中子測井詳解課件

中子測井Neutronlog中子測井1中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)3、中子-中子測井方法原理4、中子-伽馬測井方法原理中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)2中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)3、中子-中子測井方法原理4、中子-伽馬測井方法原理中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)3中子測井利用巖石的另一種特性，即巖石中的含氫量來研究巖石性質(zhì)和孔隙度等地質(zhì)問題。

這種測井方法在于將裝有中子源和探測器的井下儀器下入井中，由中子源→中子→進入巖層,

同物質(zhì)的原子核發(fā)生碰撞將產(chǎn)生減速、擴散和被俘獲幾個過程，到達探測器。在這些過程中，探測器周圍的中子分布狀況，以及中子被俘獲后所放出的伽馬射線強度，與儀器周圍的巖石性質(zhì)，特別是巖石的含氫量有關(guān)。而儲集層的含氫量又取決于它的孔隙度，因此，中子測井是目前廣泛使用的一種孔隙度測井。中子測井1、中子測井方法分類

中子測井利用巖石的另一種特性，即巖石中的含氫量來研究巖4根據(jù)中子測井的記錄內(nèi)容：可以將它分為

中子-中子測井Neutron-NeutronLog中子-伽馬測井Neutron-GammaRayLog

中子測井1、中子測井方法分類

根據(jù)儀器的結(jié)構(gòu)特點，中子—中子測井又可分為

中子-超熱中子測井（SNP）—井壁中子測井

SidewallNeutronLog中子-熱中子測井（CNL）—補償中子測井

CompensatedNeutronLog根據(jù)中子測井的記錄內(nèi)容：可以將它分為中子測井1、中子測井方5中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)3、中子-中子測井方法原理4、中子-伽馬測井方法原理中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)62、中子測井的核物理基礎(chǔ)

中子是組成原子核的一種不帶電荷的中性粒子，其質(zhì)量與氫核質(zhì)量相近。中子與物質(zhì)作用時，能穿過原子的電子殼層而與原子核相碰撞，所以它對物質(zhì)的穿透能力較強。（1）中子和中子源通常中子與質(zhì)子以很強的核力結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。要使中子從原子核里釋放出來，就必須供給一定的能量。如果使原子核獲得的能量大于中子結(jié)合能，中子就可能從核中發(fā)射出來?？梢杂忙亮Ｗ?、氘核d、質(zhì)子p或γ光子轟擊原子核，引起各種核反應(yīng)，使中子從核內(nèi)釋放出來。這種產(chǎn)生中子的裝置稱中子源。電子中子原子核2、中子測井的核物理基礎(chǔ)中子是組成原子核的一種不帶7

①同位素中子源：如镅—鈹（Am-Be）中子源，利用镅衰變產(chǎn)生的α粒子去轟擊鈹原子核，發(fā)生核反應(yīng)而放出中子。產(chǎn)生的中子的平均能量約5MeV。該類中子源的特點是連續(xù)發(fā)射中子。

②加速器中子源：（亦稱脈沖中子源），如D-T加速器中子源，用加速器加速氘核（D）去轟擊氚核（T）產(chǎn)生快中子，其能量是14MeV。該類中子源的特點是人為控制脈沖式發(fā)射中子。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（1）中子和中子源

中子測井所用的中子源有兩類：同位素中子源和加速器中子源。①同位素中子源：如镅—鈹（Am-Be）中子源，利用镅8

高能快中子：能量大于10萬電子伏特；

中能中子：能量在100電子伏特—10萬電子伏特之間；

慢中子：能量小于100電子伏特；其中0.1—100電子伏特的中子為超熱中子；能量等于0.025電子伏特的中子為熱中子。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（1）中子和中子源由于不同能量的中子與原子核作用時有著不同的特點，所以通常根據(jù)中子的能量大小，可以把它分成幾類：高能快中子：能量大于10萬電子伏特；2、中子9①非彈性作用：高能快中子與原子核碰撞(先吸收形成復(fù)核->放出低能中子和非彈散伽馬射線)；②彈性散射：系統(tǒng)總能量不變?？熘凶优c靶核發(fā)生碰撞后中子和靶核的總動能不變，中子能量繼續(xù)降低、速度減慢，損失的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榘泻说膭幽?，靶核仍處于基態(tài)。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，其他物質(zhì)靶核由于俘獲中子后則處于激發(fā)態(tài)，在由激發(fā)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變時，則易放出俘獲伽馬射線。

下面介紹作用的幾個階段2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（2）中子與物質(zhì)的作用3種作用形式①非彈性作用：高能快中子與原子核碰撞(先吸收形成復(fù)核->放10由中子源發(fā)射出來的快中子與組成物質(zhì)的原子核發(fā)生作用，可以分為以下幾個階段：2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（2）中子與物質(zhì)的作用3個作用階段

①快中子的減速過程

平均能量約4Mev的高能快中子--→碰撞原子核(發(fā)生彈性散射)--→中子一部分能量傳給原子核--→成為原子核動能，中子本身的能量減少，運動速度降低--→繼續(xù)碰撞其它原子核。反復(fù)多次，能量不斷損失，速度不斷減慢，最后成為熱中子，此過程為快中子減速過程。由中子源發(fā)射出來的快中子與組成物質(zhì)的原子核發(fā)生作用，11

①快中子的減速過程巖石中不同元素對中子產(chǎn)生彈性散射幾率(散射截面)不同，氫元素彈性散射截面最大。不同元素減速能力不同，氫原子核對中子減速起主要作用，特別是中子與氫原子核碰撞，減速成熱中子過程最快。因此，高含氫量巖石中，快中子將很快減速成熱中子。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（2）中子與物質(zhì)的作用在減速過程中，中子與原子核正面碰撞一次可損失的最大能量ΔE，有：ΔE=(1-α)E1，式中E1為中子碰撞前的能量，而α為式中A為原子量。①快中子的減速過程巖石中不同元素對中子產(chǎn)生彈性12對于氫元素，質(zhì)量A＝1，因而α＝0，ΔE＝El，即中子與氫核發(fā)生碰撞時，中子就失去全部能量。對于碳元素，A＝12，α＝0.716，中子與碳核碰撞時，中子損失的最大能量為0.28E1。顯然A越大的元素，中子與它碰撞時能量損失越小。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（2）中子與物質(zhì)的作用

①快中子的減速過程對于氫元素，質(zhì)量A＝1，因而α＝0，ΔE＝El，即中13在實際彈性散射過程中，中子與靶核并不總是正面碰撞，因此，每次碰撞后，中子損失能量并不相同，這與散射角有關(guān)。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（2）中子與物質(zhì)的作用

①快中子的減速過程當快中子與原子核碰撞多次，使中子能量降低為0.025電子伏特時，這時的中子為熱中子。中子變?yōu)闊嶂凶又?，就象分子熱運動一樣在物質(zhì)中進行擴散，當它再與原子核發(fā)生碰撞時，失去和得到的能量幾乎相等。在實際彈性散射過程中，中子與靶核并不總是正面碰撞，因14

A.微觀彈性散射截面：一個中子與一個原子核發(fā)生彈性散射的幾率稱為微觀彈性散射截面δs，單位為巴（10-24cm2）。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（2）中子與物質(zhì)的作用

①快中子的減速過程描述減速過程的三個重要概念

C.減速長度Ls：用來描述快中子變?yōu)闊嶂凶拥臏p速過程。減速長度定義為由快中子減速成熱中子所經(jīng)過的直線距離的平均值，單位為厘米。

B.宏觀彈性散射截面：1cm3物質(zhì)的原子核的微觀彈性散射截面之和叫宏觀彈性散射截面Σs。通?？梢岳煤暧^彈性散射截面來描述這個減速過程。A.微觀彈性散射截面：一個中子與一個原子核發(fā)生彈性散射的15

下表為沉積巖中常見元素的散射截面和每次碰撞的最大能量損失以及中子能量由2Mev減速為熱中子所需的平均碰撞次數(shù)。（2）中子與物質(zhì)的作用

①快中子的減速過程元素散射截面原子量平均碰撞次數(shù)每次碰撞能量的最大損失鈣9.540.13718%氯1035.931610%硅1.728.126112%氧4.216.015021%碳4.812.011528%氫451.018100%從表中可看出，沉積巖中不同元素對中子產(chǎn)生彈性散射截面不同，氫元素的最大。和氫核相碰撞，能量損失最大，減速成熱中子的過程也最快。因此，在含氫量高的巖石中，快中子將很快減速成熱中子。下表為沉積巖中常見元素的散射截面和每次碰撞的最大能量16下表為能量為3.7-7Mev的中子減速為熱中子的減速長度：（2）中子與物質(zhì)的作用

①快中子的減速過程介質(zhì)水石油石膏硬石膏（含結(jié)晶水）砂+45%水砂+22%水石灰?guī)r干石英砂減速長度（厘米）7.79.311.027.011.017.029.055.0介質(zhì)含氫越多，減速長度越短，這也說明氫元素對快中子的減速能力最大。

氫是所有元素中最強的中子減速劑，這是中子測井法測定地層含氫量及解決與含氫量有關(guān)地質(zhì)問題的依據(jù)。下表為能量為3.7-7Mev的中子減速為熱中子的減速17快中子減速成熱中子之后，同氣體分子的擴散類似，從密度大的地方向密度小地方擴散。（2）中子與物質(zhì)的作用

②熱中子的擴散及俘獲熱中子擴散時，由于速度較慢，在原子核周圍停留的時間相對較長，因而很容易被原子核俘獲。標準熱中子能量為0.025eV，速度為2.2×105cm/s。熱中子被元素原子核俘獲的幾率取決于元素的俘獲能力，通常用“宏觀俘獲截面Σa”來量度。單位為巴。描述熱中子擴散及俘獲特性的參數(shù)有擴散長度Ld、微（宏）觀俘獲截面Σa和熱中子壽命τt等參數(shù)?？熘凶訙p速成熱中子之后，同氣體分子的擴散類似，從密度18（2）中子與物質(zhì)的作用

②熱中子的擴散及俘獲描述擴散俘獲過程的四個重要概念A(yù).擴散長度：從產(chǎn)生熱中子起到其被俘獲吸收為止，熱中子移動的距離。物質(zhì)對熱中子俘獲吸收能力越強，擴散長度Ld就越短。

B.微觀俘獲截面δ：一個原子核俘獲熱中子的幾率。

C.宏觀俘獲截面Σa：1cm3物質(zhì)中所有原子核的微觀俘獲截面之和。

D.熱中子壽命τt：從熱中子生成開始到它被俘獲吸收為止所經(jīng)過的平均時間叫熱中子壽命，它和宏觀俘獲截面的關(guān)系是：式中v為熱中子移動速度，常溫下，v＝0.22cm/μs。（2）中子與物質(zhì)的作用②熱中子的擴散及俘獲描述擴散俘獲19當?shù)貙又泻蟹@截面高的元素時，τt就大大減小。高礦化度水的τt要比油層小的多，因此可以確定油水界面和區(qū)分油水層。（2）中子與物質(zhì)的作用

②熱中子的擴散及俘獲所以熱中子壽命表示式可寫成：當?shù)貙又泻蟹@截面高的元素時，τt就大大減小。高礦20下表給出了沉積巖中常見的幾種元素的微觀俘獲截面。（2）中子與物質(zhì)的作用

②熱中子的擴散及俘獲

氯元素特別是硼的俘獲截面很大。在油、氣井中，氯元素是常見的，因此，它的存在將使熱中子被俘獲的幾率顯著增加，熱中子擴散的過程或擴散距離將縮短。所以含有高礦化度水的巖石比含油的同類巖石宏觀俘獲截面要大。下表給出了沉積巖中常見的幾種元素的微觀俘獲截面。（2）中子21元素的原子核俘獲熱中子之后，處于激發(fā)狀態(tài)，當它回到穩(wěn)定的基態(tài)時，多余的能量便以伽馬射線的形式釋放出來。該射線稱為俘獲伽馬射線，或次生伽馬射線。（2）中子與物質(zhì)的作用

②熱中子的擴散及俘獲因此，當巖石中有氯元素存在時，測得的熱中子數(shù)將顯著減少，但測得的俘獲伽馬射線卻又會普遍增高。不同元素俘獲熱中子后放出的俘獲伽馬射線的能量存在一定的差別，特別是氯元素釋放出的俘獲伽馬射線能量要比一般元素高一些，且伽馬射線的數(shù)目也相對多些。元素的原子核俘獲熱中子之后，處于激發(fā)狀態(tài)，當它回到穩(wěn)22

中子探測器探測的是超熱中子和熱中子。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（3）中子探測器

熱中子探測器通常由普通的閃爍計數(shù)器在其外壁上涂上鋰或硼構(gòu)成。由于鋰和硼對熱中子有強吸收性，并在吸收熱中子后發(fā)生核反應(yīng)而放射出α粒子，該粒子能使閃爍計數(shù)器中螢光體發(fā)光，從而在記數(shù)管中的陽極產(chǎn)生負的電脈沖，然后送入地面記錄儀便可對其記錄。熱中子α鋰或硼中子探測器探測的是超熱中子和熱中子。2、中子測井的核23

超熱中子探測器是熱中子計數(shù)器在其外壁上加一層石蠟和一層鎘構(gòu)成。鎘的作用是吸收探測器周圍的熱中子，而只讓超熱中子通過，并進入石蠟層，然后再經(jīng)石蠟減速為熱中子，便可被熱中子計數(shù)管對其記錄。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（3）中子探測器熱中子α超熱中子石蠟鎘超熱中子探測器是熱中子計數(shù)器在其外壁上加一層石蠟和一24地層對快中子的減速能力主要決定于地層的含氫量。含氫量高的地層宏觀減速能力強、減速長度小。為了方便，在中子測井中把淡水的含氫量規(guī)定為一個單位，用它來衡量地層中所有其它巖石或礦物的含氫量。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（4）地層的含氫指數(shù)單位體積的任何巖石或礦物中氫核數(shù)與同樣體積的淡水中氫核數(shù)的比值，稱為該巖石或礦物的含氫指數(shù)，用H表示。含氫指數(shù)概念地層對快中子的減速能力主要決定于地層的含氫量。含氫量25

式中，ρ是介質(zhì)密度，單位為g／cm3；M是該化合物的克分子量；x是介質(zhì)分子中的氫原子數(shù)；K是比例常數(shù)。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（4）地層的含氫指數(shù)含氫指數(shù)概念

含氫指數(shù)H與單位體積介質(zhì)里的氫核數(shù)成正比，因而可用下式表示式中，ρ是介質(zhì)密度，單位為g／cm3；M是該化合物的26

①純水的含氫指數(shù)按定義，淡水的含氫指數(shù)為1，由此確定出上式中的K值。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（4）地層的含氫指數(shù)則用該式可求出任何密度為ρ，分子量為M且每個分子中有x個氫核的單一分子組成的物質(zhì)的含氫指數(shù)。因水的分子式為H2O，所以x＝2，M＝18，而水的密度為1g／cm3，由此求出K＝9，代入前面式子得①純水的含氫指數(shù)2、中子測井的核物理基礎(chǔ)（4）地層的27②鹽水的含氫指數(shù)NaCl溶于水后占據(jù)了空間，而使鹽水中含氫密度減小，巖水含氫指數(shù)降低。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（4）地層的含氫指數(shù)計算鹽水含氫指數(shù)的一般公式為

Hw＝ρw(1-C)式中ρw為鹽水密度；C為NaCl濃度，此處單位為ppm×10-6。對裸眼井測井，中子測井探測的沖洗帶，上式應(yīng)當用泥漿濾液的密度和礦化度。套管井測井時，沖洗帶消失，要用地層水的密度和礦化度。②鹽水的含氫指數(shù)2、中子測井的核物理基礎(chǔ)（4）地層的含氫28

③油、氣的含氫指數(shù)

液態(tài)烴的含氫指數(shù)與水接近，然而天然氣的氫濃度很低，并且隨溫度和壓力而變化。因而當天然氣很靠近井眼而處于中子測井探測范圍內(nèi)時，中子測井測出的含氫指數(shù)較小。烴的含氫指數(shù)可根據(jù)其組分和密度來估算。分子式為CHx(其分子量為12十x)和密度為ρh的烴的含氫指數(shù)為用此式可算出甲烷(CH4)含氫指數(shù)為2.25ρ甲烷，而石油(CnH2)含氫指數(shù)為1.28ρ油。若ρ油＝0.85g/cm3，則石油含氫指數(shù)為1.034。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（4）地層的含氫指數(shù)③油、氣的含氫指數(shù)烴的含氫指數(shù)可根據(jù)其組分和密29④與有效孔隙度無關(guān)的含氫指數(shù)A.泥質(zhì)：泥質(zhì)伴生有化學(xué)結(jié)晶水和束縛水，所以它具有很大的含氫指數(shù)，一般可達0.15—0.30，因而在含泥質(zhì)的地層中，含氫指數(shù)大于地層的有效孔隙度。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（4）地層的含氫指數(shù)B.石膏：石膏的分子式是CaSO4·2H2O，雖然其孔隙度為零，但其含氫指數(shù)約為0.49，與孔隙度為49％的灰?guī)r相當。C.巖性影響：當儀器以純石灰?guī)r為標準進行刻度時，石灰?guī)r骨架含氫指數(shù)為零，其它巖性的巖石骨架顯示為一定數(shù)值的等效含氫量?？紫抖鹊扔诹愕纳皫r，顯示為負含氫指數(shù)（-3%），而白云巖顯示為正的含氫指數(shù)（5%）。

④與有效孔隙度無關(guān)的含氫指數(shù)2、中子測井的核物理基礎(chǔ)30中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)3、中子-中子測井方法原理4、中子-伽馬測井方法原理中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)31中子測井包括兩種方法：

一種是記錄探測器周圍超熱中子密度的中子—超熱中子測井（SNP），亦稱井壁中子測井；另一種是記錄探測器周圍熱中子密度的中子—熱中子測井（CNL），亦稱補償中子測井。中子測井3、中子-中子測井方法原理中子測井包括兩種方法：中子測井3、中子-中子測井方法32(1)中子—超熱中子測井

超熱中子測井是探測探測器周圍快中子變?yōu)闊嶂凶又暗某瑹嶂凶用芏?，以反映地層的中子減速特性，進而計算儲層孔隙度和對儲集層進行評價。

左圖是一種超熱中子測井儀的井下儀器示意圖，也叫井壁超熱中子測井儀(SNP)。超熱中子探測器和中子源貼靠井壁測量以減小井眼的影響。由中子源發(fā)出的快中子與地層中的原子核發(fā)生彈性散射，能量逐漸降低，而成為超熱中子，其過程主要取決于前述快中子減速過程。3、中子-中子測井方法原理(1)中子—超熱中子測井左圖是一種超熱中子測井儀的33在組成地層的所有元素中，氫是減速能力最強的元素，遠遠超過其它元素，它的存在和含量就決定著地層的減速長度的大小。因此，當孔隙中100％充滿水時，孔隙度越大則地層減速長度就越短。(1)中子—超熱中子測井3、中子-中子測井方法原理左圖描述了這種關(guān)系，給出了充滿水的砂巖、石灰?guī)r和白云巖等三種巖性的巖石減速長度和孔隙度的關(guān)系曲線。由圖可以看出Ls隨φ增大而縮短在組成地層的所有元素中，氫是減速能力最強的元素，遠遠34從該圖還可以看出：

孔隙度不同，巖性不同，超熱中子在中子源周圍的分布不同?？紫抖仍酱?，含氫量越多，減速長度Ls越短（?。瑒t在源附近的超熱中子越多。相反，孔隙度越小，減速長度Ls越大，則在較遠的空間形成有較多的超熱中子。3、中子-中子測井方法原理(1)中子—超熱中子測井從該圖還可以看出：3、中子-中子測井方法原理(1)中35如果把探測器放在較遠的地方，超熱中子探測器的計數(shù)率，則對于孔隙度大的計數(shù)率低，孔隙度小的計數(shù)率高。如右圖所示。3、中子-中子測井方法原理(1)中子—超熱中子測井如果把探測器放在較遠的地方，超熱中子探測器的計數(shù)率，36如果把探測器放在較近的地方，超熱中子探測器的計數(shù)率，則對于孔隙度大的計數(shù)率大，孔隙度小的計數(shù)率低。如右圖所示。3、中子-中子測井方法原理(1)中子—超熱中子測井當探測器放在某一個位置時，計數(shù)率與孔隙度的大小無關(guān)。如果把探測器放在較近的地方，超熱中子探測器的計數(shù)率，373、中子-中子測井方法原理短源距長源距零源距(1)中子—超熱中子測井

探測器到源之間的距離叫源距；第一種情況的源距叫長源距；第二種情況的源距叫短源距；第三種情況叫零源距，約40cm。在實際工作中，通常用的是長源距探測器。3、中子-中子測井方法原理短源距長源距零源距(1)中子—超熱38

測井記錄（長源距）的超熱中子計數(shù)率越大，反映巖層的孔隙度越小，反之計數(shù)率越小，反映巖層的孔隙度越大。

3、中子-中子測井方法原理(1)中子—超熱中子測井在不含有氫元素的地層中，超熱中子讀數(shù)隨含氫量增高呈指數(shù)規(guī)律降低，在巖石中，含H量直接反映著孔隙度的大小，因此

lgN=aΦ+b其中b-儀器常數(shù)，a-與井徑、源距等有關(guān)的參數(shù)，N-超熱中子計數(shù)率。這就是利用超熱中子測井可以測量巖層孔隙度的原理。由于超熱中子被元素俘獲的截面非常小，所以超熱中子的空間分布不受巖層含氯量的影響(即地層水礦化度的影響)，所以能夠較好地反映氫含量的多少，即較好地反映巖層孔隙度的大小。測井記錄（長源距）的超熱中子計數(shù)率越大，反映39超熱中子測井，僅反映地層的減速性質(zhì)，有利于測定地層含氫指數(shù)，貼靠井壁測量減少了井對測量結(jié)果的影響，能很好地測定地層的孔隙度。

其不足之處：超熱中子分布范圍小，探測深度淺，源距小，井條件和貼井壁狀態(tài)的變化都會影響測量的結(jié)果。因而在繼續(xù)改進這儀方法的同時，還必須研究其它測井方法。3、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井熱中子分布范圍比超熱中子大的多，探測范圍大，其空間分布規(guī)律與超熱中子的空間分布規(guī)律一樣，即在長源距的情況下飽含流體的巖層的孔隙度越大，熱中子的計數(shù)率越低；孔隙度越小計數(shù)率越高。超熱中子測井，僅反映地層的減速性質(zhì)，有利于測定地層含40快中子與地層作用減速成熱中子，探測器周圍熱中子的密度不僅與地層的減速特性有關(guān)，而且亦與地層的俘獲特性有關(guān)。這就決定了熱中子的空間分布既與巖層的含氫量有關(guān)，又與含氯量有關(guān)。這對于用熱中子計數(shù)率大小反映巖層含氫量，進而反映巖層孔隙度值來說，氯含量就是個干擾因素。3、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井由中子源發(fā)出的快中子在周圍介質(zhì)中減速成熱中子，探測熱中子密度的測井方法叫熱中子測井。快中子與地層作用減速成熱中子，探測器周圍熱中子的密度41式中Nt—熱中子計數(shù)率；r—探測器到中子源的距離(源距)；

D—擴散系數(shù)；Ls—減速長度；Ld—擴散長度；K—與儀器有關(guān)系數(shù)。3、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井在均勻無限介質(zhì)中，對點狀快中子源造成的熱中子分布進行了理論推導(dǎo)，得到下列關(guān)系由上式可見計數(shù)率大小不僅決定于巖層減速性質(zhì)(反映含氫量)，還與巖層俘獲性質(zhì)有關(guān)(反映含氯量)。式中Nt—熱中子計數(shù)率；r—探測器到中子源的距離(源距423、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井若采用源距不同的兩個探測器，記錄兩個計數(shù)率Nt(r1)和Nt(r2)，取這兩個計數(shù)率比值，當源距r足夠大時，則有因熱中子的擴散長度Ld比快中子的減速長度Ls小很多，所以當源距r足夠大時，含有Ld的指數(shù)項與含有Ls的指數(shù)項相比可以忽略不計，如r=70cm，對φ=15%的砂巖:故上式可簡化為：3、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井若采用43當源距r1、r2選定后，這個比值只與地層的減速性質(zhì)有關(guān)，所以該比值能很好地反映地層的含氫量。該式即為雙源距熱中子測井的理論依據(jù)。

此外這種方法能減小井參數(shù)及巖石對熱中子俘獲性質(zhì)對測量結(jié)果的影響，所以通常稱中子-熱中子測井CNL為補償中子測井。3、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井當源距r1、r2選定后，這個比值只與地層的減速性質(zhì)有443、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井

右圖是補償中子測井示意圖。用長、短源距兩個探測器接收熱中子，得到計數(shù)率Nt(r1)，Nt(r2)，根據(jù)用石灰?guī)r刻度的儀器得到的計數(shù)率比值Nt(r1)／Nt(r2)(r1＞r2)與巖石石灰?guī)r孔隙度φN的關(guān)系，補償中子測井直接給出石灰?guī)r孔隙度值曲線。3、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井右圖45實際工作中，補償中子測井儀通常都在刻度井內(nèi)已知孔隙度的純石灰?guī)r地層上進行刻度，由此獲得的孔隙度單位稱為“石灰?guī)r孔隙度”。它在純石灰?guī)r地層上等于地層的真孔隙度。3、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井但在非純石灰?guī)r地層，用這種方式刻度的儀器測得的孔隙度將與地層的真孔隙度不同，稱為“視石灰?guī)r孔隙度”。實際工作中，補償中子測井儀通常都在刻度井內(nèi)已知孔隙度46(3)中子測井的應(yīng)用3、中子-中子測井方法原理①確定地層孔隙度中子測井（SNP、CNL）主要的用途是確定地層孔隙度。右圖為SNP孔隙度巖性影響校正圖版。中子測井儀器通常以石灰?guī)r孔隙度為標準刻度的，所以它所記錄孔隙度是石灰?guī)r孔隙度。因此，我們通常稱中子測井值為視石灰?guī)r孔隙度。(3)中子測井的應(yīng)用3、中子-中子測井方法原理①確定地層孔47

①確定地層孔隙度

3、中子-中子測井方法原理(3)中子測井的應(yīng)用對于除石灰?guī)r以外的其它巖性的巖石，石灰?guī)r孔隙度包含有由于巖性不同，巖石骨架造成的附加孔隙度。例如孔隙度為零的純砂巖和白云巖，用（以石灰?guī)r為標準刻度的）儀器測量得到的石灰?guī)r孔隙度，前者是-3％，后者為十5％。所以要求砂巖或白云巖的真孔隙度必須做巖性校正，用圖所示的巖性影響校正圖版進行校正。①確定地層孔隙度3、中子-中子測井方法原理(3483、中子-中子測井方法原理(3)中子測井的應(yīng)用②FDC與CNL石灰?guī)r孔隙度曲線重疊定性判斷氣層天然氣使FDC測井計算孔隙度增大，而使CNL測井計算孔隙度偏小。故二者在氣層上有一定的幅度差，而且φD﹥φN。右圖是FDC與CNL的實測石灰?guī)r孔隙度曲線重疊圖。圖中在三個深度上明顯顯示出含氣層。3、中子-中子測井方法原理(3)中子測井的應(yīng)用②FDC與C49③CNL與FDC測井交會求孔隙度、確定巖性

由密度測井(FDC)的體積密度值和CNL的石灰?guī)r孔隙度值的交會點，可確定地層的孔隙度φND的大小和巖性。若是雙礦物巖石，可以確定雙礦物比例。如圖。3、中子-中子測井方法原理(3)中子測井的應(yīng)用③CNL與FDC測井交會求孔隙度、確定巖性3、中子-中50中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)3、中子-中子測井方法原理4、中子-伽馬測井方法原理中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)51（1）基本原理該方法在于測量巖石中元素原子核俘獲熱中子之后所放出的俘獲伽馬射線的強度。這一強度與兩個因素有關(guān)，即巖石對中子的減速能力和對熱中子的俘獲能力。在沉積巖的元素中，對這兩種特性起決定作用的是氫和氯，因此中子—伽馬測井結(jié)果主要與巖石中的含氫量和含氯量有關(guān)。右圖是實驗得到的中子伽馬計數(shù)率Nn-γ與源距L的關(guān)系曲線。圖中，曲線1—淡水；曲線2—鹽水；曲線3—孔隙度分別為0、10%、20%，含淡水的模擬地層中的關(guān)系曲線。約35cm中子測井4、中子-伽馬測井方法原理（1）基本原理右圖是實驗得到的中子伽馬計數(shù)率Nn-γ52①Nn-r隨L增大而按指數(shù)規(guī)律下降；約35cm（1）基本原理

4、中子-伽馬測井方法原理②L≈35cm為零源距。在此源距時，Nn-r與地層含氫量(孔隙度)無關(guān)，但仍能反映含氯量的變化。含氯量增大，Nn-r也增大；③在長源距(即源距大于零源距)的情況下，含氫量增大(孔隙度增大)，計數(shù)率Nn-r減小。①Nn-r隨L增大而按指數(shù)規(guī)律下降；約35cm（1）基53

實際測井時，中子—伽馬測井采用的是長源距(即正源距)。國內(nèi)通常采用L＝60～65cm。所以中子伽馬測井的計數(shù)率Nn-r大，說明地層的含氫量小，孔隙度小。若Nn-r小，則說明地層的含氫大，孔隙度大。因此，也可用中子—伽馬測井來確定巖石的孔隙度。約35cm4、中子-伽馬測井方法原理（1）基本原理

實際測井時，中子—伽馬測井采用的是長源距(即正源距)54對相同含氫量的巖石而言，如果含氯量不同時，在含氯量高的巖石中，無論采用的源距如何，測得的中子—伽馬射線強度均有所增高。（2）中子—伽馬測井中的氯和氫的作用比較

4、中子-伽馬測井方法原理這是因為氯元素俘獲熱中子之后放出的伽馬射線能量較高，且數(shù)量較多(能放出三個伽馬量子，而一般元素俘獲熱中子后僅放出一個伽馬量子)的緣故。就此而言，氯元素對中子—伽馬測井結(jié)果的影響與氫對熱中子測井的影響相反。對相同含氫量的巖石而言，如果含氯量不同時，在含氯量高55根據(jù)以上的分析看出，用中子—伽馬測井結(jié)果來定量研究巖石的孔隙度時，巖石中氯元素的存在，必將使計算結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。因此，用這種方法來研究巖石的孔隙度不如中子-超熱中子和中子-熱中子兩種方法理想。（2）中子—伽馬測井中的氯和氫的作用比較

4、中子-伽馬測井方法原理中子-伽馬測井的下井儀器包括中子源和γ射線探測器。在源和探測器之間放置有屏蔽體鉛，防止中子源伴生γ射線由儀器內(nèi)部直接進入探測器。

中子—伽馬測井探測深度略大于熱中子和超熱中子測井。根據(jù)以上的分析看出，用中子—伽馬測井結(jié)果來定量研究巖56天然氣中的含氫量比水和油中的含氫量低得多，因此氣層上得中子伽馬測井顯示出很高的計數(shù)率值。右圖是中子伽馬測井顯示氣層的實例。（3）中子—伽馬測井曲線的應(yīng)用

①劃分氣層。中子伽馬測井曲線可以用來劃分氣層

4、中子-伽馬測井方法原理在利用中子伽馬曲線劃分氣層時，要注意和巖性致密造成的高幅度值相區(qū)別。為此，應(yīng)參照聲波和微電極等曲線綜合分析。天然氣中的含氫量比水和油中的含氫量低得多，因此氣層上57劃分氣層實例4、中子-伽馬測井方法原理（3）中子—伽馬測井曲線的應(yīng)用

①劃分氣層。中子伽馬測井曲線可以用來劃分氣層

劃分氣層實例4、中子-伽馬測井方法原理（3）中子—伽馬測井曲58

②確定油水界面因為油水層的含氫量基本上是相同的，只有地層水的礦化度高時，水層的含氯量顯著大于油層，油層和水層的中子伽馬測井曲線的計數(shù)率值才有明顯的差別(水層的中子伽馬測井計數(shù)率值大于油層的中子伽馬測井計數(shù)率值)。4、中子-伽馬測井方法原理（3）中子—伽馬測井曲線的應(yīng)用

所以只有在地層水礦化度比較高情況下，才能利用中子伽馬測井曲線劃分油水界面。右圖是利用中子伽馬測井曲線劃分油水界面的實例。②確定油水界面4、中子-伽馬測井方法原理（3）中子—伽59中子測井本章作業(yè)1.簡述中子測井的分類和基本原理。2.名詞解釋：含氫指數(shù)減速長度3.簡述中子-中子測井的地質(zhì)應(yīng)用。4.簡述中子-伽馬測井的地質(zhì)應(yīng)用。5.總結(jié)識別天然氣層的測井方法。中子測井本章作業(yè)1.簡述中子測井的分類和基本原理。60TheendTheend61中子測井Neutronlog中子測井62中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)3、中子-中子測井方法原理4、中子-伽馬測井方法原理中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)63中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)3、中子-中子測井方法原理4、中子-伽馬測井方法原理中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)64中子測井利用巖石的另一種特性，即巖石中的含氫量來研究巖石性質(zhì)和孔隙度等地質(zhì)問題。

這種測井方法在于將裝有中子源和探測器的井下儀器下入井中，由中子源→中子→進入巖層,

同物質(zhì)的原子核發(fā)生碰撞將產(chǎn)生減速、擴散和被俘獲幾個過程，到達探測器。在這些過程中，探測器周圍的中子分布狀況，以及中子被俘獲后所放出的伽馬射線強度，與儀器周圍的巖石性質(zhì)，特別是巖石的含氫量有關(guān)。而儲集層的含氫量又取決于它的孔隙度，因此，中子測井是目前廣泛使用的一種孔隙度測井。中子測井1、中子測井方法分類

中子測井利用巖石的另一種特性，即巖石中的含氫量來研究巖65根據(jù)中子測井的記錄內(nèi)容：可以將它分為

中子-中子測井Neutron-NeutronLog中子-伽馬測井Neutron-GammaRayLog

中子測井1、中子測井方法分類

根據(jù)儀器的結(jié)構(gòu)特點，中子—中子測井又可分為

中子-超熱中子測井（SNP）—井壁中子測井

SidewallNeutronLog中子-熱中子測井（CNL）—補償中子測井

CompensatedNeutronLog根據(jù)中子測井的記錄內(nèi)容：可以將它分為中子測井1、中子測井方66中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)3、中子-中子測井方法原理4、中子-伽馬測井方法原理中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)672、中子測井的核物理基礎(chǔ)

中子是組成原子核的一種不帶電荷的中性粒子，其質(zhì)量與氫核質(zhì)量相近。中子與物質(zhì)作用時，能穿過原子的電子殼層而與原子核相碰撞，所以它對物質(zhì)的穿透能力較強。（1）中子和中子源通常中子與質(zhì)子以很強的核力結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。要使中子從原子核里釋放出來，就必須供給一定的能量。如果使原子核獲得的能量大于中子結(jié)合能，中子就可能從核中發(fā)射出來?？梢杂忙亮Ｗ?、氘核d、質(zhì)子p或γ光子轟擊原子核，引起各種核反應(yīng)，使中子從核內(nèi)釋放出來。這種產(chǎn)生中子的裝置稱中子源。電子中子原子核2、中子測井的核物理基礎(chǔ)中子是組成原子核的一種不帶68

①同位素中子源：如镅—鈹（Am-Be）中子源，利用镅衰變產(chǎn)生的α粒子去轟擊鈹原子核，發(fā)生核反應(yīng)而放出中子。產(chǎn)生的中子的平均能量約5MeV。該類中子源的特點是連續(xù)發(fā)射中子。

②加速器中子源：（亦稱脈沖中子源），如D-T加速器中子源，用加速器加速氘核（D）去轟擊氚核（T）產(chǎn)生快中子，其能量是14MeV。該類中子源的特點是人為控制脈沖式發(fā)射中子。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（1）中子和中子源

中子測井所用的中子源有兩類：同位素中子源和加速器中子源。①同位素中子源：如镅—鈹（Am-Be）中子源，利用镅69

高能快中子：能量大于10萬電子伏特；

中能中子：能量在100電子伏特—10萬電子伏特之間；

慢中子：能量小于100電子伏特；其中0.1—100電子伏特的中子為超熱中子；能量等于0.025電子伏特的中子為熱中子。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（1）中子和中子源由于不同能量的中子與原子核作用時有著不同的特點，所以通常根據(jù)中子的能量大小，可以把它分成幾類：高能快中子：能量大于10萬電子伏特；2、中子70①非彈性作用：高能快中子與原子核碰撞(先吸收形成復(fù)核->放出低能中子和非彈散伽馬射線)；②彈性散射：系統(tǒng)總能量不變?？熘凶优c靶核發(fā)生碰撞后中子和靶核的總動能不變，中子能量繼續(xù)降低、速度減慢，損失的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榘泻说膭幽?，靶核仍處于基態(tài)。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，其他物質(zhì)靶核由于俘獲中子后則處于激發(fā)態(tài)，在由激發(fā)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變時，則易放出俘獲伽馬射線。

下面介紹作用的幾個階段2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（2）中子與物質(zhì)的作用3種作用形式①非彈性作用：高能快中子與原子核碰撞(先吸收形成復(fù)核->放71由中子源發(fā)射出來的快中子與組成物質(zhì)的原子核發(fā)生作用，可以分為以下幾個階段：2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（2）中子與物質(zhì)的作用3個作用階段

①快中子的減速過程

平均能量約4Mev的高能快中子--→碰撞原子核(發(fā)生彈性散射)--→中子一部分能量傳給原子核--→成為原子核動能，中子本身的能量減少，運動速度降低--→繼續(xù)碰撞其它原子核。反復(fù)多次，能量不斷損失，速度不斷減慢，最后成為熱中子，此過程為快中子減速過程。由中子源發(fā)射出來的快中子與組成物質(zhì)的原子核發(fā)生作用，72

①快中子的減速過程巖石中不同元素對中子產(chǎn)生彈性散射幾率(散射截面)不同，氫元素彈性散射截面最大。不同元素減速能力不同，氫原子核對中子減速起主要作用，特別是中子與氫原子核碰撞，減速成熱中子過程最快。因此，高含氫量巖石中，快中子將很快減速成熱中子。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（2）中子與物質(zhì)的作用在減速過程中，中子與原子核正面碰撞一次可損失的最大能量ΔE，有：ΔE=(1-α)E1，式中E1為中子碰撞前的能量，而α為式中A為原子量。①快中子的減速過程巖石中不同元素對中子產(chǎn)生彈性73對于氫元素，質(zhì)量A＝1，因而α＝0，ΔE＝El，即中子與氫核發(fā)生碰撞時，中子就失去全部能量。對于碳元素，A＝12，α＝0.716，中子與碳核碰撞時，中子損失的最大能量為0.28E1。顯然A越大的元素，中子與它碰撞時能量損失越小。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（2）中子與物質(zhì)的作用

①快中子的減速過程對于氫元素，質(zhì)量A＝1，因而α＝0，ΔE＝El，即中74在實際彈性散射過程中，中子與靶核并不總是正面碰撞，因此，每次碰撞后，中子損失能量并不相同，這與散射角有關(guān)。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（2）中子與物質(zhì)的作用

①快中子的減速過程當快中子與原子核碰撞多次，使中子能量降低為0.025電子伏特時，這時的中子為熱中子。中子變?yōu)闊嶂凶又螅拖蠓肿訜徇\動一樣在物質(zhì)中進行擴散，當它再與原子核發(fā)生碰撞時，失去和得到的能量幾乎相等。在實際彈性散射過程中，中子與靶核并不總是正面碰撞，因75

A.微觀彈性散射截面：一個中子與一個原子核發(fā)生彈性散射的幾率稱為微觀彈性散射截面δs，單位為巴（10-24cm2）。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（2）中子與物質(zhì)的作用

①快中子的減速過程描述減速過程的三個重要概念

C.減速長度Ls：用來描述快中子變?yōu)闊嶂凶拥臏p速過程。減速長度定義為由快中子減速成熱中子所經(jīng)過的直線距離的平均值，單位為厘米。

B.宏觀彈性散射截面：1cm3物質(zhì)的原子核的微觀彈性散射截面之和叫宏觀彈性散射截面Σs。通?？梢岳煤暧^彈性散射截面來描述這個減速過程。A.微觀彈性散射截面：一個中子與一個原子核發(fā)生彈性散射的76

下表為沉積巖中常見元素的散射截面和每次碰撞的最大能量損失以及中子能量由2Mev減速為熱中子所需的平均碰撞次數(shù)。（2）中子與物質(zhì)的作用

①快中子的減速過程元素散射截面原子量平均碰撞次數(shù)每次碰撞能量的最大損失鈣9.540.13718%氯1035.931610%硅1.728.126112%氧4.216.015021%碳4.812.011528%氫451.018100%從表中可看出，沉積巖中不同元素對中子產(chǎn)生彈性散射截面不同，氫元素的最大。和氫核相碰撞，能量損失最大，減速成熱中子的過程也最快。因此，在含氫量高的巖石中，快中子將很快減速成熱中子。下表為沉積巖中常見元素的散射截面和每次碰撞的最大能量77下表為能量為3.7-7Mev的中子減速為熱中子的減速長度：（2）中子與物質(zhì)的作用

①快中子的減速過程介質(zhì)水石油石膏硬石膏（含結(jié)晶水）砂+45%水砂+22%水石灰?guī)r干石英砂減速長度（厘米）7.79.311.027.011.017.029.055.0介質(zhì)含氫越多，減速長度越短，這也說明氫元素對快中子的減速能力最大。

氫是所有元素中最強的中子減速劑，這是中子測井法測定地層含氫量及解決與含氫量有關(guān)地質(zhì)問題的依據(jù)。下表為能量為3.7-7Mev的中子減速為熱中子的減速78快中子減速成熱中子之后，同氣體分子的擴散類似，從密度大的地方向密度小地方擴散。（2）中子與物質(zhì)的作用

②熱中子的擴散及俘獲熱中子擴散時，由于速度較慢，在原子核周圍停留的時間相對較長，因而很容易被原子核俘獲。標準熱中子能量為0.025eV，速度為2.2×105cm/s。熱中子被元素原子核俘獲的幾率取決于元素的俘獲能力，通常用“宏觀俘獲截面Σa”來量度。單位為巴。描述熱中子擴散及俘獲特性的參數(shù)有擴散長度Ld、微（宏）觀俘獲截面Σa和熱中子壽命τt等參數(shù)?？熘凶訙p速成熱中子之后，同氣體分子的擴散類似，從密度79（2）中子與物質(zhì)的作用

②熱中子的擴散及俘獲描述擴散俘獲過程的四個重要概念A(yù).擴散長度：從產(chǎn)生熱中子起到其被俘獲吸收為止，熱中子移動的距離。物質(zhì)對熱中子俘獲吸收能力越強，擴散長度Ld就越短。

B.微觀俘獲截面δ：一個原子核俘獲熱中子的幾率。

C.宏觀俘獲截面Σa：1cm3物質(zhì)中所有原子核的微觀俘獲截面之和。

D.熱中子壽命τt：從熱中子生成開始到它被俘獲吸收為止所經(jīng)過的平均時間叫熱中子壽命，它和宏觀俘獲截面的關(guān)系是：式中v為熱中子移動速度，常溫下，v＝0.22cm/μs。（2）中子與物質(zhì)的作用②熱中子的擴散及俘獲描述擴散俘獲80當?shù)貙又泻蟹@截面高的元素時，τt就大大減小。高礦化度水的τt要比油層小的多，因此可以確定油水界面和區(qū)分油水層。（2）中子與物質(zhì)的作用

②熱中子的擴散及俘獲所以熱中子壽命表示式可寫成：當?shù)貙又泻蟹@截面高的元素時，τt就大大減小。高礦81下表給出了沉積巖中常見的幾種元素的微觀俘獲截面。（2）中子與物質(zhì)的作用

②熱中子的擴散及俘獲

氯元素特別是硼的俘獲截面很大。在油、氣井中，氯元素是常見的，因此，它的存在將使熱中子被俘獲的幾率顯著增加，熱中子擴散的過程或擴散距離將縮短。所以含有高礦化度水的巖石比含油的同類巖石宏觀俘獲截面要大。下表給出了沉積巖中常見的幾種元素的微觀俘獲截面。（2）中子82元素的原子核俘獲熱中子之后，處于激發(fā)狀態(tài)，當它回到穩(wěn)定的基態(tài)時，多余的能量便以伽馬射線的形式釋放出來。該射線稱為俘獲伽馬射線，或次生伽馬射線。（2）中子與物質(zhì)的作用

②熱中子的擴散及俘獲因此，當巖石中有氯元素存在時，測得的熱中子數(shù)將顯著減少，但測得的俘獲伽馬射線卻又會普遍增高。不同元素俘獲熱中子后放出的俘獲伽馬射線的能量存在一定的差別，特別是氯元素釋放出的俘獲伽馬射線能量要比一般元素高一些，且伽馬射線的數(shù)目也相對多些。元素的原子核俘獲熱中子之后，處于激發(fā)狀態(tài)，當它回到穩(wěn)83

中子探測器探測的是超熱中子和熱中子。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（3）中子探測器

熱中子探測器通常由普通的閃爍計數(shù)器在其外壁上涂上鋰或硼構(gòu)成。由于鋰和硼對熱中子有強吸收性，并在吸收熱中子后發(fā)生核反應(yīng)而放射出α粒子，該粒子能使閃爍計數(shù)器中螢光體發(fā)光，從而在記數(shù)管中的陽極產(chǎn)生負的電脈沖，然后送入地面記錄儀便可對其記錄。熱中子α鋰或硼中子探測器探測的是超熱中子和熱中子。2、中子測井的核84

超熱中子探測器是熱中子計數(shù)器在其外壁上加一層石蠟和一層鎘構(gòu)成。鎘的作用是吸收探測器周圍的熱中子，而只讓超熱中子通過，并進入石蠟層，然后再經(jīng)石蠟減速為熱中子，便可被熱中子計數(shù)管對其記錄。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（3）中子探測器熱中子α超熱中子石蠟鎘超熱中子探測器是熱中子計數(shù)器在其外壁上加一層石蠟和一85地層對快中子的減速能力主要決定于地層的含氫量。含氫量高的地層宏觀減速能力強、減速長度小。為了方便，在中子測井中把淡水的含氫量規(guī)定為一個單位，用它來衡量地層中所有其它巖石或礦物的含氫量。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（4）地層的含氫指數(shù)單位體積的任何巖石或礦物中氫核數(shù)與同樣體積的淡水中氫核數(shù)的比值，稱為該巖石或礦物的含氫指數(shù)，用H表示。含氫指數(shù)概念地層對快中子的減速能力主要決定于地層的含氫量。含氫量86

式中，ρ是介質(zhì)密度，單位為g／cm3；M是該化合物的克分子量；x是介質(zhì)分子中的氫原子數(shù)；K是比例常數(shù)。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（4）地層的含氫指數(shù)含氫指數(shù)概念

含氫指數(shù)H與單位體積介質(zhì)里的氫核數(shù)成正比，因而可用下式表示式中，ρ是介質(zhì)密度，單位為g／cm3；M是該化合物的87

①純水的含氫指數(shù)按定義，淡水的含氫指數(shù)為1，由此確定出上式中的K值。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（4）地層的含氫指數(shù)則用該式可求出任何密度為ρ，分子量為M且每個分子中有x個氫核的單一分子組成的物質(zhì)的含氫指數(shù)。因水的分子式為H2O，所以x＝2，M＝18，而水的密度為1g／cm3，由此求出K＝9，代入前面式子得①純水的含氫指數(shù)2、中子測井的核物理基礎(chǔ)（4）地層的88②鹽水的含氫指數(shù)NaCl溶于水后占據(jù)了空間，而使鹽水中含氫密度減小，巖水含氫指數(shù)降低。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（4）地層的含氫指數(shù)計算鹽水含氫指數(shù)的一般公式為

Hw＝ρw(1-C)式中ρw為鹽水密度；C為NaCl濃度，此處單位為ppm×10-6。對裸眼井測井，中子測井探測的沖洗帶，上式應(yīng)當用泥漿濾液的密度和礦化度。套管井測井時，沖洗帶消失，要用地層水的密度和礦化度。②鹽水的含氫指數(shù)2、中子測井的核物理基礎(chǔ)（4）地層的含氫89

③油、氣的含氫指數(shù)

液態(tài)烴的含氫指數(shù)與水接近，然而天然氣的氫濃度很低，并且隨溫度和壓力而變化。因而當天然氣很靠近井眼而處于中子測井探測范圍內(nèi)時，中子測井測出的含氫指數(shù)較小。烴的含氫指數(shù)可根據(jù)其組分和密度來估算。分子式為CHx(其分子量為12十x)和密度為ρh的烴的含氫指數(shù)為用此式可算出甲烷(CH4)含氫指數(shù)為2.25ρ甲烷，而石油(CnH2)含氫指數(shù)為1.28ρ油。若ρ油＝0.85g/cm3，則石油含氫指數(shù)為1.034。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（4）地層的含氫指數(shù)③油、氣的含氫指數(shù)烴的含氫指數(shù)可根據(jù)其組分和密90④與有效孔隙度無關(guān)的含氫指數(shù)A.泥質(zhì)：泥質(zhì)伴生有化學(xué)結(jié)晶水和束縛水，所以它具有很大的含氫指數(shù)，一般可達0.15—0.30，因而在含泥質(zhì)的地層中，含氫指數(shù)大于地層的有效孔隙度。2、中子測井的核物理基礎(chǔ)

（4）地層的含氫指數(shù)B.石膏：石膏的分子式是CaSO4·2H2O，雖然其孔隙度為零，但其含氫指數(shù)約為0.49，與孔隙度為49％的灰?guī)r相當。C.巖性影響：當儀器以純石灰?guī)r為標準進行刻度時，石灰?guī)r骨架含氫指數(shù)為零，其它巖性的巖石骨架顯示為一定數(shù)值的等效含氫量?？紫抖鹊扔诹愕纳皫r，顯示為負含氫指數(shù)（-3%），而白云巖顯示為正的含氫指數(shù)（5%）。

④與有效孔隙度無關(guān)的含氫指數(shù)2、中子測井的核物理基礎(chǔ)91中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)3、中子-中子測井方法原理4、中子-伽馬測井方法原理中子測井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測井方法分類2、中子測井的核物理基礎(chǔ)92中子測井包括兩種方法：

一種是記錄探測器周圍超熱中子密度的中子—超熱中子測井（SNP），亦稱井壁中子測井；另一種是記錄探測器周圍熱中子密度的中子—熱中子測井（CNL），亦稱補償中子測井。中子測井3、中子-中子測井方法原理中子測井包括兩種方法：中子測井3、中子-中子測井方法93(1)中子—超熱中子測井

超熱中子測井是探測探測器周圍快中子變?yōu)闊嶂凶又暗某瑹嶂凶用芏?，以反映地層的中子減速特性，進而計算儲層孔隙度和對儲集層進行評價。

左圖是一種超熱中子測井儀的井下儀器示意圖，也叫井壁超熱中子測井儀(SNP)。超熱中子探測器和中子源貼靠井壁測量以減小井眼的影響。由中子源發(fā)出的快中子與地層中的原子核發(fā)生彈性散射，能量逐漸降低，而成為超熱中子，其過程主要取決于前述快中子減速過程。3、中子-中子測井方法原理(1)中子—超熱中子測井左圖是一種超熱中子測井儀的94在組成地層的所有元素中，氫是減速能力最強的元素，遠遠超過其它元素，它的存在和含量就決定著地層的減速長度的大小。因此，當孔隙中100％充滿水時，孔隙度越大則地層減速長度就越短。(1)中子—超熱中子測井3、中子-中子測井方法原理左圖描述了這種關(guān)系，給出了充滿水的砂巖、石灰?guī)r和白云巖等三種巖性的巖石減速長度和孔隙度的關(guān)系曲線。由圖可以看出Ls隨φ增大而縮短在組成地層的所有元素中，氫是減速能力最強的元素，遠遠95從該圖還可以看出：

孔隙度不同，巖性不同，超熱中子在中子源周圍的分布不同?？紫抖仍酱?，含氫量越多，減速長度Ls越短（?。?，則在源附近的超熱中子越多。相反，孔隙度越小，減速長度Ls越大，則在較遠的空間形成有較多的超熱中子。3、中子-中子測井方法原理(1)中子—超熱中子測井從該圖還可以看出：3、中子-中子測井方法原理(1)中96如果把探測器放在較遠的地方，超熱中子探測器的計數(shù)率，則對于孔隙度大的計數(shù)率低，孔隙度小的計數(shù)率高。如右圖所示。3、中子-中子測井方法原理(1)中子—超熱中子測井如果把探測器放在較遠的地方，超熱中子探測器的計數(shù)率，97如果把探測器放在較近的地方，超熱中子探測器的計數(shù)率，則對于孔隙度大的計數(shù)率大，孔隙度小的計數(shù)率低。如右圖所示。3、中子-中子測井方法原理(1)中子—超熱中子測井當探測器放在某一個位置時，計數(shù)率與孔隙度的大小無關(guān)。如果把探測器放在較近的地方，超熱中子探測器的計數(shù)率，983、中子-中子測井方法原理短源距長源距零源距(1)中子—超熱中子測井

探測器到源之間的距離叫源距；第一種情況的源距叫長源距；第二種情況的源距叫短源距；第三種情況叫零源距，約40cm。在實際工作中，通常用的是長源距探測器。3、中子-中子測井方法原理短源距長源距零源距(1)中子—超熱99

測井記錄（長源距）的超熱中子計數(shù)率越大，反映巖層的孔隙度越小，反之計數(shù)率越小，反映巖層的孔隙度越大。

3、中子-中子測井方法原理(1)中子—超熱中子測井在不含有氫元素的地層中，超熱中子讀數(shù)隨含氫量增高呈指數(shù)規(guī)律降低，在巖石中，含H量直接反映著孔隙度的大小，因此

lgN=aΦ+b其中b-儀器常數(shù)，a-與井徑、源距等有關(guān)的參數(shù)，N-超熱中子計數(shù)率。這就是利用超熱中子測井可以測量巖層孔隙度的原理。由于超熱中子被元素俘獲的截面非常小，所以超熱中子的空間分布不受巖層含氯量的影響(即地層水礦化度的影響)，所以能夠較好地反映氫含量的多少，即較好地反映巖層孔隙度的大小。測井記錄（長源距）的超熱中子計數(shù)率越大，反映100超熱中子測井，僅反映地層的減速性質(zhì)，有利于測定地層含氫指數(shù)，貼靠井壁測量減少了井對測量結(jié)果的影響，能很好地測定地層的孔隙度。

其不足之處：超熱中子分布范圍小，探測深度淺，源距小，井條件和貼井壁狀態(tài)的變化都會影響測量的結(jié)果。因而在繼續(xù)改進這儀方法的同時，還必須研究其它測井方法。3、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井熱中子分布范圍比超熱中子大的多，探測范圍大，其空間分布規(guī)律與超熱中子的空間分布規(guī)律一樣，即在長源距的情況下飽含流體的巖層的孔隙度越大，熱中子的計數(shù)率越低；孔隙度越小計數(shù)率越高。超熱中子測井，僅反映地層的減速性質(zhì)，有利于測定地層含101快中子與地層作用減速成熱中子，探測器周圍熱中子的密度不僅與地層的減速特性有關(guān)，而且亦與地層的俘獲特性有關(guān)。這就決定了熱中子的空間分布既與巖層的含氫量有關(guān)，又與含氯量有關(guān)。這對于用熱中子計數(shù)率大小反映巖層含氫量，進而反映巖層孔隙度值來說，氯含量就是個干擾因素。3、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井由中子源發(fā)出的快中子在周圍介質(zhì)中減速成熱中子，探測熱中子密度的測井方法叫熱中子測井。快中子與地層作用減速成熱中子，探測器周圍熱中子的密度102式中Nt—熱中子計數(shù)率；r—探測器到中子源的距離(源距)；

D—擴散系數(shù)；Ls—減速長度；Ld—擴散長度；K—與儀器有關(guān)系數(shù)。3、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井在均勻無限介質(zhì)中，對點狀快中子源造成的熱中子分布進行了理論推導(dǎo)，得到下列關(guān)系由上式可見計數(shù)率大小不僅決定于巖層減速性質(zhì)(反映含氫量)，還與巖層俘獲性質(zhì)有關(guān)(反映含氯量)。式中Nt—熱中子計數(shù)率；r—探測器到中子源的距離(源距1033、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井若采用源距不同的兩個探測器，記錄兩個計數(shù)率Nt(r1)和Nt(r2)，取這兩個計數(shù)率比值，當源距r足夠大時，則有因熱中子的擴散長度Ld比快中子的減速長度Ls小很多，所以當源距r足夠大時，含有Ld的指數(shù)項與含有Ls的指數(shù)項相比可以忽略不計，如r=70cm，對φ=15%的砂巖:故上式可簡化為：3、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井若采用104當源距r1、r2選定后，這個比值只與地層的減速性質(zhì)有關(guān)，所以該比值能很好地反映地層的含氫量。該式即為雙源距熱中子測井的理論依據(jù)。

此外這種方法能減小井參數(shù)及巖石對熱中子俘獲性質(zhì)對測量結(jié)果的影響，所以通常稱中子-熱中子測井CNL為補償中子測井。3、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井當源距r1、r2選定后，這個比值只與地層的減速性質(zhì)有1053、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井

右圖是補償中子測井示意圖。用長、短源距兩個探測器接收熱中子，得到計數(shù)率Nt(r1)，Nt(r2)，根據(jù)用石灰?guī)r刻度的儀器得到的計數(shù)率比值Nt(r1)／Nt(r2)(r1＞r2)與巖石石灰?guī)r孔隙度φN的關(guān)系，補償中子測井直接給出石灰?guī)r孔隙度值曲線。3、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井右圖106實際工作中，補償中子測井儀通常都在刻度井內(nèi)已知孔隙度的純石灰?guī)r地層上進行刻度，由此獲得的孔隙度單位稱為“石灰?guī)r孔隙度”。它在純石灰?guī)r地層上等于地層的真孔隙度。3、中子-中子測井方法原理(2)中子—熱中子測井但在非純石灰?guī)r地層，用這種方式刻度的儀器測得的孔隙度將與地層的真孔隙度不同，稱為“視石灰?guī)r孔隙度”。實際工作中，補償中子測井儀通常都在刻度井內(nèi)已知孔隙度107(3)中子測井的應(yīng)用3、中子-中子測井方法原理①確定地層孔隙度中子測井（SNP、CNL）主要的用途是確定地層孔隙度。右圖為SNP孔隙度巖性影響校正圖版。中子測井儀器通常以石灰?guī)r孔隙度為標準刻度的，所以它所記錄孔隙度是石灰?guī)r孔隙度。因此，我們通常稱中子測井值為視石灰?guī)r孔隙度。(3)中子測井的應(yīng)用3、中子-中子