放射性測井的學習教案

放射性測井的學習教案第1頁/共41頁地球物理測井—核測井伽馬測井的核物理基礎一、原子核的衰變及放射性1、原子的結構原子：由原子核及其核外電子層組成的一種很微小的粒子。原子核由質子和中子組成2、同位素同位素：質子數(shù)相同的同一類原子。例：氫的同位素：氕、氘、氚第2頁/共41頁地球物理測井—核測井伽馬測井的核物理基礎3、核衰變核衰變：放射性元素的原子核自發(fā)地釋放出一種帶電粒子（或），蛻變成另外某種原子核，同時放射出伽馬（）射線的過程。放射性：自發(fā)地釋放出、

，射線的性質放射性核衰變的規(guī)律：放射性核數(shù)隨時間按指數(shù)遞減的規(guī)律變化即：N:放射性元素個數(shù)t:時間：衰變系數(shù)第3頁/共41頁地球物理測井—核測井伽馬測井的核物理基礎半衰期：從N0個原子開始衰變到N0/2時所經歷的時間。用T表示：放射性元素不同，其半衰期也不同，見P1354、放射性射線的性質核衰變放出三種射線：、、第4頁/共41頁地球物理測井—核測井伽馬測井的核物理基礎射線射線能量衰減快、穿透能力弱射程短帶電射線是頻率很高的電磁波、能量高穿透能力強射程長中性粒子射線不是由核衰變產生的，是由特殊的中子源產生的，特點是：能量高、穿透力強探測器能探測到的射線：

中子射線、

射線第5頁/共41頁地球物理測井—核測井伽馬測井的核物理基礎二、常用GR強度單位1、放射性強度單位1居里：單位時間內發(fā)生衰變的原子核數(shù)。1居里=1克鐳的源強=1克鐳當量/克（每克物質的放射性強度單位相當于1克鐳）=3.7*1010次/秒2、放射性劑量單位單位質量的物質被射線照射時所吸收的能量來度量射線強度為放射性劑量。用倫琴表示。而測井用的單位是微倫琴/小時，單位時間內的射線劑量為劑量率。第6頁/共41頁地球物理測井—核測井伽馬測井的核物理基礎3、條件單位測井時記錄的是單位時間的脈沖數(shù)，不同的儀器記錄器在統(tǒng)一標準下刻度。采取相同的單位：微倫琴/小時API三、核衰變的統(tǒng)計漲落同一放射性元素在相同的時間間隔內，衰變次數(shù)不完全相同，總是圍繞一平均值上下起伏。統(tǒng)計漲落是由核衰變本身的特性所決定的，與環(huán)境和人的因素無關。第7頁/共41頁地球物理測井—核測井伽馬測井的核物理基礎核射線探測器---閃爍記數(shù)管它由光電倍增管和碘化鈉晶體組成。它是利用被伽瑪射線激發(fā)的物質的發(fā)光現(xiàn)象來探測射線的。伽瑪射線碘化鈉晶體光電倍增管電子數(shù)逐級倍增大量電子最后到達陽極使陽極電壓瞬時下降產生電壓負脈沖，輸入測量線路予以記錄用單位時間記錄的脈沖數(shù)來反映伽瑪射線的強度第8頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬測井GR測量的是巖層的自然放射性強度（不用任何放射性源）一、巖石的自然放射性巖石中主要的放射性元素：92U238

90Th232

19K40巖石的自然放射性強度主要取決于其三者的比例，其含量與巖性以及形成過程中的物理化學條件有關，因此，巖性不同，GR不同。

火成巖>變質巖>沉積巖第9頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬測井沉積巖骨架不含重礦物，除鉀巖外，其他巖石本身基本上不含放射性，但在形成過程中會多少地吸附些放射性元素。強度最低的：硬石膏、石膏、不含鉀的鹽巖強度較低的：砂巖、灰?guī)r、白云巖強度較高的：淺海相和陸相沉積的泥巖、泥灰?guī)r、鈣質泥巖、含砂泥巖等強度高的：鉀巖、深水泥巖、頁巖強度最高的：放射性軟泥、澎土巖、火山灰除了鉀巖及骨架含放射性元素的巖石外，巖石的GR強度隨巖石顆粒變細而增加。通常情況下：地層的GR值的高低主要取決與泥質含量第10頁/共41頁沉積巖的自然放射性有以下變化規(guī)律：a.隨泥質含量的增加而增加；b.隨有機物含量增加而增加，如瀝青質泥巖的放射性很高。在還原條件下，六價鈾能被還原成四價鈾，從溶液中分離出來而沉淀在地層中，且有機物容易吸附含鈾和釷的放射性物質；c.隨著鉀鹽和某些放射性礦物的增加而增加。

放射性核素在巖石中的分布地球物理測井—核測井自然伽馬測井第11頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬測井泥漿儀器外殼進入探測器記錄連續(xù)電流所產生的電位差穿過至經傳輸至地面儀器處理使與單位時間的電脈沖數(shù)成正比射線GR曲線見P141圖3-7二、GR測井基本原理第12頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬測井三、GR曲線特征（均勻理想模型地層點測）GR（API）當上下圍巖相同時，曲線對稱與地層中部，低放射性地層對應GR低，高放射性地層對應GR高h>3d

曲線幅度不受巖層厚度的影響；h<3d曲線的最大或最小受巖層厚度的影響（？）第13頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬測井第14頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬測井四、影響因素1、巖層厚度的影響巖層厚度增加或減小，GR曲線減小或增大2、井參數(shù)影響d增加裸眼井對GR吸收增加，但泥漿中所含一定的放射性補償了一部分，影響小套管井：水泥環(huán)厚度增加-----GR減小第15頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬測井3、統(tǒng)計漲落誤差由于漲落誤差的存在，實測的GR曲線出現(xiàn)許多“小鋸齒”第16頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬測井4、測井速度當h一定：GR受V測和時間常數(shù)的影響t=h/v；v增加，t<時間常數(shù)，探測器無法全部探測到地層發(fā)出的GR，導致GR下降，還會使其發(fā)生崎變，深度錯位。V增加V合適GR（API）滯后現(xiàn)象積分電路的特點所至第17頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬測井五、GR曲線的解釋及應用1、劃分巖層砂泥巖剖面（骨架不含放射性礦物）GR碳酸鹽巖剖面相同泥巖砂巖泥巖砂巖第18頁/共41頁第19頁/共41頁給定巖性剖面，請定性的畫出GR曲線。泥灰?guī)r灰?guī)r白云巖泥巖石膏GR回憶巖石的GR的大小關系地球物理測井—核測井自然伽馬測井第20頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬測井2、確定地層的泥質含量當泥質含量低時：當泥質含量高時：gcur=2(老地層）gcur=3.7(新地層）不含放射性礦物的地層，GR主要取決于地層的泥質含量第21頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬測井3、進行地層對比P147用GR曲線進行對比的優(yōu)點：與巖石孔隙中的流體性質（油或水）無關與地層水和泥漿礦化度無關在GR曲線上容易找到標準層第22頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬測井第23頁/共41頁650遂寧組J2s690第24頁/共41頁4193T1j5+4T1j340824374T1j2T1j34261

普光6井地質分層對比圖第25頁/共41頁粘土巖中U、Th和K的分布

自然伽馬能譜測井的地質依據(jù)，是U、Th,K在礦物和巖石中的分布規(guī)律與巖石的礦物成分、成巖環(huán)境和地下水活動有關。一般說來，普通粘土巖中鉀和釷含量高，而鈾的含量較低（相對于鉀和釷）。據(jù)Belk-nap,W.B.等人由200塊不同種類的粘土巖取得的分析數(shù)據(jù)，粘土巖中放射性元素的平均含量約為：鉀2%，鈾6ppm，釷12ppm。地球物理測井—核測井自然伽馬能譜測井（NGS）第26頁/共41頁砂巖和碳酸鹽巖中U、Th和K的分布

純的砂巖和碳酸鹽巖放射性元素含量很低，但有些地層也可能具有很高的放射性，這些高放射性地層又可能是儲集層，此類儲集層用普通自然伽馬測井是無法識別的，而用自然伽馬能譜測井卻往往能成功地將其和泥巖區(qū)別開。滲透性地層中U含量的增高與地層水的活動有密切關系。有些儲集層還由于巖石骨架中含有放射性重礦物而顯示為高放射性地層。還應指出，巖石中釷和鈾的含量比（通常稱為釷鈾比）具有重要的地質意義，利用它可以解決一系列地質問題。據(jù)統(tǒng)計，粘土巖的Th/U為2.0-4.1；碳酸鹽巖的Th/U為0.3-2.8；砂巖的鈾含量變化范圍很大，Th/U值變化范圍也大。第27頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬能譜測井（NGS）

在還原環(huán)境中，尤其當粘土巖中含有機物和硫化物時，粘土對鈾離子的吸附力增強，粘土的鈾含量明顯增高。第28頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬能譜測井（NGS）一、鈾、釷、鉀的伽馬射線的特征譜不同的放射性元素放出的伽馬射線的能量不同、經過統(tǒng)計分析：鉀系的特征譜：1.46Mev釷系的特征譜：2.62Mev鈾系的特征譜：1.76Mev在特征能量峰處的伽馬射線的強度最大P148選定鈾系中某種核素的伽馬射線能量來識別鈾，用釷系的某種核素的伽馬射線能量識別釷。這種選定的某種核素稱為特征核素，它放射的伽馬射線能量稱為特征能量。第29頁/共41頁二、NGS的測井原理核心部分是：多道分析器。能夠測量分析伽馬射線的能譜將能譜分為五個能級窗兩個低能窗、三個道能窗W1：0.15-0.5MevW2:0.5-1.1MevW3:1.32-1.575Mev（鉀窗）W4:1.65-2.39Mev（鈾窗）W5:2.475-2.765Mev（釷窗）地球物理測井—核測井自然伽馬能譜測井（NGS）第30頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬能譜測井（NGS）由于各個窗的記數(shù)率并不僅反映對應元素的含量，因此還需要剝譜（對能量窗均綜合考慮三種元素的貢獻，即得到一組方程：W1=A1Th+B1U+C1K+1W2=A2Th+B2U+C2K+2W3=A3Th+B3U+C3K+3W4=A4Th+B4U+C4K+4W5=A5Th+B5U+C5K+5Wi—為第i個能量窗的計數(shù)率Ai、Bi、Ci—用刻度井得到的第I能量窗的刻度系數(shù)：統(tǒng)計因子Th、U、K：表示釷、鈾、鉀的含量第31頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬能譜測井（NGS）輸出的測井曲線：SGR（GR總計數(shù)率）THOR釷含量

URAN鈾含量

POTA鉀含量第32頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬能譜測井（NGS）1、確定泥質含量研究發(fā)現(xiàn)：泥質含量與釷和鉀的含量成線性關系X=Th,k含鉀的巖石（云母、長石）不能用該公式計算泥質含量三、NGS曲線應用第33頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬能譜測井（NGS）2、研究生油層研究發(fā)現(xiàn)：巖石中的有機物對鈾的富集起著重要作用。有機碳含量與U/K存在線性關系U、U/K越高，生油能力越強有機碳含量U、U/K計數(shù)率比P150實際曲線第34頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬能譜測井（NGS）3、尋找放射性異常儲集層特點：SGR高、鈾或者鉀含量高原因巖層中含有放射性礦物、云母、長石實際曲線P151圖3-214、鑒別泥巖儲集層富含有機物的高放射性黑色頁巖，在局部地段有裂縫、燧石、粉砂或灰?guī)r夾層，可能成為產油層。曲線特點K、TU含量低，而鈾含量高第35頁/共41頁地球物理測井—核測井自然伽馬能譜測井（NGS）5、用TH/U比值研究沉積環(huán)境TH/U>7

陸相沉積、氧化環(huán)境、風化層TH/U<7

海相沉積、灰色、綠色頁巖