脈沖中子測井

脈沖中子測井211第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四212§第10章脈沖中子測井

(Pulsedneutronlogging)10.1中子壽命測井10.2非彈性散射伽馬能譜測井10.3中子活化測井脈沖中子測井第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四21310.1中子壽命測井（NLL）中子壽命測井也叫熱中子衰減時(shí)間測井（TDT），通過測量熱中子在地層中的壽命，研究地層對(duì)熱中子的俘獲性質(zhì)，從而認(rèn)識(shí)地層的一種中子測井方法。脈沖中子測井一、中子壽命測井的基本原理10.1中子壽命測井

由井下儀器的脈沖中子源在井內(nèi)向地層發(fā)射14Mev的快中子，經(jīng)過和地層的原子核發(fā)生非彈性散射和彈性散射逐漸減速成為熱中子，直至被俘獲產(chǎn)生伽馬射線。第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四214

熱中子壽命的長短和物質(zhì)的宏觀俘獲界面有關(guān)，地層介質(zhì)的宏觀俘獲界面大，熱中子將迅速被俘獲，熱中子壽命就短，巖石的宏觀俘獲界面是巖石中各個(gè)核素的微觀俘獲截面總和。沉積巖中，除硼外，氯核素的微觀俘獲界面比其他核素大得多，所以巖石的宏觀俘獲截面的大小主要取決于氯的含量，即主要取決于地層水的礦化度。地層水的含鹽量越大，則其俘獲截面越大，熱中子壽命就越短。脈沖中子測井10.1中子壽命測井第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四215

記錄熱中子壽命或巖石的俘獲截面能反映地層中含氯量的多少。鹽水層比油層含氯量大，因此，鹽水層有比油層宏觀俘獲截面大得多和熱中子壽命小得多的特點(diǎn)?？捎脕韯澐蛀}水層。

快中子變成熱中子以后，熱中子開始向周圍擴(kuò)散。在地層內(nèi)的擴(kuò)散中，地層中某點(diǎn)的熱中子密度N隨時(shí)間按指數(shù)衰減：N0—開始衰減時(shí)的熱中子密度；N—經(jīng)過時(shí)間T的熱中子密度；

—巖石的熱中子壽命。脈沖中子測井10.1中子壽命測井第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四216

測量俘獲伽馬射線強(qiáng)度或熱中子密度，都可以求得地層的熱中子壽命或者巖石的宏觀俘獲截面。在兩次發(fā)射脈沖中子之間，在俘獲伽馬射線強(qiáng)度隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律衰減的時(shí)間范圍內(nèi)，選取兩個(gè)適當(dāng)?shù)难舆t時(shí)間T1和T2，分別在T1和T2時(shí)間段內(nèi)（T1和T2測量時(shí)間門），測量熱中子被俘獲所放出來的俘獲伽馬射線強(qiáng)度，T1時(shí)刻和T2時(shí)刻的俘獲伽馬射線計(jì)數(shù)率分別為：脈沖中子測井10.1中子壽命測井第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四217脈沖中子測井10.1中子壽命測井實(shí)際上測井中不測熱中子密度而只測量與n1,n2成正比的俘獲γ射線的計(jì)數(shù)率N1，N2。n—熱中子密度第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四218整理后得：T1、T2已知，測量得到N1、N2再由中子壽命測井儀的專用計(jì)算線路，計(jì)算得到熱中子壽命或宏觀俘獲截面。提升儀器沿井身連續(xù)測量則會(huì)得到熱中子壽命或宏觀俘獲截面曲線。脈沖中子測井10.1中子壽命測井第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四219二、中子壽命測井的應(yīng)用1、劃分油水層

礦化度較高的水層有比油層大的俘獲截面（或較小的中子壽命），可用中子壽命測井曲線，劃分油層和鹽水層。2、觀察油水或氣水界面變化采油過程中含水飽和度不斷變化，油水界面向上移動(dòng)。在地層水礦化度較大的情況下，利用不同時(shí)間測的宏觀俘獲截面或中子壽命曲線，可以了解油水或氣水界面向上移動(dòng)速度，井身由淺到深，中子壽命曲線在油水或氣水界面處由高值變?yōu)檩^低值。脈沖中子測井10.1中子壽命測井第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四2110脈沖中子測井10.1中子壽命測井第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四21113、求含水飽和度

在地層孔隙度比較大，且地層水礦化度比較高的情況下，可以由中子壽命測井的宏觀俘獲截面求含水飽和度純地層情況下的地層宏觀俘獲截面為：含泥質(zhì)地層用的含水飽和度為：脈沖中子測井10.1中子壽命測井第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四2112§第10章脈沖中子測井

(Pulsedneutronlogging)10.1中子壽命測井10.2非彈性散射伽馬能譜測井10.3中子活化測井脈沖中子測井第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四211310.2非彈性散射伽馬能譜測井一、非彈性散射伽馬能譜測井基本原理

非彈性散射伽馬能譜測井是利用脈沖中子源向地層發(fā)射14MeV高能中子，測量這些快中子與地層物質(zhì)的核素發(fā)生非彈性散射放出的伽馬射線能譜的一種測井方法。1、概念2、原理

由于快中子與地層中不同核素發(fā)生非彈性散射放出具有不同特征能量的伽馬射線，通過對(duì)非彈性散射伽馬射線進(jìn)行能量分析，分別測量各種能量的非彈性散射伽馬射線強(qiáng)度，就可以確定地層中存在某種核素和它們各自的濃度。

根據(jù)不同核反應(yīng)的時(shí)間分布，按照時(shí)間先后儀器開有脈沖門、俘獲門等測量門、分別接收非彈性散射伽馬射線和俘獲伽馬射線。利用多道脈沖幅度分析器進(jìn)行伽馬能譜分析，分別測量不同能量的非彈性散射伽馬射線強(qiáng)度和俘獲伽馬射線強(qiáng)度。脈沖中子測井10.2非彈性散射伽馬能譜測井第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四2114二、非彈性散射伽馬能譜測井的應(yīng)用巖石內(nèi)常見的核素中，C12和O16都具有較大的快中子非彈性散射截面，并且所產(chǎn)生的非彈性散射伽馬射線均有較高的能量。C12和O16分別為油、氣和水的很好指示核素。所以非彈性散射伽馬能譜測井選擇測量地層中的碳和氧所產(chǎn)生的非彈性散射伽馬能譜，取其計(jì)數(shù)率比值（C/O），來確定儲(chǔ)層的含油飽和度，稱為碳氧能譜測井。脈沖中子測井10.2非彈性散射伽馬能譜測井第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四21151、確定含油飽和度

不同的含油飽和度，碳氧比能譜測井得到的C/O不同，根據(jù)C/O和含油飽和度值的關(guān)系曲線，可以由C/O確定含油飽和度。只有在孔隙度比較大的情況下，由C/O確定的So才比較可靠。巖性不同的地層C/O和So有不同的關(guān)系曲線，石灰?guī)r比砂巖的高。脈沖中子測井10.2非彈性散射伽馬能譜測井第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四21162、利用C/O測井曲線劃分水淹層含油砂巖和含水砂巖的C/O的相對(duì)差別在28%以上，而油層水淹后，水淹部分C/O明顯下降。脈沖中子測井10.2非彈性散射伽馬能譜測井第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四21173、以Si/Ca定性指示巖性

反應(yīng)骨架中CaCO3含量的多少，并反映骨架含碳量的多少可作為C/O測井解釋的參考。4、確定孔隙度指數(shù)和泥質(zhì)指數(shù)

中子不同的核素產(chǎn)生的俘獲伽馬射線能量也是不同的，因此，由俘獲門接收并作能量分析，所記錄的氫、鈣、硅以及鐵的俘獲伽馬射線的計(jì)數(shù)率，可用來計(jì)算出孔隙度指數(shù)和泥質(zhì)指數(shù)。鈣+硅反應(yīng)骨架，氫反應(yīng)孔隙度，鐵反應(yīng)泥質(zhì)。脈沖中子測井10.2非彈性散射伽馬能譜測井第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四2118§第10章脈沖中子測井

(Pulsedneutronlogging)10.1中子壽命測井10.2非彈性散射伽馬能譜測井10.3中子活化測井脈沖中子測井第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四211910.3中子活化測井一、中子活化測井的基本原理

用脈沖中子源，向地層發(fā)射14MeV的快中子，地層中某些穩(wěn)定的核素，在中子的照射下轉(zhuǎn)變?yōu)榉派湫院怂?，即核被活化，快中子和熱中子均可使核活化。活化核具有一定較短的半衰期，衰變能發(fā)射出具有一定特征能量的伽馬射線，稱之為活化伽馬射線。按照活化伽馬射線產(chǎn)生的時(shí)間分布特征，選擇適當(dāng)?shù)恼丈鋾r(shí)間、測量時(shí)間和能譜段，測量某種能量的活化伽馬射線強(qiáng)度來識(shí)別地層中存在的核素及其濃度。由于儲(chǔ)層中的巖石骨架主要由SiO2、CaCO3等礦物組成，泥質(zhì)含有較多的Al2O3，地層水中溶有NaCl等礦物，所以中子活化測井常以Si28、Ca48、Al27、Cl37為指示核素。測量這些核素活化放出的具有不同特征能量的活化伽馬射線強(qiáng)度就可以指示巖性、區(qū)分油水層。又稱為：硅測井、鋁測井和氯測井。脈沖中子測井10.3中子活化測井第19頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四2120二、中子活化測井應(yīng)用1、利用硅測井識(shí)別巖性

因?yàn)樯皫r的骨架主要由SiO2組成，而碳酸鹽巖地層卻基本上不含Si，所以用硅測井可以有效地把砂巖和碳酸鹽巖區(qū)別開，并能在頁巖中劃出粉砂夾層。2、利用硅鋁比確定泥質(zhì)含量

一般泥巖的硅與鋁的重量比為2：1到4：1，而純砂巖的硅鋁比非常高，根據(jù)硅鋁比與泥質(zhì)含量建立關(guān)系曲線。鋁是泥質(zhì)中比較穩(wěn)定的成分，用給出的硅鋁比與泥