地球物理測＃核測井GR測井學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1地球物理測核測井地球物理測核測井GR測井測井第一頁，共43頁。核測井（放射性測井）：以物質(zhì)的原子核物理性質(zhì)為基核測井（放射性測井）：以物質(zhì)的原子核物理性質(zhì)為基礎(chǔ)的一組測井方法。它是根據(jù)巖石及其孔隙流體和井內(nèi)介質(zhì)礎(chǔ)的一組測井方法。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，尋找有用礦藏礦藏(kungcng)，研究油田開發(fā)工程的一類測井方法。，研究油田開發(fā)工程的一類測井方法。核測井的適用核測井的適用(shyng)條件：一般的泥漿井、油基泥漿井、高礦條件：一般的泥漿井、油基泥漿井、高礦化度泥漿井、空

2、氣鉆井（裸眼井、套管井）化度泥漿井、空氣鉆井（裸眼井、套管井）核測井的優(yōu)點核測井的優(yōu)點(yudin)：伽馬測井的核物理基礎(chǔ)伽馬測井的核物理基礎(chǔ) 它是唯一能夠確定它是唯一能夠確定巖石及其孔隙流巖石及其孔隙流體化學(xué)元素含量體化學(xué)元素含量的測井方法的測井方法 。第1頁/共42頁第二頁，共43頁。伽馬測井的核物理基礎(chǔ)伽馬測井的核物理基礎(chǔ)(jch)一、原子核的衰變一、原子核的衰變(shuibin)(shuibin)及放射性及放射性1 1、原子、原子(yunz)(yunz)的結(jié)構(gòu)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)

3、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、氚第2頁/共42頁第三頁，共43頁。伽馬測井的核物理基礎(chǔ)伽馬測井的核物理基礎(chǔ)(jch)3 3、核衰變、核衰變(shuibin)(shuibin)放射性：放射性： 自發(fā)地釋放出自發(fā)地釋放出、 ， 射線射線(shxin)(shxin)的性質(zhì)的性質(zhì)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。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：即：teNN0N:N:放射性元素個數(shù)放射性元素個數(shù)t:t:時間時間 ：衰變

4、系數(shù)衰變系數(shù)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（：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，同時放射出伽馬（），蛻變成另外某種原子核，同時放射出伽馬（ ）射線的過程。射線的過程。第3頁/共42頁第四頁，共43頁。伽馬測井的核物理基礎(chǔ)伽馬測井的核物理基礎(chǔ)(jch)半衰期：從半衰期：從N0N0個原子開始個原子開始(kish)(kish)衰變到衰變到N0/2N0/2時所經(jīng)歷的時間。時所經(jīng)歷的時間。 用用T T表示：表示：2lnT放射性元素不同放射性元素不同(b tn)(b tn)，其半衰期也不同，其半衰期也不同(b (b tn)tn)（見（見

5、P115P115）4 4、放射性射線的性質(zhì)、放射性射線的性質(zhì)核衰變放出三種射線：核衰變放出三種射線： 、 、 第4頁/共42頁第五頁，共43頁。伽馬測井的核物理基礎(chǔ)伽馬測井的核物理基礎(chǔ)(jch) 射線射線(shxin)(shxin) 射線射線(shxi(shxin)n)能量衰減快、能量衰減快、穿透能力弱穿透能力弱射程短射程短帶電帶電 射線射線是頻率很高是頻率很高的電磁波、的電磁波、能量高能量高穿透能穿透能力強力強射程長射程長中性粒子射線中性粒子射線不是由核衰變產(chǎn)生的，不是由核衰變產(chǎn)生的，是由特殊的中子源產(chǎn)生的，特點是：是由特殊的中子源產(chǎn)生的，特點是：能量高、穿透力強能量高、穿透力強探測器能探測

6、到的探測器能探測到的射線：射線： 中子射線、中子射線、 射線射線第5頁/共42頁第六頁，共43頁。伽馬測井的核物理基礎(chǔ)伽馬測井的核物理基礎(chǔ)(jch)二、常用二、常用GRGR強度強度(qingd)(qingd)單位單位1 1、放射性強度、放射性強度(qingd)(qingd)單位單位2 2、放射性劑量單位、放射性劑量單位1 1居里：單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)。居里：單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)。1 1居里居里=1=1克鐳的源強克鐳的源強=1=1克鐳當(dāng)量克鐳當(dāng)量/ /克（每克物質(zhì)的放射性強度單位相當(dāng)于克（每克物質(zhì)的放射性強度單位相當(dāng)于1 1克克鐳）鐳）=3.7=3.7* *10101010次次/

7、 /秒秒單位質(zhì)量的物質(zhì)被射線照射時所吸收的能量來度量射線強度為放射性劑單位質(zhì)量的物質(zhì)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。而測井用的單位是量。用倫琴表示。而測井用的單位是微倫琴微倫琴/ /小時小時，單位時間內(nèi)的射線，單位時間內(nèi)的射線劑量為劑量率。劑量為劑量率。第6頁/共42頁第七頁，共43頁。伽馬測井的核物理基礎(chǔ)伽馬測井的核物理基礎(chǔ)(jch)3 3、條件、條件(tiojin)(tiojin)單位單位三、核衰變的統(tǒng)計三、核衰變的統(tǒng)計(tngj)(tngj)漲落漲落同一放射性元素在相同的時間間隔內(nèi)，衰變次數(shù)不完全相同，同一放射性元素在相同的時間間隔內(nèi)，衰變次數(shù)不完全相同，

8、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)計漲落是由核衰變統(tǒng)計漲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)。無關(guān)。測井時記錄的是測井時記錄的是單位時間的脈沖數(shù)單位時間的脈沖數(shù)，不同的儀器記錄器在，不同的儀器記錄器在統(tǒng)一統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下標(biāo)準(zhǔn)下刻度?？潭?。采取相同的單位：采取相同的單位：微倫琴微倫琴/ /小時小時 APIAPI第7頁/共42頁第八頁，共43頁。伽馬測井的核物理基礎(chǔ)伽馬測井的核物理基礎(chǔ)(jch)它由光電倍增它由光電倍增(bi zn)管和碘化鈉晶體組成。它是利用被伽瑪射線激發(fā)管和碘化鈉晶體組成。它是利用被伽瑪射線激發(fā)的物質(zhì)的發(fā)光現(xiàn)象來探

9、測射線的。的物質(zhì)的發(fā)光現(xiàn)象來探測射線的。伽瑪射線伽瑪射線碘碘化化鈉鈉晶晶體體光電光電倍增倍增管電管電子數(shù)子數(shù)逐級逐級倍增倍增大量電子最后到大量電子最后到達(dá)陽極使陽極電達(dá)陽極使陽極電壓瞬時下降產(chǎn)生壓瞬時下降產(chǎn)生電壓負(fù)脈沖，輸電壓負(fù)脈沖，輸入測量線路予以入測量線路予以記錄記錄用單位時間記錄的脈沖數(shù)來反映用單位時間記錄的脈沖數(shù)來反映伽瑪射線的強度伽瑪射線的強度第8頁/共42頁第九頁，共43頁。自然自然(zrn)伽馬測井伽馬測井GRGR測量的是巖層的自然測量的是巖層的自然(zrn)(zrn)放射性強度（不用任何放射性源）放射性強度（不用任何放射性源）一、巖石一、巖石(ynsh)(ynsh)的自然放射性

10、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巖石的自然放射性強度主要取決于其三者的比例，巖石的自然放射性強度主要取決于其三者的比例，其含量與巖性以其含量與巖性以及形成過程中的物理化學(xué)條件有關(guān)及形成過程中的物理化學(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 沉積巖沉積巖第9頁/共42頁第十頁，共43頁。自然自然(zrn)伽馬測井伽馬測井沉積巖骨架不含重礦物，除鉀巖外，其他巖石沉積巖骨架不含重礦物，除鉀巖外，其他巖石(ynsh)(ynsh)本身基本上不含

11、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。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：強度最低的：硬石膏、石膏、不含鉀的鹽巖硬石膏、石膏、不含鉀的鹽巖強度較低的：強度較低的：砂巖、灰?guī)r、白云巖砂巖、灰?guī)r、白云巖強度較高的：淺海相和陸相沉積的強度較高的：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度高的：強度高的：鉀巖、深水泥巖、頁巖鉀巖、深水泥巖、頁巖強度最高的：強度最高的：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

12、強強度隨巖石顆粒變細(xì)而增加。度隨巖石顆粒變細(xì)而增加。通常通常(tngchng)(tngchng)情況下：地層的情況下：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)含量第10頁/共42頁第十一頁，共43頁。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)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，如瀝青質(zhì)泥巖隨有機(jī)物含量增加而增加，如瀝青質(zhì)泥巖(n yn)(n yn)的放射性很高。在還原條件下，六的放射性很高。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(jī)物容易吸附含鈾和價鈾能被還原成

13、四價鈾，從溶液中分離出來而沉淀在地層中，且有機(jī)物容易吸附含鈾和釷的放射性物質(zhì)；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。 自然自然(zrn)伽馬測井伽馬測井第11頁/共42頁第十二頁，共43頁。自然自然(zrn)伽馬測井伽馬測井泥漿泥漿(nji(njing)ng)儀器儀器(yq(yq) ) 外外殼殼進(jìn)入探進(jìn)入探測器測器記錄連記錄連續(xù)電流所產(chǎn)續(xù)電流所產(chǎn)生的電位差生的電位差穿過穿過至至經(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時使與單位時間的電脈沖間的電脈沖數(shù)成正比數(shù)成正比 射線射線GRGR曲線曲線見見P120P120圖圖7-67-6

14、砂泥巖剖面砂泥巖剖面GRGR測井曲線測井曲線二、二、GR GR 測井基本原理測井基本原理第12頁/共42頁第十三頁，共43頁。自然自然(zrn)伽馬測井伽馬測井三、三、GR GR 曲線特征（均勻理想曲線特征（均勻理想(lxing)(lxing)模型地層點測）模型地層點測）GRGR（APIAPI）當(dāng)上下當(dāng)上下(shngxi)(shngxi)圍巖相同時，圍巖相同時，曲線對稱于地層中曲線對稱于地層中部，低放射性地層對部，低放射性地層對應(yīng)應(yīng)GRGR低，高放射性低，高放射性地層對應(yīng)地層對應(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

15、最大或最小最小受巖層厚度受巖層厚度的的影響（影響（？）第13頁/共42頁第十四頁，共43頁。自然自然(zrn)伽馬測井伽馬測井第14頁/共42頁第十五頁，共43頁。自然自然(zrn)伽馬測井伽馬測井四、影響四、影響(yngxing)(yngxing)因素因素1 1、巖層厚度、巖層厚度(hud)(hud)的影響的影響2 2、井參數(shù)影響、井參數(shù)影響d d增加增加裸眼井：對裸眼井：對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償了一部分，影響小的放射性補償了一部分，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，

16、GRGR曲線減小或增大。曲線減小或增大。第15頁/共42頁第十六頁，共43頁。自然自然(zrn)伽馬測井伽馬測井3 3、統(tǒng)計、統(tǒng)計(tngj)(tngj)漲落誤差漲落誤差由于漲落誤差的存在由于漲落誤差的存在(cnzi)(cnzi)，實測的實測的GRGR曲線出現(xiàn)許曲線出現(xiàn)許多多“小鋸齒小鋸齒”第16頁/共42頁第十七頁，共43頁。自然自然(zrn)伽馬測井伽馬測井4 4、測井速度、測井速度V V增加增加V V合適合適GRGR（APIAPI）滯后滯后(zh hu)(zh hu)現(xiàn)象現(xiàn)象積分電路的特點積分電路的特點(tdin)(tdin)所至所至當(dāng)當(dāng)h h一定：一定：GRGR受受V V測測和時間常和

17、時間常數(shù)的影響數(shù)的影響t=h/vt=h/v；v v增加，增加，tt7 TH/U7 陸相沉積、氧化陸相沉積、氧化(ynghu)(ynghu)環(huán)境、風(fēng)化層環(huán)境、風(fēng)化層TH/U7 TH/U7 海海相沉積、灰色、綠色頁巖相沉積、灰色、綠色頁巖TH/U2TH/U2 海相黑色頁巖、磷酸鹽巖海相黑色頁巖、磷酸鹽巖第37頁/共42頁第三十八頁，共43頁。第38頁/共42頁第三十九頁，共43頁。 純 的 碎 屑 巖 儲 集 層純 的 碎 屑 巖 儲 集 層 K K 、 T hT h 、 U U 的 含 量的 含 量(hnling)(hnling)均很低。但當(dāng)這些巖石中含有高放均很低。但當(dāng)這些巖石中含有高放射性礦

18、物（如獨居石、鋯石等）時，純砂巖的射性礦物（如獨居石、鋯石等）時，純砂巖的K K、ThTh、U U含量含量(hnling)(hnling)也能顯著增高。右圖中也能顯著增高。右圖中420-490ft420-490ft之間的膨潤土和凝灰?guī)r薄層顯示為低之間的膨潤土和凝灰?guī)r薄層顯示為低含鉀、高含鈾和釷。含鉀、高含鈾和釷。775-900ft775-900ft之間為高含鈾的之間為高含鈾的砂巖地層。故總計數(shù)率不能作為泥質(zhì)指示曲線砂巖地層。故總計數(shù)率不能作為泥質(zhì)指示曲線用。用。高放射性碎屑巖儲集層高放射性碎屑巖儲集層第39頁/共42頁第四十頁，共43頁。 和碎屑巖儲集層一樣，純的碳酸鹽巖儲集層和碎屑巖儲集層一樣，純的碳酸鹽巖儲集層K K、U U、ThTh的含量都很低。但當(dāng)?shù)貙又杏锈泬A、長的含量都很低。但當(dāng)?shù)貙又杏锈泬A、長石和粘上礦物時、石和粘上礦物時、K K含量會明顯上升；而在還原含量會明顯上升；而在還原條件下，地層水中的鈾在滲透帶沉積，可使地層條件下，地層水中的鈾在滲透帶沉積，可使地層的的U U含量高達(dá)含量高達(dá)20ppm20ppm。