第05章伽馬-密度

放射性測(cè)井放射性測(cè)井是根據(jù)巖石和介質(zhì)的核物理性質(zhì)，研究鉆井地質(zhì)剖面，尋找油氣藏以及研究油井工程的地球物理方法。放射性測(cè)井方法，按其應(yīng)用射線的類型可分為兩大類，即主要利用伽馬射線的伽馬測(cè)井法和利用中子的中子測(cè)井法。1放射性測(cè)井的特點(diǎn)：裸眼井、套管井內(nèi)均可進(jìn)行測(cè)井；在油基泥漿、高礦化度泥漿以及干井中均可測(cè)井；是碳酸鹽巖剖面和水化學(xué)沉積剖面不可缺少的測(cè)井方法。但是它的測(cè)速慢，成本高。由于生產(chǎn)和解釋方法的改進(jìn)，放射性測(cè)井解決生產(chǎn)問(wèn)題的范圍不斷擴(kuò)大，它仍是一項(xiàng)重要的測(cè)井方法。特別是核磁共振測(cè)井儀的研制成功，更加擴(kuò)大了放射性測(cè)井的應(yīng)用范圍。本部分內(nèi)容主要分兩章分別介紹伽馬測(cè)井和中子測(cè)井。2第五章伽馬測(cè)井伽馬測(cè)井是一類利用伽馬射線性質(zhì)的核測(cè)井方法，兩種類型：測(cè)量巖石天然放射性的方法：自然伽馬測(cè)井：是最簡(jiǎn)單的放射性測(cè)井方法。測(cè)量地層總的伽馬放射性，用于劃分巖性和儲(chǔ)集層，計(jì)算泥質(zhì)含量等。自然伽馬能譜測(cè)井：除可測(cè)量總伽馬放射性外，主要測(cè)得地層中放射性核素鈾、釷、鉀等的含量，具有重要的地質(zhì)意義。提供人工伽馬源的方法：放射性同位素測(cè)井：利用放射性同位素做為示蹤劑，解決與示蹤有關(guān)的各種生產(chǎn)和工程問(wèn)題。密度、巖性密度測(cè)井：利用伽馬射線與地層的作用，測(cè)量地層密度，解決與地層巖性和孔隙度等有關(guān)的問(wèn)題。35.1伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)5.2自然伽馬測(cè)井5.3自然伽馬能譜測(cè)井5.4放射性同位素測(cè)井5.5密度與巖性密度測(cè)井第五章伽馬測(cè)井45.1伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)1.放射性核素和核衰變（1）核素、同位素同位素：質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同（化學(xué)性質(zhì)相同）核素：質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)都分別相同（核性質(zhì)相同）【如：1H1、1H2、1H3分別是氫的三種同位素，是三種不同的核素】（2）放射性核素和核衰變不穩(wěn)定核素的原子核能夠自發(fā)地釋放出帶電粒子(α或β)，蛻變?yōu)榱硪环N核素，同時(shí)放出伽馬射線。這種自發(fā)地釋放α、β、γ等射線的性質(zhì)稱為放射性；這些不穩(wěn)定核素稱為放射性核素；這個(gè)過(guò)程稱為核衰變。5核衰變定律：

N＝N0e-λt（λ為衰變常數(shù)）半衰期：放射性核素因衰變而減少到原來(lái)一半所需時(shí)間用T或T1/2表示，與λ的關(guān)系：T＝(ln2)/λ（3）放射性活度和比度活度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)放射出粒子的數(shù)。習(xí)慣上稱強(qiáng)度，單位Ci或Bq。比度：活度與發(fā)生衰變的物質(zhì)的質(zhì)量數(shù)的比值。（4）放射線性質(zhì)

α：氦核(2He4)，易引起物質(zhì)電離，易被吸收、穿透力差。

β：高速電子流，在物質(zhì)中射程極短。

γ：頻率很高的電磁波或光子流，不帶電，能量高，穿透力強(qiáng)，能穿透幾十厘米的地層、套管及儀器外殼。

【只有伽馬射線能被儀器探測(cè)到而用于放射性測(cè)井中】62.伽馬射線與物質(zhì)的相互作用光電效應(yīng)：低能γ，與電子碰撞，被全部吸收，打出光電子；康普頓效應(yīng)：中能γ，與電子碰撞，能量損失后成為散射γ，放出康普頓電子；電子對(duì)效應(yīng)：高能γ，與庫(kù)侖場(chǎng)作用，轉(zhuǎn)化為一正、負(fù)電子對(duì)。7康普頓效應(yīng)引起伽馬射線減弱，用康普頓減弱系數(shù)σ表示：。一定條件下σ與介質(zhì)密度ρ成正比,由此發(fā)展了密度測(cè)井。光電效應(yīng)導(dǎo)致伽馬光子被完全吸收，用宏觀光電吸收截面Σ表示：，測(cè)井時(shí)K為常數(shù),故Σ可反映巖性。另外常用光電吸收截面指數(shù)Pe=Σ/Z=KZ3.6

和體積光電吸收截面指數(shù)U反映巖性：密度測(cè)井利用了康普頓效應(yīng)，測(cè)量地層密度；巖性密度測(cè)井利用了康普頓效應(yīng)和光電效應(yīng)，可同時(shí)測(cè)量巖性和密度。3.伽馬射線的探測(cè)

伽馬射線探測(cè)器：計(jì)數(shù)管。測(cè)井中主要應(yīng)用閃爍計(jì)數(shù)管和蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管，將探測(cè)到的γ光子轉(zhuǎn)換為電脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。85.1伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)5.2自然伽馬測(cè)井5.3自然伽馬能譜測(cè)井5.4放射性同位素測(cè)井5.5密度與巖性密度測(cè)井第五章伽馬測(cè)井91.巖石的自然放射性（1）地層的主要放射性核素巖石的自然伽馬放射性是由巖石中放射性核素的種類及其含量決定的，其中起決定作用的是鈾系、釷系和放射性核素K40。習(xí)慣稱鈾(U238)、釷(Th232)、鉀(K40)。鈾、釷、鉀含量：粘土巖中鉀含量最高，約2%；釷次之，約12ppm；鈾含量一般最低，約6ppm，但在還原環(huán)境的生油粘土巖中鈾含量明顯升高；砂巖和碳酸鹽巖的鈾、釷、鉀含量一般隨其泥質(zhì)含量增加而增加，但水流作用也可造成鈾含量很高。5.2自然伽馬測(cè)井10（2）巖石的自然伽馬放射性與巖石性質(zhì)的關(guān)系巖石大類：一般沉積巖放射性低于巖漿巖和變質(zhì)巖。因沉積巖一般不含放射性礦物，其放射性主要由吸附放射性物質(zhì)引起的。巖漿巖及變質(zhì)巖則含較多放射性礦物。沉積巖石的放射性：沉積巖中，放射性礦物的含量一般都不高；除鉀鹽層以外，沉積巖自然放射性的強(qiáng)弱與巖石中含泥質(zhì)的多少有密切的關(guān)系。巖石泥質(zhì)含量越大，自然放射性就越強(qiáng)?？煞譃楦摺⒅?、低放三種類型:高放巖石:泥巖、泥質(zhì)砂巖、深海泥巖及鉀鹽層等；中放巖石:砂巖、石灰?guī)r和白云巖；低放巖石:巖鹽、煤層和硬石膏等。112.自然伽馬測(cè)井原理及影響因素（1）測(cè)量原理：自然伽馬測(cè)井儀是通過(guò)伽馬探測(cè)器把地層中放射的伽馬射線轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖，經(jīng)過(guò)放大輸送到地面儀器記錄下來(lái)。測(cè)井曲線包括原始計(jì)數(shù)率曲線及API工程值GR。探測(cè)范圍大約是以探測(cè)器為中心，半徑30～45cm球體范圍。（2）曲線特征：上下圍巖相同時(shí)，曲線對(duì)稱，中部極值代表地層讀數(shù)；高放射性地層（如泥巖）對(duì)應(yīng)極大值；當(dāng)?shù)貙雍穸刃∮?倍的鉆頭直徑（h<3d0）時(shí)，極大值隨地層厚度增大而增大（極小值隨地層厚度增大而減小）。當(dāng)h≥3d0時(shí)，極值為一常數(shù)，與層厚無(wú)關(guān)；當(dāng)h≥3d0時(shí)，可用“半幅點(diǎn)”確定地層界面。12

地層厚度對(duì)曲線幅度的影響由于受圍巖影響，層厚變?。╤<3d0）時(shí)，要考慮層厚對(duì)GR讀值的影響。（3）主要影響因素：

Vτ的影響

受測(cè)速V、地面儀器積分電路時(shí)間常數(shù)τ的影響，可使得指根據(jù)實(shí)測(cè)GR曲線定出的巖層界面深度與實(shí)際深度之間有一偏差(深度偏移)。13

放射性漲落的影響

在放射性源強(qiáng)度和測(cè)量條件不變時(shí)，相等時(shí)間間隔內(nèi)，對(duì)射線強(qiáng)度多次重復(fù)測(cè)量，每次記錄的數(shù)值一般是不相同的，但總在某一數(shù)值附近變化，此現(xiàn)象叫放射性漲落（曲線上顯示小的“鋸齒”形狀）。原因是由于放射性元素各原子核的衰變彼此是獨(dú)立的、衰變的次序是偶然的等。14井參數(shù)的影響井徑變化的影響。井徑的擴(kuò)大就意味著已下套管井水泥環(huán)增厚和裸眼井泥漿層增厚。假設(shè)水泥和泥漿不含放射性元素，則水泥環(huán)和泥漿層增厚會(huì)使自然伽馬測(cè)井曲線值降低。但是由于泥漿有一些放射性，所以泥漿的影響很小。由于鋼鐵對(duì)伽馬射線的吸收能力很強(qiáng)，所以下了套管的井，自然伽馬測(cè)井曲線值會(huì)因套管吸收伽馬射線而有所下降。因此應(yīng)用GR曲線時(shí)，應(yīng)結(jié)合井徑曲線和套管程序?qū)畯胶吞坠艿挠绊懠右钥紤]校正。153.GR測(cè)井刻度方法自然伽馬測(cè)井儀給出的測(cè)量結(jié)果是計(jì)數(shù)率。一般地說(shuō)，計(jì)數(shù)率高說(shuō)明地層的自然放射性強(qiáng)。但對(duì)于同一客觀環(huán)境，不同的測(cè)井儀器測(cè)得的計(jì)數(shù)率可能會(huì)差別很大?？潭鹊哪康木褪墙x器的讀數(shù)與地層參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就是對(duì)自然伽馬儀器標(biāo)準(zhǔn)化?？潭鹊幕痉椒ㄊ墙⑷斯?biāo)準(zhǔn)刻度井，在井中對(duì)儀器標(biāo)定。美國(guó)石油學(xué)會(huì)規(guī)定的放射性計(jì)數(shù)率單位為API，它是將刻度井中高放與低放地層讀數(shù)之差定為200API。對(duì)于不同儀器，一個(gè)API單位對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)率是不同的，從而可使不同儀器對(duì)同一測(cè)量對(duì)象測(cè)得相同API值。我們國(guó)家也建有一些刻度井。實(shí)際中有一、二、三級(jí)等多級(jí)刻度。其它放射性測(cè)井儀器的刻度與此類似，后面一般不再單獨(dú)介紹。16勝利測(cè)井公司放射性刻度井群放射性測(cè)井儀刻度井群是參照API標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建造，選用天然巖石模塊制作的具有不同井眼尺寸、不同巖性和不同地質(zhì)物理參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)刻度井群。能夠?qū)χ凶印⒚芏?、自然伽瑪?shù)确派湫詢x器和標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)定，同時(shí)為研制下井儀器提供試驗(yàn)環(huán)境。174.GR測(cè)井主要應(yīng)用（1）劃分巖性和地層對(duì)比

SP不能用時(shí)，是代替SP測(cè)井的最好方法，其應(yīng)用還優(yōu)于SP:GR曲線與地層水（Cw）和泥漿礦化度（Cm）無(wú)關(guān)；一般與地層流體性質(zhì)無(wú)關(guān)；容易找到標(biāo)志層。18（2）劃分儲(chǔ)集層

在砂泥巖剖面，低自然伽馬異常一般就是砂巖儲(chǔ)集層,“半幅點(diǎn)”確定儲(chǔ)集層界面;碳酸鹽巖剖面則要結(jié)合其它資料判斷。19（3）計(jì)算泥質(zhì)含量

當(dāng)?shù)貙硬缓噘|(zhì)以外的放射性物質(zhì)時(shí)，GR曲線是指示地層泥質(zhì)含量的最好方法。相對(duì)值法計(jì)算Vsh：（4）計(jì)算粒度中值研究表明，GR測(cè)井曲線的變化與粒度中值Md曲線的變化有較好的對(duì)應(yīng)性，相關(guān)性很高。用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式計(jì)算Md。205.1伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)5.2自然伽馬測(cè)井5.3自然伽馬能譜測(cè)井5.4放射性同位素測(cè)井5.5密度與巖性密度測(cè)井第五章伽馬測(cè)井215.3自然伽馬能譜測(cè)井1.放射性地層的自然伽馬能譜

初始譜：鈾系、釷系和k40放出的射線未經(jīng)地層的散射吸收而得到的一系列譜線稱為初始譜；儀器譜：初始譜在實(shí)際地層中是測(cè)不到的，因?yàn)榈貙又泻卸喾N放射性物質(zhì)，不能單獨(dú)測(cè)量。而且，地層放射出的γ射線在到達(dá)探測(cè)器之前，會(huì)與地層物質(zhì)發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)等各種作用，使得儀器接收到的是一個(gè)混合譜，也稱為儀器譜。自然放射性主要由鈾、釷、鉀造成，它們?cè)诘刭|(zhì)上都有各自的意義，但GR測(cè)量總的放射性，自然伽馬能譜測(cè)井可得到它們各自的含量。22初始譜儀器譜特征峰：儀器譜中能量分別為1.46MeV、1.76MeV和2.62MeV的三個(gè)峰最易識(shí)別，它們分別是K40、鈾系Bi214和釷系Tl208三個(gè)指示核素的特征峰。儀器譜232.測(cè)井原理脈沖幅度分析系統(tǒng)

根據(jù)特征峰的分布，對(duì)儀器譜進(jìn)行分道記錄。自然伽馬儀器譜的解析對(duì)儀器譜進(jìn)行解析，分別確定出指示核素的含量。測(cè)井曲線自然伽馬能譜的實(shí)時(shí)處理結(jié)果或進(jìn)一步的處理結(jié)果都是以測(cè)井曲線的形式給出的，除了記錄地層鈾、釷、鉀含量，還用API單位或計(jì)數(shù)率單位記錄普通自然伽馬SGR和去鈾自然伽馬CGR。243.主要應(yīng)用尋找高放射性儲(chǔ)集層在油田開(kāi)發(fā)中研究流體流動(dòng)情況計(jì)算泥質(zhì)含量研究沉積環(huán)境和粘土礦物類型研究生油層雖然自然伽馬能譜測(cè)井有很多用途，但因U、Th、K數(shù)值低而精度有限，加上儀器復(fù)雜、測(cè)速低和成本高，一般不把它做為一種常規(guī)測(cè)井方法，而常用于復(fù)雜情況下的重點(diǎn)研究。255.1伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)5.2自然伽馬測(cè)井5.3自然伽馬能譜測(cè)井5.4放射性同位素測(cè)井5.5密度與巖性密度測(cè)井第五章伽馬測(cè)井265.4放射性同位素測(cè)井放射性同位素測(cè)井是利用放射性同位素做為示蹤劑，向井內(nèi)注入被放射性同位素活化的溶液或固體懸浮液，并將其壓入管外通道或?yàn)V積在射孔孔道附近的地層表面上，通過(guò)測(cè)量注入示蹤劑前后同一井段的伽馬射線強(qiáng)度，用于研究和觀察油井技術(shù)狀況和采油注水動(dòng)態(tài)的測(cè)井方法。常用于解決與示蹤過(guò)程有關(guān)的各種問(wèn)題，也稱示蹤測(cè)井。

【下面通過(guò)幾個(gè)例子說(shuō)明其應(yīng)用】27（1）尋找竄槽位置28（2）檢查封堵效果例1：從B注入活化水泥例2：射開(kāi)的四個(gè)層同時(shí)注入活化煤油水泥，后抽吸導(dǎo)出：AB為水層，已堵住。29（3）檢查壓裂效果兩次壓裂30（4）測(cè)定吸水剖面315.1伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)5.2自然伽馬測(cè)井5.3自然伽馬能譜測(cè)井5.4放射性同位素測(cè)井5.5密度與巖性密度測(cè)井第五章伽馬測(cè)井325.5密度與巖性密度測(cè)井（2）密度測(cè)井原理：γ計(jì)數(shù)率與密度的關(guān)系：（1）伽馬源：

密度測(cè)井選用Cs137，巖性密度使用Cr51。1.密度測(cè)井：33伽馬源和源距選定后，探測(cè)器接收到的γ強(qiáng)度決定于散射和吸收兩個(gè)過(guò)程，測(cè)井(正源距)記錄的計(jì)數(shù)率越低，地層密度越大。（3）測(cè)量方式：貼井壁測(cè)量；為克服泥餅厚度、密度等影響，常采用雙源距補(bǔ)償方式：(L由長(zhǎng)源距計(jì)數(shù)率NLS得到，由長(zhǎng)短源距計(jì)數(shù)率NLS、NSS共同得到)34（4）記錄曲線：

一般記錄曲線為DEN或b；補(bǔ)償密度(FDC)記錄b

和兩條曲線；單位是g/cm3(克/厘米3);有時(shí)還直接給出由b刻度得到的孔隙度曲線（常用石灰?guī)r刻度）。探測(cè)深度：

與巖性、孔隙度、源距等有關(guān)，一般在沖洗帶或侵入帶。352.巖性密度測(cè)井LDT巖