中子密度測井課件

1密度測井1密度測井2一、物理基礎1、巖石的體積密度(即真密度）單位體積巖石的質量。

ρb=ρma（1-Φ）+ρf*φ組成巖石骨架礦物不同，密度就不同，對于相同孔隙度得到的體積密度也就不同，由此可以判斷巖性；另一方面，利用體積密度計算孔隙度時，必須先確定巖性?？紫缎缘貙拥拿芏刃∮谥旅艿貙?，且隨著Φ的增加，ρb減小，由此可以求Φ。利用伽馬源（Cs137）向地層發(fā)射伽馬射線，經(jīng)與地層介質相互作用后，再由伽馬探測器接收（即為伽馬-伽馬測井），地層不同，探測器記錄的讀數(shù)不同，從而被用來研究地層性質。2一、物理基礎利用伽馬源（Cs137）向地層發(fā)射伽馬射線，經(jīng)32、康普頓散射吸收系數(shù)中等能量射線與介質發(fā)生康普頓散射而使其強度減小的參數(shù)。密度測井就是利用此關系，通過記錄康普頓散射的射線強度來測量巖石密度。3、巖石的光電吸收截面巖石的光電吸收截面指數(shù)Pe，是描述發(fā)生光電效應時物質對伽馬光子吸收能力的一個參數(shù)，即伽馬光子與巖石中一個單子發(fā)生光電效應的平均光電吸收截面，單位b/電子。Pe=a*Z3.6（Z為原子系數(shù)）A為常數(shù)，地層巖性不同，Pe有不同的值。32、康普頓散射吸收系數(shù)Ca-20Mg-12Si-14Ca-20Mg-12Si-145如孔隙度為φ的純砂巖的光電吸收截面為:體積光電吸收截面U與光電吸收截面指數(shù)Pe有近似關系:4、體積光電吸收截面也是描述發(fā)生光電效應時物質對伽馬光子吸收能力的一個參數(shù)，它是指每m3物質的光電吸收截面。地層巖性不同，其光電吸收截面不同。巖石體積光電吸收截面：5如孔隙度為φ的純砂巖的光電吸收截面為:體積光電吸收截面U與61、測井儀下井儀：極板型，貼井壁測量，其中：滑板由伽馬源、探測器、屏蔽體三部分組成。伽馬探測器是由單伽馬探測器和雙伽馬探測器（即補償密度測井儀，長短源距）組成。屏蔽體：使源發(fā)射的光子不能直接到達探測器。2、原理由伽馬源Cs137發(fā)射0.661Mev的射線照射地層發(fā)生康普頓效應——散射射線到達探測器——計數(shù)率N。地層密度不同，對伽馬光子的散射吸收能力不同，儀器記錄的計數(shù)率不同，測井儀采用的正源距L下，ρ增加，N減小。二、地層密度測井61、測井儀二、地層密度測井7實際測井中，泥餅影響不可忽視，為此，采用雙源距探測器補償密度測井儀，其中，長源距的計數(shù)率受泥餅影響小，短源距受影響大，用長源距得到一個視密度ρb’，再由長短源距計數(shù)率得到泥餅校正值Δρ，則地層密度ρb=ρb’+Δρ。最終得隨深度變化的一條ρb曲線和Δρ曲線。3、應用識別巖性、計算孔隙度、識別氣層。7實際測井中，泥餅影響不可忽視，為此，采用雙源距探測器補償密81.原理伽馬源產(chǎn)生的單能γ射線照射地層，其高能譜段的γ，只受康普頓效應影響，低能譜段主要受光電效應影響。在高能區(qū)計數(shù)γ計數(shù)率，確定地層密度，采用長短兩個探測器，得到地層密度和泥餅補償值ρb和Δρ；低能區(qū)計數(shù)γ，以測量地層的光電吸收截面指數(shù)Pe。實際上是利用低能窗和高能窗計數(shù)率比值進行光電吸收截面指數(shù)計算的。2、應用識別巖性、計算泥質含量、識別重礦物（如重晶石Pe=266.8，鋯石Pe=69.1）三、巖性密度測井81.原理三、巖性密度測井中子測井2012.3中子測井2012.3中子測井原理

井壁中子補償中子中子伽馬測井脈沖中子測井非彈性伽馬能譜中子活化主要內容中子測井原理 主要內容利用中子與地層的相互作用的各種效應，來研究井剖面地層性質的各種測井方法的總稱。包括中子——熱中子、中子——超熱中子、中子——伽馬測井、中子活化測井以及非彈性散射伽馬能譜測井和中子壽命測井。測井時，中子源向地層發(fā)射快中子，快中子在地層中運動與地層物質的原子核發(fā)生各種作用，由探測器探測超熱中子、熱中子或次生伽馬射線的強度，研究地層孔隙度、巖性及孔隙流體性質等地質問題。中子測井中子測井原理利用中子與地層的相互作用的各種效應，來研究井剖面地層性質的各12快中子從發(fā)出到10-8~10-6秒內發(fā)生非彈性散射在10-6~10-3秒發(fā)生彈性散射。12快中子從發(fā)出到10-8~10-6秒內發(fā)生非彈性散射13井壁中子測井13井壁中子測井一、井壁中子測井：（源，探測器裝在貼井壁的滑板上，測量超熱中子計數(shù)率來反映地層含H指數(shù)）1、源距和超熱中子探測超熱中子計數(shù)率與源距關系類似于熱中子與源距的關系：零源距，長源距，短源距。但零源距的大小比熱中子的略小。其中：短源距對含H指數(shù)分辨率低，一般不用，源距增加，對含H量分辨率增加。探測器選擇記錄超熱中子，采取兩項措施：1、探測器外加中子吸收劑做屏蔽層，吸收熱中子；2、屏蔽層與探測器之間加減速器，使穿過屏蔽層的超熱中子迅速變?yōu)闊嶂凶印?、測量方式貼井壁測量通過中子源發(fā)射快中子，照射地層減速形成熱中子或者超熱中子，中子探測器探測熱中子或者超熱中子的密度。不同地層，減速能力不同，計數(shù)率不同，以此來尋找儲集層、確定孔隙度的一類測井方法，包括熱中子測井、補償中子測井和超熱中子測井（也稱井壁中子），統(tǒng)稱中子孔隙度測井。通過中子源發(fā)射快中子，照射地層減速形成熱中子或者超熱中子，中154、測量原理同位素中子源向地層發(fā)射快中子，與地層各種原子核發(fā)射彈性散射，而逐漸損失能量、降低速度，成為超熱中子，探測超熱中子密度，轉化為計數(shù)率，以此尋找儲集層、確定孔隙度的測井方法。5、儀器刻度原因：不同儀器（源距，探測器），導致計數(shù)率不同。休斯頓大學的API中子測井標準井：3個孔隙不同的純灰?guī)r地層井眼劇中，規(guī)定：把儀器零線與孔隙度=19%deindiana石灰?guī)r的曲線幅度之差的千分之一規(guī)定為1個API中子單位。二、決定熱中子計數(shù)率的因素1、巖性影響在孔隙度相同的情況下，不同巖性的地層，對快中子的減速長度不一樣。154、測量原理162、孔隙度的影響地層中所有核素中，H核減速能力遠遠超過其他核素。因此，地層減速能力取決于地層總H含量，H主要存在于孔隙流體中，因此孔隙度增大，減速能力增強。3、源距對計數(shù)率的影響孔隙度、巖性不同，造成超熱中子的空間分布不同?？紫抖仍龃螅瑴p速長度越小，則在源附近的超熱中子越多；孔隙度越小，減速長度越大，則離源較遠的空間超熱中子越多。探測器離源較近：孔隙度越大，計數(shù)率越高探測器離源較遠：孔隙度越大，計數(shù)率越低探測器離源某一位置：計數(shù)率與孔隙度無關，對應零源距。實際應用的均為長源距中子測井。4、地層含H指數(shù)氫是最重要的減速劑，因此，H含量的高低決定了地層的減速能力，實際應用含H指數(shù)來反映地層中H元素的多少。根據(jù)規(guī)定，淡水含H指數(shù)為1，而任何其他物質的含H指數(shù)將與其單位體積內的H核素成正比。162、孔隙度的影響171）飽和淡水純石灰?guī)r的含H指數(shù)H=Hma（1-por）+Hw*por中子孔隙度測井在飽和淡水的純石灰?guī)r刻度井中進行含H指數(shù)刻度，使它測量的含H指數(shù)即為飽和淡水純石灰?guī)r的por。飽和淡水地層：砂巖：φN略小于φ；白云巖：：φN略大于φ；石灰?guī)r：：φN等φ；以上是骨架宏觀減速能力不同造成（砂巖骨架的宏觀減速能力小于石灰?guī)r，白云巖骨架的減速能力大于石灰?guī)r），這種差別是中子測井的巖性影響，也是識別巖性的依據(jù)。171）飽和淡水純石灰?guī)r的含H指數(shù)182）油氣的含H指數(shù)液態(tài)烴含H指數(shù)與水接近，而天然氣的很低，且隨溫度和壓力而變化。3）與有效孔隙度無關的含H指數(shù)A、泥質B、熟石膏CaSO4.2H2O，孔隙度為0，得到的中子孔隙度為49%。C、巖性影響：純砂巖的骨架含H指數(shù)為-0.01-0.05，白云巖0.01-0.085182）油氣的含H指數(shù)194）挖掘效應沖洗帶有殘余油氣的純石灰?guī)r實際測井中，含氣時，φN＜φxo，說明天然氣含H濃度太低，以至于把含天然氣的孔隙體積作為骨架還不足以說明天然氣影響（天然氣對快中子的減速能力比石灰?guī)r骨架還低，將顯示為負的含H指數(shù)），我們把油氣對中子孔隙度測井的這種影響，稱為中子孔隙度測井的挖掘效應。三、環(huán)境校正1、井徑校正2、泥漿校正3、泥餅校正4、礦化度校正：氯根5、溫度壓力校正：高溫使減速能力降低，高壓使之增強。194）挖掘效應20四、孔隙度計算含水純巖石中子測井響應方程：孔隙度計算：20四、孔隙度計算孔隙度計算：補償中子測井補償中子測井貼井壁的滑板上安裝同位素中子源和遠、近兩個探測器，用遠、近探測器計數(shù)率的比值測量地層含氫指數(shù)。1、補償原理熱中子易被俘獲，一次，熱中子的空間分布不僅取決于地層的含氫量，還與含氯量有關，利用長短兩個探測器分布記錄兩個計數(shù)率NL、NS，則其比值只與減速性質有關，只取決于含氫量。近探測器源距35-40cm遠探測器源距50-60cm補償中子測井貼井壁的滑板上安裝同位素中子源和遠、近兩個探測器，用遠、近探Le為熱中子的減速長度，當r1、r2，比值只取決于減速長度Le，即決定于巖石含氫量?？蓪⒈戎缔D化為含氫指數(shù)或φcnl。真孔隙度確定對于含水純巖石，可近似為Φcnl=（1-φ）φnma+φ*φnf求孔隙度Φ=（φcnl-φNma）/（φNf-φNma）Le為熱中子的減速長度，當r1、r2，比值只取決于減速長度L2、劃分巖性2.1與密度孔隙度曲線重疊，定性劃分φD=（2.71-ρb）/（2.71-ρf）ΦN=（Φcnl-ΦNma）/（ΦNf-ΦNma）不同巖性曲線有不同的幅度差：砂巖：ΦD＞Φ；ΦN＜Φ；ΦD＞ΦN。白云巖：ΦD＜

Φ；ΦN＞Φ；ΦD＜

ΦN。石灰?guī)r：ΦD=Φ；ΦN=Φ；ΦD=ΦN。2.2與密度測井或者聲波時差測井作交會圖，確定Φ、巖性和礦物百分含量。3.識別氣層氣層含氫量明顯低于同孔隙度油水層。2、劃分巖性25中子伽馬測井25中子伽馬測井一、原理同位素中子源發(fā)射快中子照射地層（經(jīng)減速、俘獲）——輻射俘獲伽馬射線——伽馬探測器記錄俘獲伽馬射線強度——記錄計數(shù)率，不同地層，計數(shù)率不同，得出一條隨深度變化的中子伽馬計數(shù)率曲線。中子伽馬測井一、原理中子伽馬測井二、決定伽馬計數(shù)率的因素1、中子伽馬計數(shù)率與源距關系同熱中子計數(shù)率與源距關系一樣，但源距約為35cm，測井常用源距45-65cm。在長源距條件下：地層含氫量增加——伽馬計數(shù)率減小致密巖石——伽馬計數(shù)率增加氣層——伽馬計數(shù)率增加中子伽馬測井二、決定伽馬計數(shù)率的因素中子伽馬測井2、地層中子伽馬計數(shù)率伽馬計數(shù)率與地層含氫量有關，也與地層含氯量有關（氯俘獲截面很大，且放出的伽馬光子也比氫多3.1個）高礦化度水層的伽馬計數(shù)率很高；致密層、氣層伽馬計數(shù)率高；泥巖伽馬計數(shù)率很低；記錄單位：脈沖/分。2、地層中子伽馬計數(shù)率3、應用3.1可以用伽馬計數(shù)率劃分地層，半幅點劃分地層界面。記錄單位：脈沖/分。3.2識別氣層3.3識別高礦化度水層，劃分油水界面，含鹽量大于150g/l。水層中子伽馬相對高，油層中子伽馬相對低，與電阻率資料結合可劃分油水過渡帶。3、應用30脈沖中子測井30脈沖中子測井31脈沖中子測井：脈沖中子源每隔一定時間發(fā)射一定寬度的中子，照射地層，通過研究中子與地層的相互作用，以研究地層性質。包括中子壽命測井、非彈性散射伽馬能譜、中子活化測井等。31脈沖中子測井：脈沖中子源每隔一定時間發(fā)射一定寬度的中子，32一、中子壽命測井Neutronlifetimelog，也叫熱中子衰減時間測井。利用脈沖中子源發(fā)射高能快中子14Mev，脈沖照射地層，用伽馬探測器探測經(jīng)地層慢化產(chǎn)生的熱中子被俘獲放出的伽馬射線，根據(jù)計數(shù)率隨時間的衰減，進而計算熱中子壽命和地層的熱中子的宏觀俘獲截面，從而研究地層性質特別是含油性的一種測井方法。在地層中，宏觀俘獲截面和熱中子壽命主要與氯的含量有關，與地層水礦化度有關。中子壽命測井NLL32一、中子壽命測井中子壽命測井NLL33二、熱中子壽命與地層對熱中子宏觀俘獲截面的關系1、熱中子壽命τ

是熱中子從產(chǎn)生瞬間到唄俘獲時刻所經(jīng)歷的時間。計算時，等于熱中子中63.2%被俘獲所經(jīng)過的時間。2、宏觀俘獲截面Σ單位體積介質中所有原子核的微觀俘獲截面之和，單位cm-1，一般定義一個基本的宏觀俘獲截面單位為10-3cm-1，稱作俘獲單位，并記做c.u.。3、τ

與Σ的關系其中A為某一特定的常數(shù)。兩者成反比關系，即地層宏觀俘獲截面越大，中子壽命越小。33二、熱中子壽命與地層對熱中子宏觀俘獲截面的關系344、巖石熱中子壽命與宏觀俘獲截面常見巖石主要礦物俘獲截面都很小，熱中子壽命都很長，而孔隙流體熱中子俘獲截面比大部分骨架礦物大很多，因此受孔隙影響比較大。特別：硼和汞宏觀俘獲截面特別大。344、巖石熱中子壽命與宏觀俘獲截面35三、測井基本原理中子從其產(chǎn)生，經(jīng)過和地層原子核發(fā)生非彈性散射、彈性散射，逐漸減速為熱中子，熱中子被俘獲產(chǎn)生俘獲伽馬射線。1、熱中子壽命2、熱中子的空間分布地層熱中子密度按指數(shù)規(guī)律隨時間衰減。3、測量原理任何時刻存在的俘獲伽馬射線的強度與儀器周圍熱中子的密度成正比。因此刻度以后，記錄俘獲伽馬射線強度，可以求得熱中子壽命。35三、測井基本原理36T1時刻：T2時刻：36T1時刻：T2時刻：375、中子壽命測井地質意義沉積巖中，氯核的微觀俘獲截面比其他核素大得多，也就是說巖石宏觀俘獲截面主要取決于地層中氯的含量，或者說取決于地層水礦化度。當?shù)貙铀V化度較高時，即氯的含量相對較高時，對于水層和油層來說，水層的宏觀俘獲截面要大于油層，而熱中子壽命則小于油層。適合于伊拉克地區(qū)高礦化度地層。375、中子壽命測井地質意義38四、測量方法1、熱中子測量法（中子-中子）直接測量熱中子數(shù)量隨時間變化關系，PNN儀器就是采用此方法。2、伽瑪射線測量法（中子-伽瑪）在整個中子與地層的反應過程中，最大量的伽瑪射線來自熱中子被俘獲時所產(chǎn)生的俘獲伽瑪射線。由于熱中子的數(shù)量越多，被地層俘獲的數(shù)量也越多，對應的俘獲伽瑪也就越多。一般的中子壽命測井儀器采用的就是這種方法。很顯然，第一種測量方法明顯要比第二種方法優(yōu)越的多。原因在于：第一，不是只有熱中子被俘獲才產(chǎn)生伽瑪射線，在儀器的四周，還存在其它的核反應，這些核反應同樣可以產(chǎn)生伽瑪射線，還有地層中本身存在的自然伽瑪射線。第二，熱中子的俘獲吸收，需要有足夠的氯元素存在，如果地層的水礦化度很低，即使熱中子的數(shù)量很多，但轉換出來的俘獲伽瑪數(shù)量依然會很少，從而導致在地層水礦化度低的情況下不能很好劃分油水。38四、測量方法39五、應用1、劃分油水層2、觀察油水或氣水界面的變化油層在采油過程中含水飽和度不斷變化，油水界面向上移動，利用不同時間測量的宏觀俘獲界面或者中子壽命了解油水或氣水界面變化。3、求孔隙度39五、應用404、求含水飽和度如果孔隙度已知，對含油氣的純地層：含水飽和度：404、求含水飽和度41非彈性散射伽馬能譜一、定義利用脈沖中子源向地層發(fā)射14Mev的高能快中子，測量這些快中子與地層物質的核素發(fā)生非彈性散射放出的伽馬射線的能譜的一種方法。二、原理快中子與地層中不同核素發(fā)生非彈性散射放出