測(cè)井方法原理-放射性聲波測(cè)井(測(cè)井解釋培訓(xùn)教材-COSL)

1、WWW.COSL.COM.CN 1放射性測(cè)井講座放射性測(cè)井講座 中海油田服務(wù)股份有限公司中海油田服務(wù)股份有限公司 油田技術(shù)事業(yè)部資料解釋中心油田技術(shù)事業(yè)部資料解釋中心 20102010年年9 9月月 主講人：劉建新主講人：劉建新自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井密度測(cè)井密度測(cè)井中子測(cè)井中子測(cè)井核測(cè)井（核測(cè)井（放射性測(cè)井放射性測(cè)井）：）：以物質(zhì)的原子核物理性質(zhì)為基以物質(zhì)的原子核物理性質(zhì)為基礎(chǔ)的一組測(cè)井方法礎(chǔ)的一組測(cè)井方法。它是根據(jù)巖石及其孔隙流體和井內(nèi)介質(zhì)它是根據(jù)巖石及其孔隙流體和井內(nèi)介質(zhì)（套管、水泥等）的核物理性質(zhì)，研究鉆井地質(zhì)剖面，尋找有用（套管、水泥等）的核物理性質(zhì)，研究鉆井地質(zhì)剖面，尋找有用礦藏，

2、研究油田開發(fā)工程的一類測(cè)井方法。礦藏，研究油田開發(fā)工程的一類測(cè)井方法。核測(cè)井的適用條件：一般的泥漿井、油基泥漿井、核測(cè)井的適用條件：一般的泥漿井、油基泥漿井、高礦化度泥漿井、空氣鉆井（裸眼井、套管井）高礦化度泥漿井、空氣鉆井（裸眼井、套管井）核測(cè)井的優(yōu)點(diǎn)：核測(cè)井的優(yōu)點(diǎn)：伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)它是唯一能夠確定它是唯一能夠確定巖石及巖石及其孔隙流體化學(xué)元素含量其孔隙流體化學(xué)元素含量的測(cè)井方法。的測(cè)井方法。伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)一、原子核的衰變及放射性一、原子核的衰變及放射性1 1、原子的結(jié)構(gòu)、原子的結(jié)構(gòu)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：由

3、原子核及其核外電子層組成的一種很微小的粒子。原子核由原子核由質(zhì)子質(zhì)子和和中子中子組成組成2 2、同位素、同位素同位素：質(zhì)子數(shù)相同的同一類原子。同位素：質(zhì)子數(shù)相同的同一類原子。例：氫的同位素：氕、氘、氚例：氫的同位素：氕、氘、氚伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)3 3、核衰變、核衰變放射性：放射性： 自發(fā)地釋放出自發(fā)地釋放出 、 ， 射線的性質(zhì)射線的性質(zhì)放射性核衰變的規(guī)律：放射性核數(shù)隨時(shí)間按指數(shù)遞減的規(guī)律放射性核衰變的規(guī)律：放射性核數(shù)隨時(shí)間按指數(shù)遞減的規(guī)律變化。變化。 即：即：teNN0N:N:放射性元素個(gè)數(shù)放射性元素個(gè)數(shù)t:t:時(shí)間時(shí)間 ：衰變系數(shù)衰變系數(shù)核衰變核衰變：放射性元素的原子核

4、自發(fā)地釋放出一種帶電粒子：放射性元素的原子核自發(fā)地釋放出一種帶電粒子（ 或或 ），蛻變成另外某種原子核，同時(shí)放射出伽馬（），蛻變成另外某種原子核，同時(shí)放射出伽馬（ ）射線的過(guò)程。射線的過(guò)程。伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)二、常用二、常用GRGR強(qiáng)度單位強(qiáng)度單位1 1、放射性強(qiáng)度單位、放射性強(qiáng)度單位2 2、放射性劑量單位、放射性劑量單位1 1居里：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)。居里：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)。1 1居里居里=1=1克鐳的源強(qiáng)克鐳的源強(qiáng)=1=1克鐳當(dāng)量克鐳當(dāng)量/ /克（每克物質(zhì)的放射性強(qiáng)度克（每克物質(zhì)的放射性強(qiáng)度單位相當(dāng)于單位相當(dāng)于1 1克鐳）克鐳）=3.7=3.7*

5、 *10101010次次/ /秒秒單位質(zhì)量的物質(zhì)被射線照射時(shí)所吸收的能量來(lái)度量射線強(qiáng)度單位質(zhì)量的物質(zhì)被射線照射時(shí)所吸收的能量來(lái)度量射線強(qiáng)度為放射性劑量。用倫琴表示。而測(cè)井用的單位是為放射性劑量。用倫琴表示。而測(cè)井用的單位是微倫琴微倫琴/ /小小時(shí)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)的射線劑量為劑量率。，單位時(shí)間內(nèi)的射線劑量為劑量率。伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)3 3、條件單位、條件單位三、三、核衰變的統(tǒng)計(jì)漲落核衰變的統(tǒng)計(jì)漲落同一放射性元素在相同的時(shí)間間隔內(nèi)，衰變次數(shù)不完全相同，同一放射性元素在相同的時(shí)間間隔內(nèi)，衰變次數(shù)不完全相同，總是總是圍繞一平均值上下起伏圍繞一平均值上下起伏。統(tǒng)計(jì)漲落是由核衰變統(tǒng)計(jì)漲

6、落是由核衰變本身的特性本身的特性所決定的，與環(huán)境和人的因素所決定的，與環(huán)境和人的因素?zé)o關(guān)。無(wú)關(guān)。測(cè)井時(shí)記錄的是測(cè)井時(shí)記錄的是單位時(shí)間的脈沖數(shù)單位時(shí)間的脈沖數(shù)，不同的儀器記錄器在，不同的儀器記錄器在統(tǒng)統(tǒng)一一標(biāo)準(zhǔn)下刻度。標(biāo)準(zhǔn)下刻度。采取相同的單位：采取相同的單位：微倫琴微倫琴/ /小時(shí)小時(shí) APIAPI自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井GRGR測(cè)量的是測(cè)量的是巖層的自然放射性強(qiáng)度巖層的自然放射性強(qiáng)度（不用任何放射性源）（不用任何放射性源）一、巖石的自然放射性一、巖石的自然放射性巖石中主要的放射性元素：巖石中主要的放射性元素：9292U U238 238 9090ThTh232232 1919K K4040巖

7、石的自然放射性強(qiáng)度主要取決于其三者的比例，巖石的自然放射性強(qiáng)度主要取決于其三者的比例，其含量與巖性以其含量與巖性以及形成過(guò)程中的物理化學(xué)條件有關(guān)及形成過(guò)程中的物理化學(xué)條件有關(guān)，因此，巖性不同，因此，巖性不同，GRGR不同。不同。 火成巖火成巖 變質(zhì)巖變質(zhì)巖 沉積巖沉積巖自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)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(guò)程中會(huì)多少地吸附些放射性元素。放射性，但在形成過(guò)程中會(huì)多少地吸附些放射性元素。強(qiáng)度最低的：強(qiáng)度最低的：硬石膏、石膏、不含鉀的鹽巖硬石膏、石膏、不含鉀的鹽巖強(qiáng)度較低的：強(qiáng)度較低的：砂

8、巖、灰?guī)r、白云巖砂巖、灰?guī)r、白云巖強(qiáng)度較高的：淺海相和陸相沉積的強(qiáng)度較高的：淺海相和陸相沉積的泥巖泥巖、泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖、含砂泥巖等含砂泥巖等強(qiáng)度高的：強(qiáng)度高的：鉀巖、深水泥巖、頁(yè)巖鉀巖、深水泥巖、頁(yè)巖強(qiáng)度最高的：強(qiáng)度最高的：放射性軟泥、澎土巖、火山灰放射性軟泥、澎土巖、火山灰除了鉀巖及骨架含放射性元素的巖石外，巖石的除了鉀巖及骨架含放射性元素的巖石外，巖石的GRGR強(qiáng)強(qiáng)度隨巖石顆粒變細(xì)而增加。度隨巖石顆粒變細(xì)而增加。通常情況下：地層的通常情況下：地層的GRGR值的高低主要取決于泥質(zhì)含量值的高低主要取決于泥質(zhì)含量沉積巖的自然放射性有以下變化規(guī)律：沉積巖的自然放射性有以下變化規(guī)

9、律：a.a.隨泥質(zhì)含量的增加而增加隨泥質(zhì)含量的增加而增加；b.b.隨有機(jī)物含量增加而增加隨有機(jī)物含量增加而增加，如瀝青質(zhì)泥巖的放射性很高。在還原，如瀝青質(zhì)泥巖的放射性很高。在還原條件下，六價(jià)鈾能被還原成四價(jià)鈾，從溶液中分離出來(lái)而沉淀在地條件下，六價(jià)鈾能被還原成四價(jià)鈾，從溶液中分離出來(lái)而沉淀在地層中，且層中，且有機(jī)物容易吸附含鈾和釷的放射性物質(zhì)有機(jī)物容易吸附含鈾和釷的放射性物質(zhì)；c.c.隨著鉀鹽和某些放射性礦物的增加而增加隨著鉀鹽和某些放射性礦物的增加而增加。 自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井泥漿泥漿儀器儀器 外殼外殼進(jìn)入探進(jìn)入探測(cè)器測(cè)器記錄連記錄連續(xù)電流所產(chǎn)續(xù)電流所產(chǎn)生的電位差

10、生的電位差穿過(guò)穿過(guò)至至經(jīng)傳輸經(jīng)傳輸至地面至地面儀器處理儀器處理使與單位使與單位時(shí)間的電時(shí)間的電脈沖數(shù)成脈沖數(shù)成正比正比 射線射線GRGR曲線曲線二、二、GR GR 測(cè)井基本原理測(cè)井基本原理自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井三、三、GR GR 曲線特征（均勻理想模型地層點(diǎn)測(cè)）曲線特征（均勻理想模型地層點(diǎn)測(cè)）GRGR（APIAPI）當(dāng)當(dāng)上下圍巖相同上下圍巖相同時(shí)，時(shí)，曲線曲線對(duì)稱對(duì)稱于地層中于地層中部，部，低低放射性地層對(duì)放射性地層對(duì)應(yīng)應(yīng)GRGR低低，高高放射性放射性地層對(duì)應(yīng)地層對(duì)應(yīng)GRGR高高h(yuǎn)3dh3d 曲線幅度曲線幅度不受不受巖層厚度的影響；巖層厚度的影響；h3d h3d 曲線的最大或曲線的最大或最小

11、最小受巖層厚度受巖層厚度的的影響（影響（？）自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井四、影響因素四、影響因素1 1、巖層厚度的影響、巖層厚度的影響2 2、井參數(shù)影響、井參數(shù)影響d d增加增加裸眼井對(duì)裸眼井對(duì)GRGR吸收增加，但泥漿中所含一定吸收增加，但泥漿中所含一定的放射性補(bǔ)償了一部分，影響小的放射性補(bǔ)償了一部分，影響小套管井：水泥環(huán)厚度增加套管井：水泥環(huán)厚度增加-GR-GR減小減小巖層厚度增加或減小，巖層厚度增加或減小，GRGR曲線減小或增大。曲線減小或增大。自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井3 3、統(tǒng)計(jì)漲落誤差、統(tǒng)計(jì)漲落誤差由于漲落誤差的存在，由于漲落誤差的存在，實(shí)測(cè)的實(shí)測(cè)的GRGR曲線出現(xiàn)

12、許曲線出現(xiàn)許多多“小鋸齒小鋸齒”自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井4 4、測(cè)井速度、測(cè)井速度V V增加增加V V合適合適GRGR（APIAPI）滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象積分電路的特點(diǎn)所至積分電路的特點(diǎn)所至當(dāng)當(dāng)h h一定：一定：GRGR受受V V測(cè)測(cè)和時(shí)間和時(shí)間常數(shù)的影響常數(shù)的影響t=h/vt=h/v；v v增加，增加，tt時(shí)間常數(shù)，探測(cè)器無(wú)法時(shí)間常數(shù)，探測(cè)器無(wú)法全部探測(cè)到地層發(fā)出的全部探測(cè)到地層發(fā)出的GRGR，導(dǎo)致導(dǎo)致GRGR下降下降，還會(huì)使其發(fā)，還會(huì)使其發(fā)生崎變，生崎變，深度錯(cuò)位。深度錯(cuò)位。自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井五、五、GRGR曲線的解釋及應(yīng)用曲線的解釋及應(yīng)用1 1、劃分巖層、劃分巖層碳酸鹽巖剖面相同碳酸鹽

13、巖剖面相同砂泥巖剖面砂泥巖剖面（骨架不含放射性礦物）（骨架不含放射性礦物）GRGR泥泥巖巖砂砂 巖巖泥泥巖巖砂砂 巖巖H H隨著泥質(zhì)含量的增加，隨著泥質(zhì)含量的增加，GRGR值增加。值增加。 泥巖泥巖- -高值；砂巖高值；砂巖- -低值低值給定巖性剖面，請(qǐng)定性的畫出給定巖性剖面，請(qǐng)定性的畫出GRGR曲線。曲線。泥灰?guī)r泥灰?guī)r灰?guī)r灰?guī)r白云巖白云巖泥巖泥巖石膏石膏GR回憶巖石的回憶巖石的GRGR的大小關(guān)系的大小關(guān)系自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井2 2、確定地層的泥質(zhì)含量、確定地層的泥質(zhì)含量當(dāng)泥質(zhì)含量低時(shí)當(dāng)泥質(zhì)含量低時(shí)：minmaxminGRGRGRGRVsh當(dāng)泥質(zhì)含量高時(shí)當(dāng)泥質(zhì)含量高

14、時(shí)：gcur=2(gcur=2(老地層）老地層）gcur=3.7(gcur=3.7(新地層）新地層）1212minmaxmingcurIshgcurVshGRGRGRGRIsh不含放射性礦物的地層，不含放射性礦物的地層，GRGR主要取決于主要取決于地層的泥質(zhì)含量。地層的泥質(zhì)含量。自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井3 3、進(jìn)行地層對(duì)比、進(jìn)行地層對(duì)比 用用GRGR曲線進(jìn)行對(duì)比的優(yōu)點(diǎn)：曲線進(jìn)行對(duì)比的優(yōu)點(diǎn)：與巖石孔隙中的流體性質(zhì)（油或水）無(wú)關(guān)與巖石孔隙中的流體性質(zhì)（油或水）無(wú)關(guān)與地層水和泥漿礦化度無(wú)關(guān)與地層水和泥漿礦化度無(wú)關(guān)在在GRGR曲線上容易找到標(biāo)準(zhǔn)層曲線上容易找到標(biāo)準(zhǔn)層地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井核測(cè)井核測(cè)井

15、自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井GRGR重點(diǎn)：重點(diǎn)：沉積巖的自然放射性有什么變化規(guī)律沉積巖的自然放射性有什么變化規(guī)律GRGR曲線的解釋與應(yīng)用（曲線的解釋與應(yīng)用（地層對(duì)比、泥質(zhì)含量的計(jì)算地層對(duì)比、泥質(zhì)含量的計(jì)算） 自然伽馬能譜測(cè)井的地質(zhì)依據(jù)，是自然伽馬能譜測(cè)井的地質(zhì)依據(jù)，是U U、Th, KTh, K在礦物和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(dòng)有關(guān)。水活動(dòng)有關(guān)。 一般說(shuō)來(lái)，普通粘土巖中一般說(shuō)來(lái)，普通粘土巖中鉀和釷鉀和釷含量高，而鈾的含量含量高，而鈾的含量較低（相對(duì)于鉀和釷）。據(jù)較低（相對(duì)于鉀和釷）。據(jù)Belk-nap, W. B.

16、Belk-nap, W. B.等人由等人由200200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：鉀元素的平均含量約為：鉀2%2%，鈾，鈾6ppm6ppm，釷，釷12ppm 12ppm 。自然伽馬能譜測(cè)井（自然伽馬能譜測(cè)井（NGS） 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(chǔ)集層，此類能具有很高的放射性，這些高放射性地層又可能是儲(chǔ)集層，此類儲(chǔ)集層用普通自然伽馬測(cè)井是無(wú)法識(shí)別的，而用自然伽馬能譜測(cè)儲(chǔ)集層用普通自然伽馬測(cè)

17、井是無(wú)法識(shí)別的，而用自然伽馬能譜測(cè)井卻往往能成功地將其和泥巖區(qū)別開。井卻往往能成功地將其和泥巖區(qū)別開。 滲透性地層中滲透性地層中U U含量的增高與地層水的活動(dòng)有密切關(guān)系。有含量的增高與地層水的活動(dòng)有密切關(guān)系。有些儲(chǔ)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些儲(chǔ)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。地層。 還應(yīng)指出，巖石中釷和鈾的含量比（通常稱為釷鈾比）具有還應(yīng)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(zhì)意義，利用它可以解決一系列地質(zhì)問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，粘重要的地質(zhì)意義，利用它可以解決一系列地質(zhì)問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，粘土巖的土巖的Th/UTh/U為為2.0-4.12

18、.0-4.1；碳酸鹽巖的；碳酸鹽巖的Th/UTh/U為為0.3-2.80.3-2.8；砂巖的鈾；砂巖的鈾含量變化范圍很大，含量變化范圍很大， Th/UTh/U值變化范圍也大。值變化范圍也大。自然伽馬能譜測(cè)井（自然伽馬能譜測(cè)井（NGS）自然伽馬能譜測(cè)井（自然伽馬能譜測(cè)井（NGS） 在還原環(huán)境中，尤其當(dāng)粘土巖中含有機(jī)物和硫化物時(shí)，粘土在還原環(huán)境中，尤其當(dāng)粘土巖中含有機(jī)物和硫化物時(shí)，粘土對(duì)鈾離子的吸附力增強(qiáng)，粘土的鈾含量明顯增高。對(duì)鈾離子的吸附力增強(qiáng)，粘土的鈾含量明顯增高。自然伽馬能譜測(cè)井（自然伽馬能譜測(cè)井（NGS）2 2、研究生油層、研究生油層U U、U/KU/K越高，生油能力越強(qiáng)越高，生油能力越

19、強(qiáng)有機(jī)碳含量有機(jī)碳含量U U、U/KU/K計(jì)數(shù)率比計(jì)數(shù)率比研究發(fā)現(xiàn)：巖石中的有機(jī)物對(duì)鈾的富集起著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)：巖石中的有機(jī)物對(duì)鈾的富集起著重要作用。有機(jī)碳含量與有機(jī)碳含量與U/KU/K存在線性關(guān)系存在線性關(guān)系 純的碎屑巖儲(chǔ)集層純的碎屑巖儲(chǔ)集層K K、ThTh、U U的含量的含量均很低。但當(dāng)這些巖石中含有高放射性均很低。但當(dāng)這些巖石中含有高放射性礦物（如獨(dú)居石、鋯石等）時(shí)，純砂巖礦物（如獨(dú)居石、鋯石等）時(shí)，純砂巖的的K K、ThTh、U U含量也能顯著增高。右圖中含量也能顯著增高。右圖中420-490ft420-490ft之間的膨潤(rùn)土和凝灰?guī)r薄層之間的膨潤(rùn)土和凝灰?guī)r薄層顯示為低含鉀、高含鈾

20、和釷。顯示為低含鉀、高含鈾和釷。775-775-900ft900ft之間為高含鈾的砂巖地層。故總之間為高含鈾的砂巖地層。故總計(jì)數(shù)率不能作為泥質(zhì)指示曲線用。計(jì)數(shù)率不能作為泥質(zhì)指示曲線用。高放射性碎屑巖儲(chǔ)集層高放射性碎屑巖儲(chǔ)集層 和碎屑巖儲(chǔ)集層一樣，純的碳酸鹽巖和碎屑巖儲(chǔ)集層一樣，純的碳酸鹽巖儲(chǔ)集層儲(chǔ)集層K K、U U、ThTh的含量都很低。但當(dāng)?shù)貙拥暮慷己艿?。但?dāng)?shù)貙又杏锈泬A、長(zhǎng)石和粘上礦物時(shí)、中有鉀堿、長(zhǎng)石和粘上礦物時(shí)、K K含量會(huì)明含量會(huì)明顯上升；而在還原條件下，地層水中的鈾顯上升；而在還原條件下，地層水中的鈾在滲透帶沉積，可使地層的在滲透帶沉積，可使地層的U U含量高達(dá)含量高達(dá)20ppm

21、20ppm。 因此在碳酸鹽巖剖面中，自然伽馬能因此在碳酸鹽巖剖面中，自然伽馬能譜測(cè)井有助于區(qū)分巖性，對(duì)剖面進(jìn)行詳細(xì)譜測(cè)井有助于區(qū)分巖性，對(duì)剖面進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比，更可靠地估算泥質(zhì)含量，尋找高產(chǎn)對(duì)比，更可靠地估算泥質(zhì)含量，尋找高產(chǎn)裂縫帶及確定施行增產(chǎn)措施的層位。裂縫帶及確定施行增產(chǎn)措施的層位。高放射性碳酸鹽巖儲(chǔ)集層高放射性碳酸鹽巖儲(chǔ)集層自然伽馬測(cè)井自然伽馬測(cè)井密度測(cè)井密度測(cè)井中子測(cè)井中子測(cè)井地層密度測(cè)井地層密度測(cè)井FDL密度測(cè)井密度測(cè)井利用利用康普頓散射康普頓散射反映反映地層密度地層密度巖性密度測(cè)井巖性密度測(cè)井利用利用康普頓散射和光電效應(yīng)康普頓散射和光電效應(yīng)來(lái)確定來(lái)確定地層密度和巖性，進(jìn)而求孔隙度地層

22、密度和巖性，進(jìn)而求孔隙度密度測(cè)井和巖性密度測(cè)井都是利用密度測(cè)井和巖性密度測(cè)井都是利用伽馬射線和地層介質(zhì)伽馬射線和地層介質(zhì)發(fā)生各種效應(yīng)來(lái)研究地層性質(zhì)的。發(fā)生各種效應(yīng)來(lái)研究地層性質(zhì)的。這一類側(cè)井方法所用的轟擊粒子和探側(cè)的對(duì)象都是伽馬光子，所這一類側(cè)井方法所用的轟擊粒子和探側(cè)的對(duì)象都是伽馬光子，所以通稱以通稱伽馬一伽馬側(cè)井伽馬一伽馬側(cè)井。地層密度測(cè)井地層密度測(cè)井一、伽馬射線與物質(zhì)的相互作用一、伽馬射線與物質(zhì)的相互作用 射線的能量射線的能量30Mev1.02Mev)1.02Mev)電子對(duì)吸收系數(shù)：電子對(duì)吸收系數(shù)：t t當(dāng)伽馬射線能量較高時(shí)，射線粒當(dāng)伽馬射線能量較高時(shí)，射線粒子與物質(zhì)的原子核發(fā)生碰撞，從

23、子與物質(zhì)的原子核發(fā)生碰撞，從原子核中打出一正一負(fù)兩個(gè)電子，原子核中打出一正一負(fù)兩個(gè)電子，稱為電子對(duì)。射線能量降低，射稱為電子對(duì)。射線能量降低，射線與物質(zhì)的這種作用過(guò)程稱為電線與物質(zhì)的這種作用過(guò)程稱為電子對(duì)效應(yīng)。子對(duì)效應(yīng)。原子核原子核電子電子+e-e伽馬射線伽馬射線地層密度測(cè)井地層密度測(cè)井2 2、康普頓效應(yīng)、康普頓效應(yīng) (0.2Mev(0.2MevE E 1.02Mev)1.02Mev)康普頓散射吸收系數(shù)：康普頓散射吸收系數(shù)： 當(dāng)伽馬射線能量為中等時(shí)，伽馬射當(dāng)伽馬射線能量為中等時(shí)，伽馬射線與原子的外層電子發(fā)生作用，把線與原子的外層電子發(fā)生作用，把一部分能量傳給電子，使電子從某一部分能量傳給電子，

24、使電子從某一方向射出，此電子稱為康普頓電一方向射出，此電子稱為康普頓電子，損失了部分能量的射線向另一子，損失了部分能量的射線向另一方向散射出去，這種效應(yīng)稱為康普方向散射出去，這種效應(yīng)稱為康普頓效應(yīng)。頓效應(yīng)。原子核原子核電子電子伽馬射線伽馬射線散射伽馬射線散射伽馬射線地層密度測(cè)井地層密度測(cè)井3 3、光電效應(yīng)：、光電效應(yīng)： (E(E 0.2 0.2 MevMev ) )光電效應(yīng)的吸收系數(shù)：光電效應(yīng)的吸收系數(shù)： 能量較低的伽馬射線穿過(guò)物質(zhì)與原能量較低的伽馬射線穿過(guò)物質(zhì)與原子中的電子相碰撞，并將其能量交子中的電子相碰撞，并將其能量交給電子，使電子脫離原子而運(yùn)動(dòng)，給電子，使電子脫離原子而運(yùn)動(dòng)，伽馬光子本

25、身則整個(gè)被吸收，被釋伽馬光子本身則整個(gè)被吸收，被釋放出來(lái)的電子叫自由電子，這種效放出來(lái)的電子叫自由電子，這種效應(yīng)叫光電效應(yīng)。此時(shí)產(chǎn)生的自由電應(yīng)叫光電效應(yīng)。此時(shí)產(chǎn)生的自由電子被稱為光電子。子被稱為光電子。原子核原子核電子電子伽馬射線伽馬射線密度測(cè)井選用密度測(cè)井選用C CS S137137為伽馬源，它發(fā)射能量為為伽馬源，它發(fā)射能量為0.661MeV0.661MeV的伽馬光子，這就排除了形成電子對(duì)的可能性。如果的伽馬光子，這就排除了形成電子對(duì)的可能性。如果將記錄伽馬射線的閾值定在將記錄伽馬射線的閾值定在0.1-0.2MeV0.1-0.2MeV，也就是說(shuō)只，也就是說(shuō)只記錄那些能量較高的一次散射或多次散

26、射伽馬射線。記錄那些能量較高的一次散射或多次散射伽馬射線。地層密度測(cè)井地層密度測(cè)井伽馬源的選擇：伽馬源的選擇：地層密度測(cè)井地層密度測(cè)井三、密度測(cè)井的原理（三、密度測(cè)井的原理（FDLFDL）1 1、電子密度的定義（、電子密度的定義（ e e）單位體積中巖石的電子數(shù)。單位體積中巖石的電子數(shù)。Z:Z:原子序數(shù)原子序數(shù)A A：質(zhì)量數(shù)：質(zhì)量數(shù)N N0 0：阿伏加德羅常數(shù)阿伏加德羅常數(shù)ZNAbe0 密度測(cè)井儀器是用純石灰?guī)r為標(biāo)準(zhǔn)巖性進(jìn)行刻度的，巖性不同時(shí)其骨架密度測(cè)井儀器是用純石灰?guī)r為標(biāo)準(zhǔn)巖性進(jìn)行刻度的，巖性不同時(shí)其骨架會(huì)造成附加孔隙度。會(huì)造成附加孔隙度。砂巖：孔隙度為零的純石英砂巖，視密度為砂巖：孔隙度

27、為零的純石英砂巖，視密度為2.652.65克克/ /厘米。用石灰?guī)r刻厘米。用石灰?guī)r刻度的儀器骨架密度度的儀器骨架密度取取2.712.71克克/ /厘米厘米3 3，得，得 =(2.71-2.65)/(2.71-1.0)=0.035=(2.71-2.65)/(2.71-1.0)=0.035即孔隙度為零的砂巖，當(dāng)以石灰?guī)r為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理時(shí)，會(huì)顯示為即孔隙度為零的砂巖，當(dāng)以石灰?guī)r為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理時(shí)，會(huì)顯示為3.5%3.5%的的孔隙度。習(xí)慣上把這個(gè)孔隙度值稱為孔隙度為零的砂巖的孔隙度。習(xí)慣上把這個(gè)孔隙度值稱為孔隙度為零的砂巖的“石灰?guī)r孔隙石灰?guī)r孔隙度度”?？紫抖葹榭紫抖葹榈纳皫r，若孔隙度中充滿淡水，其密度為

28、的砂巖，若孔隙度中充滿淡水，其密度為 2 26 6-1-16 6它的它的“石灰?guī)r孔隙度石灰?guī)r孔隙度”為為 0.0350.0350.9650.965白云巖：白云巖骨架密度為白云巖：白云巖骨架密度為2.872.87克克/ /厘米厘米3 3?？紫抖葹榱愕陌自茙r其?？紫抖葹榱愕陌自茙r其“石灰?guī)r孔隙度石灰?guī)r孔隙度”為為: : (2.71-2.87)/(2.71-1.0)=-0.094(2.71-2.87)/(2.71-1.0)=-0.094孔隙度為孔隙度為的白云巖，其密度為的白云巖，其密度為 2 2-1-1其其“石灰?guī)r孔隙度石灰?guī)r孔隙度”為為 -0.094-0.0941.094 1.094 上述計(jì)算說(shuō)明

29、，以石灰?guī)r為標(biāo)準(zhǔn)刻度的儀器，如果忽略了巖性的上述計(jì)算說(shuō)明，以石灰?guī)r為標(biāo)準(zhǔn)刻度的儀器，如果忽略了巖性的影響，對(duì)影響，對(duì)砂巖地層求出的孔隙度比實(shí)際孔隙度大砂巖地層求出的孔隙度比實(shí)際孔隙度大，而對(duì)，而對(duì)白云巖求白云巖求出的孔隙度比實(shí)際孔隙度小出的孔隙度比實(shí)際孔隙度小。當(dāng)巖石骨架中含有重礦物時(shí)，用密。當(dāng)巖石骨架中含有重礦物時(shí)，用密度測(cè)井求出的孔隙度總比實(shí)際孔隙度小。度測(cè)井求出的孔隙度總比實(shí)際孔隙度小。 由此可得出以下兩點(diǎn)結(jié)論：由此可得出以下兩點(diǎn)結(jié)論： (1)(1)用密度測(cè)井值求孔隙度時(shí)，應(yīng)根據(jù)巖性確定其視密度，而用密度測(cè)井值求孔隙度時(shí)，應(yīng)根據(jù)巖性確定其視密度，而后分別計(jì)算孔隙度。后分別計(jì)算孔隙度。(2

30、)(2)利用非石灰?guī)r地層的利用非石灰?guī)r地層的“石灰?guī)r孔隙度石灰?guī)r孔隙度”與實(shí)際孔隙度的差與實(shí)際孔隙度的差別可以識(shí)別巖性。別可以識(shí)別巖性。地層密度測(cè)井地層密度測(cè)井四、補(bǔ)償密度測(cè)井（四、補(bǔ)償密度測(cè)井（FDCFDC）主要用途：可利用長(zhǎng)短源距的測(cè)量結(jié)果來(lái)計(jì)算有泥餅影響條件下主要用途：可利用長(zhǎng)短源距的測(cè)量結(jié)果來(lái)計(jì)算有泥餅影響條件下被測(cè)巖石的真實(shí)密度值。被測(cè)巖石的真實(shí)密度值。 1 1個(gè)放射性源個(gè)放射性源兩個(gè)探測(cè)器兩個(gè)探測(cè)器貼井壁測(cè)量貼井壁測(cè)量1 1、基本原理、基本原理儀器的放射源和探測(cè)器裝儀器的放射源和探測(cè)器裝在壓向井壁的滑板上在壓向井壁的滑板上。測(cè)。測(cè)井時(shí)伽馬源向地層發(fā)射伽井時(shí)伽馬源向地層發(fā)射伽馬光子，

31、經(jīng)地層散射吸收馬光子，經(jīng)地層散射吸收后，有部分經(jīng)過(guò)散射的光后，有部分經(jīng)過(guò)散射的光子由離源不同距離的兩個(gè)子由離源不同距離的兩個(gè)伽馬射線探測(cè)器所接收。伽馬射線探測(cè)器所接收。源和探測(cè)源和探測(cè)器之間由屏蔽隔器之間由屏蔽隔開，使源發(fā)射的伽馬光子不能直接射到探測(cè)器。儀器背向地層的一方開，使源發(fā)射的伽馬光子不能直接射到探測(cè)器。儀器背向地層的一方也屏蔽起來(lái)，以減小井的影響。離源近的探測(cè)器叫也屏蔽起來(lái)，以減小井的影響。離源近的探測(cè)器叫短源距探測(cè)器短源距探測(cè)器，離，離源遠(yuǎn)的另一個(gè)叫源遠(yuǎn)的另一個(gè)叫長(zhǎng)源距探測(cè)器長(zhǎng)源距探測(cè)器。地層的密度不同，對(duì)伽馬光子的散射。地層的密度不同，對(duì)伽馬光子的散射和吸收能力不同，探測(cè)器記錄到

32、的讀數(shù)也不同。和吸收能力不同，探測(cè)器記錄到的讀數(shù)也不同。 2 2、計(jì)數(shù)率與地層密度的關(guān)系、計(jì)數(shù)率與地層密度的關(guān)系 探測(cè)器到源的距離叫源距。當(dāng)源強(qiáng)和源距選定后，探測(cè)器接收到探測(cè)器到源的距離叫源距。當(dāng)源強(qiáng)和源距選定后，探測(cè)器接收到的散射伽馬射線的強(qiáng)度決定于地層的兩個(gè)作用過(guò)程：的散射伽馬射線的強(qiáng)度決定于地層的兩個(gè)作用過(guò)程：當(dāng)源距很小時(shí)上述第個(gè)過(guò)程是主要的，因而地層密當(dāng)源距很小時(shí)上述第個(gè)過(guò)程是主要的，因而地層密度越大，計(jì)數(shù)率也越高。當(dāng)源距很大時(shí)，上述第個(gè)度越大，計(jì)數(shù)率也越高。當(dāng)源距很大時(shí)，上述第個(gè)過(guò)程壓倒了第個(gè)過(guò)程的作用，因而地層的密度越大，過(guò)程壓倒了第個(gè)過(guò)程的作用，因而地層的密度越大，探測(cè)器接收到的

33、光子越少，計(jì)數(shù)率就越小。探測(cè)器接收到的光子越少，計(jì)數(shù)率就越小。由源發(fā)射出的伽馬光子經(jīng)地層散射或多次散射使部分光子射向由源發(fā)射出的伽馬光子經(jīng)地層散射或多次散射使部分光子射向探測(cè)器探測(cè)器；射向探測(cè)器的那些伽馬光子，有一部分被再散射而改變方向或射向探測(cè)器的那些伽馬光子，有一部分被再散射而改變方向或者被吸收者被吸收?？芍?，在密度大的地層中，計(jì)數(shù)率隨源距的增大下降得快；而可知，在密度大的地層中，計(jì)數(shù)率隨源距的增大下降得快；而在密度小的地層中，計(jì)數(shù)率隨源距增大下降得慢。很明顯，在密度小的地層中，計(jì)數(shù)率隨源距增大下降得慢。很明顯，在在不同密度的地層中，計(jì)數(shù)率隨源距衰減的曲線會(huì)有一個(gè)交點(diǎn)不同密度的地層中，計(jì)數(shù)

34、率隨源距衰減的曲線會(huì)有一個(gè)交點(diǎn)。相應(yīng)的源距叫零源距。源距為零源距時(shí)，不同密度的地層具有相應(yīng)的源距叫零源距。源距為零源距時(shí)，不同密度的地層具有相同的計(jì)數(shù)率，儀器對(duì)地層密度的靈敏度為零。小于零源距叫相同的計(jì)數(shù)率，儀器對(duì)地層密度的靈敏度為零。小于零源距叫負(fù)源距，大于零源距叫正源距。負(fù)源距，大于零源距叫正源距。密度測(cè)井均采用正源距密度測(cè)井均采用正源距。為了。為了討論方便，這里引入視源距的概念。討論方便，這里引入視源距的概念。視源距視源距dada等于真源距等于真源距d d與零源距與零源距d d0 0的差，即的差，即 dadd0地層密度測(cè)井地層密度測(cè)井 要對(duì)密度測(cè)井儀器進(jìn)行刻度，至少需要兩種不同密度要對(duì)密

35、度測(cè)井儀器進(jìn)行刻度，至少需要兩種不同密度的標(biāo)準(zhǔn)地層或刻度塊做為刻度標(biāo)準(zhǔn)，并需有一種泥餅以調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)地層或刻度塊做為刻度標(biāo)準(zhǔn)，并需有一種泥餅以調(diào)節(jié)泥餅補(bǔ)償值?？潭群玫膬x器，可按直線比例直接顯示密節(jié)泥餅補(bǔ)償值?？潭群玫膬x器，可按直線比例直接顯示密度曲線。度曲線。 刻度標(biāo)準(zhǔn)有刻度標(biāo)準(zhǔn)有一級(jí)刻度井一級(jí)刻度井、二級(jí)刻度塊二級(jí)刻度塊和和三級(jí)刻度器三級(jí)刻度器。使用刻度塊要注意它的等效視密度。使用刻度塊要注意它的等效視密度。五、密度測(cè)井儀的刻度五、密度測(cè)井儀的刻度地層密度測(cè)井地層密度測(cè)井六、密度測(cè)井曲線的應(yīng)用六、密度測(cè)井曲線的應(yīng)用1 1、劃分巖層、劃分巖層砂巖砂巖=2.65 =2.65 灰?guī)r灰?guī)r =2.71 =

36、2.71 白云巖白云巖=2.87=2.87鹽巖鹽巖=2.17 =2.17 硬石膏硬石膏=2.98 =2.98 淡水泥漿淡水泥漿=1=1鹽水泥漿鹽水泥漿=1.1 =1.1 單位：克單位：克/ /立方厘米（立方厘米（g/cmg/cm3 3) )孔隙度增加孔隙度增加-密度下降密度下降密度值不能準(zhǔn)確反映巖性密度值不能準(zhǔn)確反映巖性地層密度測(cè)井地層密度測(cè)井2 2、求巖層孔隙度、求巖層孔隙度mafmab 適用條件：適用條件：純巖層純巖層含泥質(zhì)巖層：含泥質(zhì)巖層：shshfshmabVV )1(地層密度測(cè)井地層密度測(cè)井例題：淡水泥漿井中，一純砂巖層的密度為例題：淡水泥漿井中，一純砂巖層的密度為2.40252.4

37、025g/cm3，求該巖層的孔隙度。，求該巖層的孔隙度。解：淡水泥漿的密度解：淡水泥漿的密度=1g/cm3=1g/cm3 代入公式：代入公式： 孔隙度孔隙度 = =（2.4025-2.652.4025-2.65）/ /（1-2.651-2.65） = 15%= 15%地層密度測(cè)井地層密度測(cè)井3 3、密度與中子曲線重疊確定巖性、判別氣層、密度與中子曲線重疊確定巖性、判別氣層4 4、密度、密度-中子交會(huì)圖法中子交會(huì)圖法確定巖性確定巖性孔隙度孔隙度巖石的骨架成分巖石的骨架成分地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井核測(cè)井核測(cè)井地層密度測(cè)井地層密度測(cè)井（二）、巖性密度測(cè)井原理（二）、巖性密度測(cè)井原理1 1、下井儀：一

38、個(gè)源、下井儀：一個(gè)源 2 2個(gè)探測(cè)器個(gè)探測(cè)器2 2、測(cè)量原理、測(cè)量原理分別記錄高能區(qū)和低能區(qū)的計(jì)數(shù)分別記錄高能區(qū)和低能區(qū)的計(jì)數(shù)率、將計(jì)數(shù)率進(jìn)行處理。高能區(qū)率、將計(jì)數(shù)率進(jìn)行處理。高能區(qū)的計(jì)數(shù)率的計(jì)數(shù)率H=fH=f1 1( (e e ) ) b b，低能區(qū)低能區(qū)的計(jì)數(shù)率的計(jì)數(shù)率S=fS=f2 2( (e e、u) u) 輸出的測(cè)井曲線有：輸出的測(cè)井曲線有：PePe、U U 、b b巖性密度測(cè)井探測(cè)器窗巖性密度測(cè)井探測(cè)器窗口及伽馬射線的測(cè)定口及伽馬射線的測(cè)定 巖性密度測(cè)井巖性密度測(cè)井高能譜區(qū)：康普頓散射區(qū)，計(jì)高能譜區(qū)：康普頓散射區(qū)，計(jì)數(shù)率相同，說(shuō)明此段數(shù)率相同，說(shuō)明此段只反映巖只反映巖石的密度石的密

39、度。低能譜區(qū)：與巖性有關(guān)的光電低能譜區(qū)：與巖性有關(guān)的光電效應(yīng)，效應(yīng)，反映反映U或或Pe。巖性密度測(cè)井巖性密度測(cè)井（三）資料的解釋及應(yīng)用（三）資料的解釋及應(yīng)用1 1、常見巖石的、常見巖石的P Pe e 、U U、 b b值值 從表中得出以下結(jié)論：從表中得出以下結(jié)論：1 1）、不同巖性，）、不同巖性，P Pe e 、U U、 b b不同不同2 2）、）、U U的差別最大的差別最大3 3）、流體的）、流體的P Pe e 、U U相對(duì)骨架來(lái)講是很小的相對(duì)骨架來(lái)講是很小的礦物礦物名稱名稱石石英英方解方解石石白云白云石石石石膏膏硬石硬石膏膏巖巖鹽鹽淡淡水水鹽水鹽水油氣油氣1.22.0CH2CH4PePe1

40、.8065.0843.1423.425.0554.1690.3580.8071.20.1190.125U4.7913.779.008.1114.959.650.400.961.480.110.12地球物理測(cè)井地球物理測(cè)井核測(cè)井核測(cè)井地層密度測(cè)井地層密度測(cè)井巖性密度測(cè)井曲線識(shí)別巖性巖性密度測(cè)井曲線識(shí)別巖性 云云巖巖灰灰?guī)r巖巖性密度測(cè)井巖性密度測(cè)井中子中子- -密度曲線識(shí)別巖性及流體密度曲線識(shí)別巖性及流體砂巖線砂巖線灰?guī)r線灰?guī)r線白云巖線白云巖線含氣含氣泥質(zhì)含泥質(zhì)含量增加量增加中子中子- -密度曲線識(shí)別巖性及流體密度曲線識(shí)別巖性及流體自然電位測(cè)井自然電位測(cè)井側(cè)向測(cè)井側(cè)向測(cè)井中子測(cè)井中子測(cè)井中子測(cè)井中

41、子測(cè)井中子測(cè)井也是一種核測(cè)井方法，它主要利用中子測(cè)井也是一種核測(cè)井方法，它主要利用中子射線中子射線與地層的相互作用與地層的相互作用來(lái)劃分儲(chǔ)集層和確定地層孔隙度，來(lái)劃分儲(chǔ)集層和確定地層孔隙度，其次還能用于區(qū)分氣層。其次還能用于區(qū)分氣層。中子測(cè)井可分為：中子測(cè)井可分為：中子伽馬測(cè)井中子伽馬測(cè)井、中子熱中子測(cè)井中子熱中子測(cè)井、超熱中子測(cè)井超熱中子測(cè)井等等目前，主要用目前，主要用補(bǔ)償中子測(cè)井補(bǔ)償中子測(cè)井和和超熱中子測(cè)超熱中子測(cè)井井確定地層孔隙度。確定地層孔隙度。測(cè)井時(shí)，中子源隨井下儀器放入鉆孔中，由中子源放出的快中測(cè)井時(shí)，中子源隨井下儀器放入鉆孔中，由中子源放出的快中子經(jīng)過(guò)一系列碰撞而減弱到熱能狀態(tài)，

42、再經(jīng)過(guò)一定距離的擴(kuò)散，子經(jīng)過(guò)一系列碰撞而減弱到熱能狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)一定距離的擴(kuò)散，最后被吸收。因此，中子在空間的分布是和物質(zhì)的最后被吸收。因此，中子在空間的分布是和物質(zhì)的減速性質(zhì)及減速性質(zhì)及吸收性質(zhì)吸收性質(zhì)有關(guān)。中子有關(guān)。中子- -中子測(cè)井就是通過(guò)測(cè)量源附近中子分布中子測(cè)井就是通過(guò)測(cè)量源附近中子分布狀態(tài)來(lái)研究巖層減速性質(zhì)或吸收性質(zhì)的方法。由于氫對(duì)中子具狀態(tài)來(lái)研究巖層減速性質(zhì)或吸收性質(zhì)的方法。由于氫對(duì)中子具有特別大的減速能力，所以有特別大的減速能力，所以巖石的減速性質(zhì)主要由巖層中含氫巖石的減速性質(zhì)主要由巖層中含氫量的多少?zèng)Q定量的多少?zèng)Q定。因而在不含結(jié)晶水的滲透性巖層中，巖層的減。因而在不含結(jié)晶水的滲透性巖層中，巖層的減速性質(zhì)主要和孔隙度有關(guān)。速性質(zhì)主要和孔隙度有關(guān)。巖層的吸收性質(zhì)主要由巖層中某些巖層的吸收性質(zhì)主要由巖層中某些吸收能力特別強(qiáng)的元素所決