油氣田放射性測井技術(shù)在鈾礦應(yīng)用中的假設(shè)干問題及解決方法

1、油氣田放射性測井技術(shù)在鈾礦應(yīng)用中的假設(shè)干問題及解決方法（圖文）論文導(dǎo)讀：地浸采鈾工藝具有本錢低廉、環(huán)境污染小、對礦床體味要求低等特點(diǎn),地浸砂巖型鈾礦是我國現(xiàn)今和以后一段時(shí)刻內(nèi)找礦的重點(diǎn)領(lǐng)域。但因?yàn)殁櫟V測井和油氣測井研究對象的不同，二者必然在儀器靈敏度、性能取舍、標(biāo)定方式、縱向分辨率等具體技術(shù)細(xì)節(jié)上存在一些不同。因此油氣田測井企業(yè)必需在放射性儀器的探頭選型、標(biāo)定、死時(shí)刻校正、放射性平穩(wěn)修正等方面增強(qiáng)研究，使之符合鈾礦測井的要求。關(guān)鍵詞：鈾礦，放射性測井，標(biāo)定，放射性平衡修正，死時(shí)間校正前m地浸采鈾工藝具有成本低廉、環(huán)境污染小、對礦床品味要求低等特點(diǎn)，地浸砂巖型鈾礦是我國現(xiàn)今和未來一段時(shí)間內(nèi)找礦的

2、重點(diǎn)領(lǐng)域。該類型鈾礦的工程技術(shù)手段與油氣田開發(fā)相似,都是采用鉆井溝通地面和礦體，通過測井確定礦體空間位置、評價(jià)礦體有無開采價(jià)值，通過井筒將油氣或含礦流體采到地面加以利用，整個過程不移動含油氣（鈾）的巖石1。鈾礦開發(fā)部門統(tǒng)計(jì)認(rèn)為，在地浸采鈾礦山的井場工作中，地球物理綜合測井的工作量，幾乎占總工作量的70%以上，它時(shí)刻以眼睛的作用指導(dǎo)著地浸采鈾工藝過程中的生產(chǎn)管理、技術(shù)管理和工藝試驗(yàn)，以的有限的投入為地浸采鈾帶來巨大的效益2。1鈾礦測井與油氣田測井的聯(lián)系和差別目前國內(nèi)鈾礦測井界提供的測井系列主要是自然伽馬、中子、密度、三側(cè)向電阻率、聲波時(shí)差、自然電位等，此外還有還有固井質(zhì)量檢查、井徑、井斜等工程測

3、井（鈾礦測井稱為機(jī)械測井）2。這些測井系列油氣田測井企業(yè)都可以提供。鈾礦測井資料主要用來進(jìn)行巖性識別、地層劃分、泥質(zhì)含量估算、沉積環(huán)境的初步判定，準(zhǔn)確確定鈾礦體空間位置、品位、厚度等，以及確定套管安裝情況、固井質(zhì)量等。其中自然伽馬測井極為關(guān)鍵，是最主要的評估鈾含量的的測井方法。鈾礦測井在資料采集和解釋方面和油氣田測井工作極為相似,均需進(jìn)行儲層巖性識別、孔隙流體識別，計(jì)算砂巖層的孔隙性、滲透率等儲層參數(shù)，在工程測井方面，都需要提供井徑、井斜、固井質(zhì)量資料。但因?yàn)殁櫟V測井和油氣測井研究對象的不同，二者必然在儀器靈敏度、性能取舍、標(biāo)定方法、縱向分辨率等具體技術(shù)細(xì)節(jié)上存在一些差異。石油測井設(shè)備為尋找石

4、油和天然氣而設(shè)計(jì)，對耐溫、耐壓性能要求高，儀器均有較大的極距和厚重的外殼,縱向分辨率以及伽馬探頭的靈敏度與鈾礦測井所需要的不同。具體到伽馬測井上，石油測井的自然伽馬曲線是用大尺寸（一般為4050mm、4080mm）、高靈敏度的探頭測量的，其死時(shí)間一般較長、而且是可變的，用API單位的記錄與計(jì)數(shù)率之間聯(lián)系不密切，一般相當(dāng)于泥頁巖放射性強(qiáng)度3倍的計(jì)數(shù)率可以定量使用，5倍通常是石油測井儀計(jì)數(shù)率的極限。鈾礦測井則強(qiáng)調(diào)儀器的縱向分層能力要強(qiáng)，對橫向探測深度要求不高，要求伽馬儀器的探頭的死時(shí)間短、能量分辯率較高、測量的動態(tài)范圍大、計(jì)數(shù)率準(zhǔn)確等等，探頭往往需要用到1010mm這樣小尺寸的晶體。因此油氣田測井

5、企業(yè)必須在放射性儀器的探頭選型、標(biāo)定、死時(shí)間校正、放射性平衡修正等方面加強(qiáng)研究，使之符合鈾礦測井的要求。此外，因?yàn)殁櫟V層強(qiáng)烈的天然伽馬射線，會對補(bǔ)償密度測井產(chǎn)生影響，必須進(jìn)行修正，補(bǔ)償中子測井不受鈾富集的影響，可以直接應(yīng)用到鈾礦開發(fā)中。2自然伽馬測井的標(biāo)定及各項(xiàng)校正探頭標(biāo)定鈾礦測井工作中計(jì)算礦層鈾含量的基本方法是總自然伽馬法,記錄的單位是脈沖數(shù)/秒（cps/s）,不使用石油測井通用的API刻度體系。根據(jù)儀器測量的計(jì)數(shù)率來計(jì)算目的層的鈾含量（單位通常為ppm或cU3（）8），總伽馬測井計(jì)數(shù)率與鈾當(dāng)量的關(guān)系式為：，其中：為井中厚度為T的礦層中平均當(dāng)量鈾含量；A:為經(jīng)過修正的長度為T的伽馬曲線之下的

6、面積，單位為計(jì)數(shù)率一長度，即為對計(jì)數(shù)率曲線進(jìn)行長度（T）積分；K:為換算系數(shù)。因此為了在計(jì)數(shù)率和鈾含量之間建立直接換算關(guān)系，必須知道儀器的K系數(shù)。K系數(shù)是在模型上標(biāo)定測井儀時(shí)測定的比例常數(shù)，測定該系數(shù)必須使用已知鈾含量的模塊來進(jìn)行，美國能源部和中國核工業(yè)集團(tuán)均有各自的標(biāo)定模塊。中國核工業(yè)集團(tuán)為了滿足地浸砂巖型鈾礦測井的需要,專門建了一套量值范圍能覆蓋我國砂巖型鈾礦的測井模型，其中包括1個低鈾（U）測井模型，4個不含鈾砂巖測井方模型和4個含鈾砂巖測井模型，擴(kuò)展了原有伽馬測井模型的鈾含量量值范圍，能滿足低品位砂巖型鈾礦測井要求，能校準(zhǔn)用于測量地層密度和孔隙度等的裂變中子測并儀，可測定鈾礦層對密度測

7、井的影響系數(shù)等。同油氣田測井規(guī)范要求一樣，每支伽馬測井儀器均需進(jìn)行進(jìn)行單獨(dú)標(biāo)定，并定期校驗(yàn)，不可以借用同類型儀器的轉(zhuǎn)換系數(shù)。儀器在更換晶體、光電管、高壓電阻等關(guān)鍵部件后，以及調(diào)節(jié)電路的脈沖門檻等參數(shù)后也需要重新進(jìn)行標(biāo)定。死時(shí)間校正現(xiàn)代自然伽馬測井儀的探頭均由Nai晶體和光電倍增管構(gòu)成，Nai晶體在接收到伽馬射線后產(chǎn)生光信號，經(jīng)光電倍增管放大后送入電路進(jìn)行處理，這個過程需要一定的時(shí)間，在前一個射線處理完之前，儀器不能處理另外的事件，這段時(shí)間一般被稱為死時(shí)間。而放射性輻射是一種隨機(jī)事件，因此總會出現(xiàn)這樣一種情況，即后一個脈沖距前一個脈沖很近，電路無法把它區(qū)別和記錄下來，造成脈沖丟失，導(dǎo)致鈾礦層和厚

8、度解釋帶來誤差用。死時(shí)間長度是衡量伽馬儀器探頭一個重要指標(biāo)，死時(shí)間越長，丟失的脈沖越多。油氣井測井遇到的高放射性層的情況不多，而且對于精確記錄天然射線的脈沖數(shù)沒有很嚴(yán)梏的要求或需求，所以對死時(shí)間問題不太關(guān)注，實(shí)際測井資料也不進(jìn)行死時(shí)間修正。但是在鈾礦測井領(lǐng)域，脈沖數(shù)是直接和鈾含量直接相關(guān)聯(lián)的一個關(guān)鍵參數(shù)，所以鈾礦測井對自然伽馬儀器探頭的精度有嚴(yán)格要求，每支儀器均需進(jìn)行死時(shí)間測定，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行測量結(jié)杲的死時(shí)間修正。死時(shí)間的測定有雙模型法和雙源法等方法，基本原理都是通過測定已知計(jì)數(shù)率的模塊或放射性源，記錄實(shí)際計(jì)數(shù)率，根據(jù)真實(shí)計(jì)數(shù)率和實(shí)際測量值之間的關(guān)系，利用數(shù)學(xué)方法求取死時(shí)間。死時(shí)間修正公式：

9、，其中：N為真實(shí)計(jì)數(shù)率值，cps/s；n是儀器記錄的計(jì)教率，叩s/s；是探頭死時(shí)間，秒。正常情況下如杲一個探頭的死時(shí)間是100-300微妙，那么當(dāng)測量層的伽馬計(jì)數(shù)率超過300cps/s時(shí)，應(yīng)該對測量結(jié)果進(jìn)行修正。需要注意的是，死時(shí)間修正只是一種概率修正，即修正后的N是正確值的概率較其是不正確值的概率為高。放射性平衡修正因?yàn)殁櫾谒プ儠r(shí)不放射可被探測的伽馬射線，所以無法利用伽馬測井直接測算鈾含量，測井探測到的與鈾有關(guān)的伽馬輻射主要來自鈾238系第8、第9位衰變子體Pb206（鉛）和Bi214（物），即只有約2%的伽馬射線來自鈾組（238鈾至230社），98%的伽馬射線來自鐳組（226鐳至206鉛）

10、，因此使用伽馬測井方法計(jì)算鈾含量有一個重要前提是：鈾與其可探測子體的數(shù)量之間直接相關(guān)，即該系列處于放射性平衡狀態(tài)，鈾元素本身（母體）沒有與其衰變產(chǎn)物（子體）發(fā)生空間上的分離。但實(shí)際上因?yàn)殁櫾诘貙尤菀装l(fā)生淋失或遷移，但其可探測的衰變子體卻總是留在原地，不容易遷移，此時(shí)放射性平衡會被破壞，用伽馬測井方法計(jì)算的鈾含量會偏高。因此，使用伽馬測井資料計(jì)算鈾含量必須要注意放射性平衡問題。解決放射性平衡問題有二種辦法：一是在放射性平衡地區(qū)，該用裂變中于測井方法計(jì)算鈾含量。該方法的是利用235鈾的受中子轟擊會發(fā)生裂變的特性，用中子發(fā)生器以脈沖形式發(fā)射能量為14MB的中亍進(jìn)入地層，接收人工造成的裂變中子，從而實(shí)

11、現(xiàn)對鈾的直接探測,徹底消除了放射性失衡帶來的測量誤差。這種方法的成本較高，目前國內(nèi)尚未見到該技術(shù)應(yīng)用的報(bào)道。二是利用巖心化驗(yàn)資料摸清區(qū)域放射性平衡破壞情況，建立修正系數(shù)圖版。具體方法是：利用巖心樣本在實(shí)驗(yàn)室采用化學(xué)分析方法測定鈾含量(U,%U3O8),用有自然伽馬儀器在井中測量計(jì)數(shù)率，并使用該儀器的K系數(shù)，計(jì)算鈾當(dāng)量(cU,%cU3C)8),則平衡系數(shù)。實(shí)際上，需要使用大量的試驗(yàn)結(jié)杲進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸分析，確定地區(qū)平衡系數(shù)，以便消除巖心取樣以及測量帶來的誤差。一般具體礦床的放射性失衡情況是穩(wěn)定的，采取的抽樣調(diào)查的方式建立上述平衡系數(shù)，并對測量結(jié)果進(jìn)行修正仍然可以取得滿意的效杲。非標(biāo)準(zhǔn)井眼環(huán)境校正鉆井

12、過程中井眼如果發(fā)生嚴(yán)重垮塌，或者鉆井液中含有重晶石等伽馬射線吸收物質(zhì)，會對自然伽馬測量結(jié)果產(chǎn)生影響，這些井眼環(huán)境因素一般會使測量值偏低，需要對壞井眼井段的測量結(jié)果進(jìn)行校正。石油測井對壞井眼條件有充足的考量，各大測井儀器供應(yīng)商均提供有和儀器匹配的井眼和鉆井液校正圖版，在各種測井解釋系統(tǒng)的預(yù)處理模塊中均可以調(diào)用這些圖版對測井資料進(jìn)行令人滿意的校正，一般不需另外進(jìn)行修正。另外，井徑小于8英寸的井眼中，井徑變化的校正一般是不重要的用。3鈾礦層天然伽馬計(jì)數(shù)率對補(bǔ)償密度測井的影響及修正辦法補(bǔ)償密度測井是一種伽馬測井，一般采用137鉆作為伽馬源，其伽馬射線的能譜是單能，為，儀器設(shè)計(jì)上一般將激發(fā)閾值定為，以去

13、除光電效應(yīng)的干擾6。在普通地層，天然伽馬射線計(jì)數(shù)率較低，而且與刻度時(shí)的環(huán)境差別不大，通過儀器刻度可以有效消除天然放射性干擾,正常情況下不足以對密度測井值產(chǎn)生太大影響。但在鈾礦層，天然放射性極強(qiáng)，地層中幾種重要的天然放射性物質(zhì)（214PM214Bi、40K等）的伽馬能譜主要在之間，與鈾有關(guān)的幾種放射性元素其譜峰更是集中在IMcV以下，因此地層鈾含量高時(shí)，極高的天然伽馬射線會突破密度儀器探頭的能量閾值，同時(shí)對長、短道計(jì)數(shù)率造成干擾，進(jìn)而對密度值產(chǎn)生影響。在鄂爾多斯鈾礦測井實(shí)踐中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了由此原因?qū)е碌拿芏惹€畸變現(xiàn)象的,圖1中的140150m井段，可以明顯觀察到與鈾富集有關(guān)的密度曲線畸變。因此在使

14、用長、短道計(jì)數(shù)率計(jì)算地層體積密度前，必須對測量值進(jìn)行修正。圖1鄂爾多斯一口鉆井中的密度曲線畸變現(xiàn)象8根據(jù)密度測井的原理，可以采用如下方法進(jìn)行校正:首先正常進(jìn)行密度測井,取得有源狀態(tài)下長、短道計(jì)數(shù)率曲線，然后儀器提出地面卸掉伽馬源后，在鈾礦層再次測井，取得無源狀態(tài)下的長、短道計(jì)數(shù)率曲線，即取得探頭在礦層的本底計(jì)數(shù)率曲線，從有源狀態(tài)下的長、短道計(jì)數(shù)率曲線上扣除本底值后，在地面調(diào)用儀器刻度再次計(jì)算體積密度值，應(yīng)該就可以消除天然伽馬放射性的干擾。如果累計(jì)的資料多了，可以對自然伽馬儀器記錄的伽馬計(jì)數(shù)率曲線和補(bǔ)償密度儀器記錄的無源狀態(tài)下的計(jì)數(shù)率曲線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算二者的轉(zhuǎn)換系數(shù)，這樣就可以避免二次下井。結(jié)論油氣田測井企業(yè)完全具笛介入地浸砂巖型鈾礦的技術(shù)和設(shè)笛條件，但需要在設(shè)缶選型、儀器標(biāo)定、伽馬測井的各項(xiàng)校正、密度測井值修正等方面進(jìn)行深入研究，使之符合鈾礦測井的需求。參考文獻(xiàn)：口余水泉等.鈾資源勘查地球物理測井現(xiàn)狀與今后主要的任務(wù)口.鈾礦地質(zhì).第20卷第1期，2003年3月2劉則堯許暑生李仲秋.地球物理綜合測井技術(shù)在我國地浸采鈾礦山的應(yīng)用).鈾礦冶.第18卷第1期.1999年2月3地浸砂巖型鈾礦地球