第七章自然伽瑪測井 油礦地球物理測井 教學(xué)課件

1、第七章 自然伽瑪測井,自然伽瑪測井是放射性測井中的一種方法。放射性測井是以物質(zhì)原子核物理性質(zhì)為基礎(chǔ)的一組測井方法，統(tǒng)稱為核測井，包括自然伽瑪，自然伽瑪能譜、中子、密度測井等。由于物質(zhì)的核物理性質(zhì)不受溫度、壓力、化學(xué)性質(zhì)等外界因素的影響。因此有可能根據(jù)某些無素原子核特殊性質(zhì)，利用放射性測井直接研究他們存在數(shù)量多少，對于研究石油鉆井具有一定意義。 前言：原子核基本知識（預(yù)備知識） 1原子核結(jié)構(gòu) 原子：原子核 質(zhì)子(帶一個單位正電荷) + 中子(不帶電) 核外電子(帶一個單位負電荷) 質(zhì)子+中子核子 質(zhì)子+中子=質(zhì)量數(shù) 質(zhì)子數(shù)=原子序數(shù),2同位素：原子序數(shù)相同而質(zhì)量不同的原子構(gòu)成的元素稱為同位素，同

2、位素的化學(xué)性質(zhì)相同，在元素周期表中占一個位置。 如氫的三種同位素： （氕） （氘） （氚） 表示方法： x元素符號 z-質(zhì)子數(shù) a- 中子數(shù) 3核衰變 放射性同位素的原子核另一種原子核+、衰變 n0初始量 衰變系數(shù) t時間 dn衰變率或放射性強度 半衰期：t 平均壽命 4放射性射線及其性質(zhì) 射線：氦原子流，質(zhì)量大，引起電離或激發(fā)，被物質(zhì)吸收，射程小，穿透能力差。 射線：高速中子流，射程小，電離程度中等。 射線：頻率高的電磁波或光子流，不帶電，能量高，穿透力強。,5伽瑪射線與物質(zhì)作用 自然伽瑪射線穿過物質(zhì)與原子相互作用，將發(fā)生不同形式的作用，其中主要形式為：光電效應(yīng)、 康普頓一吳有訓(xùn)效應(yīng)、 形成

3、電子對 （1）光電效應(yīng)：當(dāng)伽瑪射線能量較低（低于0.25mev）時，它與組成物質(zhì)元素原子中的電子相碰撞之后，把能量全部轉(zhuǎn)交電子，使電子獲得能量后脫離其電子殼層而飛出，同時伽瑪射線被吸收而消失。這一過程稱為光電效應(yīng)，被釋放出來的電子叫光電子。產(chǎn)生光電效應(yīng)的幾率，與入射伽瑪射線能量和組成物質(zhì)原子序數(shù)有關(guān) （2）康普頓一吳有訓(xùn)效應(yīng) 能量較高伽瑪射線與物質(zhì)中原子核外電子碰撞時，一部分能量轉(zhuǎn)交給電子，使之脫離原子電子殼層而飛出，同時伽瑪射線改變自己運動方向，繼續(xù)與其它電子相撞。每碰撞一次，能量損失一部分，并改變其運動方向，形成所謂康普頓一吳有訓(xùn)效應(yīng)。伽瑪射線經(jīng)多次碰撞之后，能量不斷降低，最后以光電效應(yīng)結(jié)

4、束。,（3）電子對的形成 能量高于1.02mev伽瑪射線與物質(zhì)作用時，在原子核力場作用下，可轉(zhuǎn)變成正、負電子對，即一個正電子和一個負電子。伽瑪射線在形成電子對后，本身被吸收。 （4）伽瑪射線的吸收 伽瑪射線能量衰減，強度減小過程稱為伽瑪射線被吸收。 （5）電子密度與體積密度 產(chǎn)生康普頓一吳有訓(xùn)效應(yīng)幾率與單位體積中電子數(shù)（電子密度）有關(guān)，電子密度e 一般性： n0阿佛加德羅常數(shù)；z質(zhì)子數(shù)；a質(zhì)量數(shù)；b體積密度,6中子與物質(zhì)作用 分類： （1）慢中子：能量100電子伏特為慢中子，0.1100電子伏特中子為超熱中子，0.025電子伏特中子為熱中子 （2）中能中子：能量：100電子伏特10萬電子伏特

5、（3）高能快中子：能量：10萬電子伏特 幾種作用形式： （1）非彈性作用：高能快中子與原子核碰撞 （2）彈性散射：高能快中子經(jīng)一、二次非彈性散射后，能量降低，繼續(xù)碰撞原子，降低能量和運動速度，而總能量不變，經(jīng)多次碰撞，能量損失，速度降低，最后變?yōu)闊嶂凶印?（3）輻射俘獲：能量低的熱中子在其他物質(zhì)附近漫游，很容易被其他物質(zhì)俘獲而被吸收，過程為輻射俘獲其他物質(zhì)由于俘獲中子而后穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變時則易放出r射線。,自 然 伽 瑪 測 井,自然伽瑪測井可以解決以下： （1）據(jù)天然放射性強弱，判別巖性和劃分井地層剖面。 （2）在一個含油氣區(qū)或單獨構(gòu)造上，各井剖面進行對比。 （3）估計巖石中泥質(zhì)含量，從而判斷巖層

6、的儲集性能，特別是在泥漿礦化度較高地區(qū)，碳酸鹽巖剖面中，自然電位無法清楚劃分滲透性巖層，自然伽瑪可以解決。 自然伽瑪測井的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：（1）裸眼井和套管井中均可以進行 （2）油基泥漿、高礦化度以及干井中均可以進行 （3）碳酸鹽巖剖面和水化學(xué)沉積剖面不可缺少。 缺點：（1）測速慢，成本高。 （2）如果巖石本身組成中含放射性物質(zhì)，如含火山碎屑等，則無法正確判斷泥質(zhì)含量。如哈密地區(qū)，那么sh判定需從其分資料中求取。,自 然 伽 瑪 測 井 總 述,巖石的放射性是由巖石中所含的u、th、k系放射性同位素引起的。這些元素在自然界衰變過程中的均放出射線,且不同元素放出的射線的數(shù)量和能量兩方面均有區(qū)別。

7、如：k 1.46mev,u、th：能譜較為復(fù)雜，因此，通過探測射線的數(shù)量（強度）和能量（能譜），有就可能確定巖石中放射性元素的數(shù)量（含量）及種類，并進一步用來尋找放射性礦床和研究巖層性質(zhì)等。測量自射線強度的方法叫做自然伽瑪法，測量自然伽瑪能譜的方法叫做自然伽瑪能譜法。 自然測井是在井內(nèi)測量巖層中自然存在的放射性元素核衰變過程中放射出來的射線的強度，通過測量巖層的自然射線的強度來認識巖層的一種放射性測井法，其射線強度與放射性元素的含量及類型有關(guān) 一、巖石的自然放射性規(guī)律(三大巖類) 1巖漿巖：其中有許多放射性礦物，如長石，云母集中了地層中絕大多數(shù)鉀k。角閃石、獨居石、輝石也有較高放射性，其中以堿

8、性巖、鋯石、獨居石等放射性最強。,2變質(zhì)巖：取決于母巖放射性，若為巖漿巖，放射性較強，沉積巖則次之。 3沉積巖：一般比巖漿巖、變質(zhì)巖差，沉積巖中的不同巖類，放射性不同。 （1）粘土巖類：含放射性元素最多，放射性最強，主要為泥、頁巖。 a高嶺石：不含放射性元素，且對離子吸附能力差，放射性強度低。 b蒙脫石：不含放射性元素，但對陽離子吸附能力強，可吸附很多放射性強物質(zhì)，如氧化鈾。因此，其天然放射性強度最大，對粘土巖放射性貢獻最大。 c伊利石：含放射性同位素k40，且有較強陽離子吸附能力，也可吸附較多u2o氧化鈾，有較強放射性。 d綠泥石：同高嶺石相似，天然放射性弱。 （2）碎屑巖類：放射性強度由正

9、長石、白云母、重礦物以及泥質(zhì)含量決定，對儲層的主要成份石英砂巖而言，前三種礦物很少，因此主要取決于泥質(zhì)含量及組成。 （3）化學(xué)巖類：石灰?guī)r、白云巖、膏、鹽巖、k鹽等。除k具放射性外，其他巖類主要由巖石中所含泥質(zhì)及微量無素決定。 放射性規(guī)律 a放射強度隨泥質(zhì)含量vsh增加，而增加。 b隨有機質(zhì)含量增加而增加。 c隨k鹽和放射性物質(zhì)的含量的增加而增加,二、測量原理,進行自然伽瑪測井的簡單原理如圖所示：（井下儀器、地面儀器） 探測器將接收到的伽瑪射線轉(zhuǎn)換成電脈沖 放大器探測器輸出電脈沖加以放大-剔除-計數(shù)率-電器積累連續(xù)電流簡單變換和刻度自然伽瑪gr曲線。記錄電位差與單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)成正比。即與周

10、圍巖石放射性強度成正比。,三、曲線特征及影響因素 1曲線特征 （1）中心對稱（上下圍巖放射性相同），中心出現(xiàn)極大值。 （2）h3d0 曲線極大值隨h增加而增加, h3d0 極大值=const,與強度大小成正比，與厚度無關(guān)。 （3）h3d0半幅點定界面，h3d0 厚度真實厚度。 2影響因素 （1）厚度h對幅度影響 （2）井參數(shù)：對巖石射線吸收及它們自身放射性附加(附泥漿含強被射 性,一般不含) 井徑、泥漿、套管 （3）放射性統(tǒng)計起伏：統(tǒng)計規(guī)律各次測的平均值 （4）測速v和儀器積分常數(shù)對曲線的影響,四、地質(zhì)應(yīng)用,1劃分巖性，確定滲透層,2進行地層對比，其優(yōu)點： （1）與巖石流體性質(zhì)無關(guān)（油、水、地

11、層礦化度等） （2）與泥漿性質(zhì)無關(guān)（鹽、水泥漿） （3）易找到標(biāo)準(zhǔn)層。 在油氣水邊界地帶進行地層對比，因為巖石中含流體性質(zhì)變化大，使r、sp曲線形狀變化不益于進行對比。另外膏鹽地區(qū)尤為重要。,3確定巖石的泥質(zhì)含量 gr= (gr-grmin)/(grmax-grmin) vsh=(2c gr-1)/(2c-1) c：老地層：c=2； 新地層c=3.74,4確定巖石的粒度中值，作沉積環(huán)境分析 c0、c1為經(jīng)驗常數(shù)。 （gr=grmin） （gr=grmax） md1取grmax相應(yīng)層段的平均粒度中小值。,四、自然伽瑪能譜測井（ngs）,自然伽瑪測井雖是確定泥質(zhì)含量有效方法，但自然伽瑪讀數(shù)只能提供巖石自然放射性的總概念，當(dāng)巖石放射性是由于某些非泥質(zhì)因素引起時，則由此求得的泥質(zhì)含量用于其做地質(zhì)評價時，將造成錯誤解釋。如：把高放射性的火成巖沖積成當(dāng)成泥巖層，含高鈾u的碳酸鹽巖儲層當(dāng)成非儲層等。為此，在自然伽瑪測井的基礎(chǔ)上，又引進了自然伽瑪能譜測井。自然伽瑪能譜是測定一定能量范圍內(nèi)自然伽瑪射線的強度以區(qū)分巖石中放射性元素類型及其實際含量的測井方法。自然界常見三種放射性元素為鈾（u）系、釷（th）系、鉀（k）系，且他們地層中放射出射線具有不同的能量并各自具有特征的能譜（k 1.46mev u、th、0.5mev）因此利用能級窗口，可以分別記錄地層中這三種放射性元素各自的強度