鄒長春-地球物理測井概論下-2010

鄒長春中國地質(zhì)大學(北京)地球物理與信息技術(shù)學院2009.4.30地球物理測井概論

§1測井概況

§2自然電位測井

§3電阻率測井

§4聲波測井

§5自然伽馬測井

§6井徑測井提綱§5自然伽馬測井放射性是原子核衰變過程中放出射線的一種性質(zhì)。核測井也稱作放射性測井，是以測量井內(nèi)介質(zhì)的各種核物理性質(zhì)為基礎(chǔ)，進而研究地質(zhì)剖面、尋找石油、天然氣及其它礦產(chǎn)、并解決鉆井過程中各種工程問題的一種地球物理測井方法。一、概述核測井方法很多，但是常用的主要兩大類：伽馬射線測井核測井中子測井§5自然伽馬測井一、概述伽馬射線測井自然伽馬測井自然伽馬能譜測井密度測井巖性密度測井放射性同位素測井§5自然伽馬測井一、概述中子測井熱中子測井超熱中子測井中子伽馬測井中子壽命測井……§5自然伽馬測井一、概述

自然伽馬測井是通過測量巖層的自然伽馬射線的強度來認識巖層的一種放射性／核測井方法。

它是在井內(nèi)測量巖層中天然存在的放射性元素核衰變過程中放射出來的伽馬射線的強度。定義§5自然伽馬測井一、概述最常用的核測井方法方法簡單，易于測量與巖石中的含泥量關(guān)系密切，是判斷巖石性質(zhì)最常用的資料伽馬射線能穿透套管特點：§5自然伽馬測井一、概述組成物質(zhì)的基本單位是原子原子結(jié)構(gòu)1、原子與原子核§5自然伽馬測井二、自然伽馬測井物理基礎(chǔ)原子核中子質(zhì)子質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。質(zhì)子是一個帶正電的基本粒子，其荷電量和電子的電量相當，實際上就是氫的原子核；中子不帶電?！?自然伽馬測井二、自然伽馬測井物理基礎(chǔ)依據(jù)能量守恒定律，不穩(wěn)定核素的原子核，在其向低能態(tài)的轉(zhuǎn)變過程中，部分能量以某種射線形式釋放，這種現(xiàn)象稱作放射性。不穩(wěn)定核素也稱放射性核素。同時，原子核發(fā)生的變化則稱作原子核衰變。放射性核素分類：天然人工2、天然放射性§5自然伽馬測井二、自然伽馬測井物理基礎(chǔ)放射性核素放射出的射線主要有三種：α射線帶正電；

β射線帶負電；γ射線不帶電。βαγ

α粒子是氦的原子核；β粒子就是電子；γ射線為波長極短的電磁波。§5自然伽馬測井二、自然伽馬測井物理基礎(chǔ)α射線的電離能力最強，但穿透能力最差，在空氣中僅穿透2.6－11.3cm；在巖石中只有10-3cm.β射線的電離能力較弱，但穿透能力稍強，在金屬中穿透0.9mm。γ射線的電離能力最小，但穿透能力很強，在空氣中穿透幾百米，在巖石中幾厘米到幾十厘米。結(jié)論：測井中主要用γ射線§5自然伽馬測井二、自然伽馬測井物理基礎(chǔ)放射性核素的核衰變不受外界條件的影響，各原子核之間也無任何聯(lián)系。因此，對某一原子來說，衰變完全是偶發(fā)事件，只能用統(tǒng)計規(guī)律研究一群原子核的衰變情況。3、放射性核素的衰變規(guī)律放射性核素的衰變是按指數(shù)規(guī)律進行的溫度、壓力衰變系數(shù)§5自然伽馬測井二、自然伽馬測井物理基礎(chǔ)

半衰期T是指放射性核素的原子核數(shù)衰變至初始值一半時所需的時間。T表示衰減的快慢程度，不能表示生存時間。半衰期和平均壽命每個原子核的平均壽命τ：§5自然伽馬測井二、自然伽馬測井物理基礎(chǔ)（1）放射性強度單位放射性強度(活度)指放射性物質(zhì)在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)。（2）放射性的濃度單位單位質(zhì)量或單位體積的物質(zhì)放射性強度。4、放射性強弱的表示居里(Ci)Ci／g§5自然伽馬測井二、自然伽馬測井物理基礎(chǔ)（3）放射性的劑量單位（4）API單位對于GR測井，表示物質(zhì)伽馬射線總強度。倫琴(R)§5自然伽馬測井二、自然伽馬測井物理基礎(chǔ)（1）放電計數(shù)管

利用放射性輻射使氣體電離的特性來探測伽馬射線。結(jié)構(gòu)簡單，一個充氣的玻璃管，內(nèi)壁一層金屬作為陰極，中間為陽極，在陰陽兩極間加高壓。CRE陰極陽極玻璃管放電計數(shù)管工作原理圖§5自然伽馬測井二、自然伽馬測井物理基礎(chǔ)4、放射性度的探測（2）閃爍計數(shù)器由光電倍增管和碘化鈉晶體組成。它是利用物質(zhì)被伽馬射線照射使物質(zhì)發(fā)光的現(xiàn)象來探測伽馬射線的。§5自然伽馬測井二、自然伽馬測井物理基礎(chǔ)弱強巖石中含有天然的放射性元素，它們在衰變的過程中放出大量的射線，所以巖石具有自然放射。可以在井內(nèi)測量到穿透力很強的伽馬射線。不同的巖層，放射性元素的含量和種類不同。巖石的放射性元素含量與巖石的巖性及其形成過程中的各種條件有關(guān)。5、巖石的自然放射性沉積巖變質(zhì)巖火成巖§5自然伽馬測井二、自然伽馬測井物理基礎(chǔ)沉積巖放射性強弱硬石膏、石膏砂巖、石灰?guī)r泥巖、泥灰?guī)r鉀巖膨潤土、火山灰§5自然伽馬測井二、自然伽馬測井物理基礎(chǔ)一般情況下，沉積巖的放射性主要取決于巖層的泥質(zhì)含量。這是由于泥質(zhì)顆粒細，具有較大的比面，使得它吸附放射性元素的能力較大，并且因為沉積時間長，吸附的放射性物質(zhì)多，有充分時間使放射性元素從溶液中分離出來與泥質(zhì)顆粒一起沉積下來。

泥巖放射性較強的原因§5自然伽馬測井二、自然伽馬測井物理基礎(chǔ)測量裝置由井下儀器和地面儀器組成。下井儀器有探測器(閃爍計數(shù)器)、放大器、高壓電源等。§5自然伽馬測井三、自然伽馬測井原理當自然伽馬射線穿過鉆井液和儀器外殼進入探測器．經(jīng)過閃爍計數(shù)器，將伽馬射線轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，經(jīng)放大器把電脈沖放大后由電纜送到地面儀器。地面儀器把每分鐘電脈沖數(shù)轉(zhuǎn)變成與其成正比例的電位差進行記錄，并下儀器沿井身移動，就連續(xù)記錄出井剖面上自然伽馬強度曲線，稱GR。

§5自然伽馬測井三、自然伽馬測井原理1987.3.14探測范圍為30－45cm§5自然伽馬測井四、自然伽馬測井曲線特征(1)曲線與地層厚度有關(guān)當h＜3d時極大值(或極小值)隨厚度增加而增大(或減小)。當h＞=3d時，曲線與層厚無關(guān)。1、理論計算結(jié)果§5自然伽馬測井四、自然伽馬測井曲線特征(2)當h＜3d時半幅點不能確定界面。(3)當h>=3d時地層界面與曲線半幅點對應(yīng)。曲線對稱地層中點，地層中心位置的平均值為地層的伽馬射線強度值?！?自然伽馬測井四、自然伽馬測井曲線特征2、GR曲線的影響因素（1）地層厚度的影響（2）井的影響鉆井液、井徑、套管、水泥環(huán)§5自然伽馬測井四、自然伽馬測井曲線特征（3）放射性漲落誤差的影響在放射性源強度和測量條件不變的情況下，在相同的時間間隔內(nèi)，對放射性射線的強度進行反復(fù)測量，每次記錄的數(shù)值不相同，而且總是在某一數(shù)值附近變化，這種現(xiàn)象叫放射性漲落。§5自然伽馬測井四、自然伽馬測井曲線特征（3）放射性漲落誤差的影響它和測量條件無關(guān)，是微觀世界的一種客觀現(xiàn)象，并且有一定的規(guī)律。這是由于放射性元素的各個原子核的衰變彼此獨立，衰變的次序是偶然原因造成的。這種現(xiàn)象的存在，使得自然伽馬曲線不光滑，有許多起伏的變化。各種放射性測井都存在漲落誤差。（4）測井速度的影響§5自然伽馬測井四、自然伽馬測井曲線特征應(yīng)用劃分巖性地層對比計算泥質(zhì)含量§5自然伽馬測井五、自然伽馬測井的應(yīng)用根據(jù)不同的巖性自然伽馬射線強度不同可以劃分巖性。在砂泥巖剖面，純砂巖GR最低，粘土最高，泥質(zhì)砂巖較低，泥質(zhì)粉砂巖和砂質(zhì)泥巖較高。即自然伽馬隨泥質(zhì)含量的增加而升高。1、劃分巖性§5自然伽馬測井五、自然伽馬測井的應(yīng)用在碳酸鹽巖地層中，純石灰?guī)r和純白云巖最低，泥巖和頁巖最高，泥灰?guī)r較高，泥質(zhì)石灰?guī)r，泥質(zhì)白云巖界于它們之間，也是隨泥質(zhì)增加曲線數(shù)值增高?！?自然伽馬測井五、自然伽馬測井的應(yīng)用膏鹽剖面中，石膏層的數(shù)值最低，泥巖最高，砂巖在二者之間。

§5自然伽馬測井五、自然伽馬測井的應(yīng)用2、地層對比用自然伽馬曲線進行地層對比有如下幾個優(yōu)點：(1)一般與孔隙流體無關(guān)。儲層含油、含水或含氣對曲線影響不大，或根本沒什么影響，用自然電位和電阻串進行對比，同一儲層由于合流體性質(zhì)不同差別很大。含水時自然電位異常幅度大，電阻率低。含泊氣時異常幅度小，電阻串高。(2)與地層水和鉆井液的礦化度關(guān)系不大。(3)很容易識別風化殼，薄的頁巖等，曲線特征明顯。(4)在膏鹽剖面及鹽水鉆井液條件下，自然電位和電阻率曲線變化較小，就顯示出了

GR曲線對比的優(yōu)越性。（5）套管井也可以地層對比。§5自然伽馬測井五、自然伽馬測井的應(yīng)用一般情況下，泥質(zhì)是控制自然伽馬射線強度的主要因素，所以在一個地區(qū)通過巖心分析，用統(tǒng)計的方法可以找到自然伽馬射線強度和泥質(zhì)含量之間的關(guān)系，利用這種關(guān)系可以由GR確定泥質(zhì)含量。3、計算泥質(zhì)含量北美第三系地層：GCUR=3.7;老地層：GCUR=2§5自然伽馬測井五、自然伽馬測井的應(yīng)用

§1測井概況

§2自然電位測井

§3電阻率測井

§4聲波測井

§5自然伽馬測井

§6井徑測井提綱§6井徑測井四臂井徑儀結(jié)構(gòu)示意圖1－井徑臂;2－彈簧;3－可變電阻;4－連桿;5－井壁一、原理§6井徑測井二、曲線特征1.劃分地質(zhì)剖面和識別巖性井眼直徑的變化，也是巖石性質(zhì)的一種間接反映。例如，泥巖層和某些松散巖層，常常由于鉆井時泥漿的浸泡和沖刷造成井壁坍塌，使實際井徑大于鉆頭直徑，出現(xiàn)井徑擴大；滲透性巖層，常常由于泥漿濾液向巖層中滲透，在井壁上形成泥餅，使實際