射性强度与活度 伽马射线 与物质的相互作用 2 核衰变及其放射性 放射性核素的发现过程 放射性核素 核素是指原子核中具有一定数量的质子和中子并 在同一能态上的同类原子 同一核素的原子核中质子数 和中子数都相等 判断1H1 1H2 1H3是否为同一核素 元素 同位素 放射性同位素 3 放射性核素及其核射线 1896年 法国物理学家贝可勒尔发现
2、铀的化合 物能 使包在黑纸里的胶片感光 由此发现了 天然放射性核素 放射性核素及射线 4 三种射线 2He4组成的粒子流 电子流 波长很短的电磁波 镭源 射线 射线 射线 磁场 5 E 1 17Mev E 1 33Mev 6 E 1 46Mev 放射性核素指原子核 能自发地发生衰变的核素 7 放射性活度 强度及比度 放射性活度 一定量的放射性核素 在单位时间里发生衰变 的核数 核的数量 放射性强度 一定量的放射性核素 在单位时间里放出某种射 线的数量 放射性比度 指放射性核素的活度与其质量之比 亦称比放射 性 比活度或放射性浓度 8 伽马射线与物质的相互作用 光电效应 康普顿 吴有训效应 电子
3、对效应 形成电子对 电子 原子核 光电子 e e 9 光电效应吸收系数 康 吴效应吸收系数 形成电子偶吸收系数 康 吴效应 光电效应 形成电子偶 总效应 吸收系数 能 量 10 伽马射线的探测 放电计数管 G M 闪烁计数管 11 阴极 阳极 输出 0 u 12 自然伽马 GR 和 自然伽马能谱 NGS 测井 Gamma Ray and Natural GR Spectrolog 岩石的自然伽马放射性 测量原理 曲线特征 资料用途 13 岩石的自然伽马放射性 自然界中的核素 自然界中的放射性核素 岩石的自然伽马放射性 岩石自然伽马放射性特点 14 自然界中放射性核素的分布规律 90余种元素 2
4、73种为稳定核素 据统计 A209的核素 全部为放射性核素 300余种核素 60余种为放射性核素 15 自然界中的放射性核素主要由 3种原子核 母元素 衰变而来 铀系 锕系 钍系 除此之外 还有不成系的 因此 岩石的GR强度 取决于铀系 钍系核 素和钾40的含量 16 岩石的GR强度分布规律 不同岩类的GR 强度分布规律 火成岩 GR 强度 沉积岩的GR强度分析 碎屑岩 沉积岩 变质岩 化学岩 粘土岩 17 在不含放射性矿物富集带的情 况下 岩石的自然伽马放射性强 度主要取决于其泥质含量 18 19 20 GR测井资料的用途 曲线特点 资料用途 划分岩性 求地层泥质含量 地层对比 21 高GR
5、 低GR 高GR GR曲线特点 1 当目的层上下围岩岩性相同时 曲线对称于 地层中部 2 在高放射性地层中部 GR曲线出现极大值 3 在低放射性地层中部 4 当h7时 陆相沉积 氧化 环境 风化层 2 Th U 7 海相沉积 灰色或 绿色页岩 Th U 2 海相黑色页岩 磷酸 盐岩 39 40 求泥质含量 利用总计数率求泥质含量 利用Th含量求泥质含量 利用K含量求泥质含量 41 密度测井 FDL DEN 和岩性密度测井 LDL Formation Density Log and Litho Density Log DEN和LDL测井基础知识 岩石的体积密度 岩石的电子密度指数 岩石的光电吸收
6、截面指数 岩石的体积光电吸收截面 NA 阿伏伽德罗常数 Ne 电子密度 42 矿物名Pe b 电子 b g cm3 U b cm3 石 英 方解石 白云石 硬石膏 盐 岩 淡 水 油 气 盐水 20万ppm 1 81 5 05 3 14 5 08 4 65 0 35 0 12 1 2 2 65 2 71 2 87 2 96 2 165 1 00 1 1 146 4 80 13 68 8 99 15 02 9 64 0 39 Uf 所以 计算储集层的泥质含量 识别气层及重矿物 51 52 随钻方位密度测井 原理 与常规密度测井原理相同 特点 可同时测得同一深度处4个方位的密 度值 而非某一深度处
7、的密度平均值 53 放射性同位素示踪测井 RTS Radioactive Tracer Survey 基本原理 资料用途 54 RTS资料用途 向井内注入活化液 确定窜槽位置 55 检查封堵效果 向井内注入活化水泥 56 检查压裂效果 向井内注入活化砂 57 确定吸水剖面 计算相对吸水量 向井内注入 活化固相载体 58 中子测井 NL Neutron Logs n n中子测井的核物理基础 中子测井的核物理基础 中子和中子源中子和中子源 中子与物质的相互作用中子与物质的相互作用 中子探测器中子探测器 n n热中子测井热中子测井 n n超热中子测井超热中子测井 n n中子伽马测井中子伽马测井 59
8、 中子与物质的相互作用 n快中子的非弹性散射 n快中子对原子核的活化 n快中子的弹性散射 n热中子的扩散和俘获 60 中子的分类 快中子 En 0 5Mev 慢中子 En 1Kev En En 0 025ev 热中子 En 中能中子 超热中子 冷中子 61 n快中子的非弹性散射 中子原子核 靶核 复核 中子 En 原子核 激发态 原子核 基态 62 n快中子对原子核的活化 u硅活化 u铝活化 u钙活化 u氯活化等 63 n快中子的弹性散射 中子 靶核 中子 En 靶核获得动能 但仍处于基态 中子每散射一次 都要损失一部分能量 速 度减慢 即中子被减速 哪种物质对中子的减速作用最强呢 64 减速
9、长度LS 快中子 核素名称 散射截面 最大能量损失 平均热化次数 Ca 9 5 8 371 Cl 10 10 316 Si 1 7 12 261 O 4 2 21 150 C 4 8 28 115 H 45 100 18 热中子 65 靶核 中子 中子 靶核 66 H 减速能力 减速长度Ls 67 n热中子扩散和俘获 热中子的扩散 扩散长度Ld 物质对热中子的俘获 辐射俘获核反应 俘获截面 微观俘获截面和宏观俘获截面 热中子寿命 从热中子生成开始到其被吸收时刻止 所 经过的平均时间叫热中子寿命 也叫扩散时间 热中子 被俘获 元素 总截面 10 24cm2 吸收截面 10 24cm2 散射截面
10、10 24cm2 元素 总截面 10 24cm2 吸收截面 10 24cm2 散射截面 10 24cm2 H He Be B C N O Na Al Si 20 80 1 56 6 9 722 4 8 12 7 4 2 4 5 1 6 1 86 0 32 0 008 0 009 718 0 0045 1 5 0 0009 0 46 0 22 0 16 20 80 1 55 6 9 3 8 4 8 11 2 4 2 4 0 1 35 1 7 P S Cl Ca Fe Ni Zr Cd In Pb 10 9 1 6 43 4 4 13 5 22 8 4 3500 193 8 5 0 3 0 47
11、33 0 42 2 5 4 5 0 4 3500 191 0 2 10 6 1 1 10 4 0 11 0 17 5 8 0 6 5 2 2 8 3 68 H 25 H 20 H 10 计数率N 源距L 零源距 长源距短源距 在离源较近时 在离源较远时 测井时 使用长源距 故计数率越低 反映岩 层含氢量越高 69 中子及中子伽马测井 n补偿中子 热中子 测井 CNL n井壁中子 超热中子 测井 SNP n中子伽马测井 n CNL Compensated Dual Spacing Neutron Log SNP Sidewell Neutron Porosity Log Proximity Lo
12、g Permeability Saturation 70 n基本原理 n计数率 n含氢指数H n石灰岩孔隙度 仪器以石灰岩为标准刻度的 孔隙度单位 71 中子及中子伽马测井资料的用途 n求岩层孔隙度 n划分岩性及地层 n识别气层 72 73 中子测井孔隙度关系式 石灰岩的Hma 0 砂岩的 Hma 0 035 白云岩的Hma 0 05 74 曲线重叠法判断岩性 75 曲线重叠法识别岩性 中子孔隙度 N和密度孔隙度 D重叠 曲线关系近似差值 可能的岩性 D N40盐岩 D N 5 6砂岩 D N 石灰岩 D N 8 13白云岩 D N 16硬石膏 D N 10 20泥岩 D N 28石膏 注意
13、此处 N和 D均为石灰岩孔隙度 76 曲线重叠法判断气层 77 78 79 中子寿命测井 NLL 热中子衰减时间测井 TDT Neutron Lifetime Log Thermal Decay Time n中子寿命 n中子寿命测井原理 n中子寿命测井资料的用途 80 NLL测量原理 N0 开始衰减时的热中子密度 N 经过时间T的热中子密度 岩石的热中子寿命 即从热中子产生到 63 7 被俘获所经历的平均时间 81 测量方法 中子寿命测井的应用 82 NLL资料的用途 划分油水层 含Cl较高 的水层对 热中子的 俘获截面 大 显示 的曲线幅 度较小 83 84 观察油水或气水界面的变化 85
14、判断气层 计数率曲线重叠法 双源距中子寿命测井 的长 短源距计数率 曲线在水层基本重合 而在孔隙较高的纯天 然气层 两条曲线则明 显分离 86 87 检查酸化效果 酸化前后分别进行 中子寿命测井 若 酸化效果好 则两 次的俘获曲线会出 现明显的幅度差 若两条曲线基本重 合 则说明酸化无 效 88 计算储层含水饱和度 89 碳氧比能谱测井 n绪 nC O能谱测井原理 nC O能谱测井资料的用途 90 C O资料的用途 1 确定含油饱和度 2 划分水淹层 91 92 核磁共振测井 NMRL Nuclear Magnetic Resonance Log n绪 n基本原理 n资料用途 核磁共振是指处在
15、某一静磁场中 的原子核系统 受到相应频率电 磁波作用时 在它们的磁能级之 间发生的共振跃迁现象 93 核磁共振测井资料的用途 可提供岩石孔隙度 渗透率 和岩石 孔径分布等参数 其所测孔隙度不受岩性 影响 同时能捕获毛细管束缚水和粘土束 缚水的孔隙体积 比传统的依赖骨架参数 评价孔隙度更为准确 在识别低孔渗透层 低阻油层 稠油层的评价及复杂岩性的 评价方面非常有效 94 原子核的磁性 原子核除了具有质量和电荷两 个基本特性之外 实验表明 许多 原子核如同陀螺一样围绕着某个轴 作自身旋转运动 95 进行自旋运动的原子核都具有一定的自旋角动量 它是一个矢量 用p 表示 它的方向与自旋轴重合 根 据量
16、子力学 自旋角动量的绝对值由下式决定 式中 h为普朗克常数 I为自旋量子数 AZI 奇奇或偶 半整数 1 2 3 2 5 2 偶偶 0 偶奇 整数 1 2 3 96 原子核的磁性 具有自旋角动量的带电原子核如同一个磁化的小 陀螺 具有磁矩 由原子核磁矩和角动量的绝对值之比 定义为 原子核的磁旋比 它是表征原子核核磁性质的重要参数 当原子核处于磁场强度为B0的稳定磁场中时 磁矩 将受 到一个转矩使之按B0定向 但由于自旋角动量P与磁矩 是共 轴的 将受到自旋角动量的反抗 于是产生绕B0的进动 进 动的角速度为 进动频率为 称f为拉莫频率 B0 97 原子核系统的磁化强度 原子核磁化强度矢量M0 一般情况下 系统中个原子核磁矩的方向是杂乱无章的 因此矢量和等于零 B0 如果把原子核系统放入磁场当中 原子核磁矩就要围绕磁场 方向产生进动 这时磁矩的方向不再杂乱无章 而是有一定规 律的 因此M0不再等于零 也就是原子核系统被磁化 在加静 磁场B0的情况下 矢量M0与B0方向一致 98 核磁共振现象 对于被磁化的自旋系统 若再施加一个与 静磁场垂直的交变磁场B1 此时就会发生核磁 共振现象 从量
