第5章放射性測(cè)井-2008

第五章放射性測(cè)井

引入：放射性測(cè)井是近代物理的成果在測(cè)井工作中的應(yīng)用。放射性測(cè)井方法較之其它測(cè)井方法的優(yōu)點(diǎn)是適用的范圍廣，它可以在套管井中進(jìn)行測(cè)量，可以在空井和油基泥漿井中進(jìn)行測(cè)量。一、核衰變及其放射性1）原子的結(jié)構(gòu)：原子核（質(zhì)子+中子）+核外電子2）放射性核素

核素：原子核中具有一定數(shù)量的質(zhì)子和中子并在同一能態(tài)上的同類原子（同類核素的原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都相同）。

同位素：原子核中質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同，但具有相同的化學(xué)性質(zhì)，在元素周期表中占有同一位置。

放射性：原子核能自發(fā)地釋放α、β、的性質(zhì)

放射性核素：不穩(wěn)定的核素（其結(jié)構(gòu)和能量都會(huì)發(fā)生改變，衰變成其他核素，并放出射線）。

放射性同位素：不穩(wěn)定的同位素。3）核衰變核衰變：原子核自發(fā)地釋放出一種帶電粒子，并蛻變成另外某種原子核，同時(shí)放出伽馬射線。核衰變常數(shù)λ：決定于該放射性核素本身的性質(zhì)，其值越大衰變?cè)娇?。一種元素經(jīng)過(guò)放射變成另一種元素的過(guò)程稱為衰變或蛻變。例如88Ra226→86Rn212+(粒子)衰變鐳氡(也是種放射性元素)

(注：原子核的表示方法ZXAX元素符號(hào)，Z為質(zhì)子數(shù)，A為質(zhì)量數(shù)A=N+Z)4)放射性強(qiáng)（活）度一定量的放射性核素，在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的核數(shù)。單位1居里=3.7×1010/s(Bq貝可勒爾）5）放射性射線的性質(zhì)α——2He4流，極易被吸收，電離本領(lǐng)強(qiáng)，在物質(zhì)中穿透距離很小。β——高速運(yùn)動(dòng)的電子流，在物質(zhì)中穿透距離較短。

——頻率很高的電磁波或光子流，不帶電，能量高，穿透力強(qiáng)。6)衰變規(guī)律

對(duì)含有一大堆原子的放射性物質(zhì)來(lái)說(shuō)，其中某一個(gè)原子何時(shí)放射衰變完全是偶然的，無(wú)法預(yù)計(jì)的，但是對(duì)許多原子的整體來(lái)說(shuō)，某一時(shí)刻平均有多少原子發(fā)生衰變是符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律的。這一規(guī)律是：某一時(shí)刻的衰變率dN/dt(單位時(shí)間衰變的原子核數(shù))二者成正比當(dāng)時(shí)存在的原子核數(shù)N

即dN/dt=－N

為衰變系數(shù)(比例系數(shù))，負(fù)號(hào)表示原子核數(shù)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而減小。積分得到：N=Noe-t

No為最先參入衰變的原子核數(shù)(t=0時(shí)，N=No)N為衰變之中t時(shí)刻存在的原子核數(shù)7)半衰期以最先參與衰變的原子核數(shù)No為基數(shù)，衰變成No/2時(shí)作用的時(shí)間T。即當(dāng)N=No/2時(shí)所需的時(shí)間No/2=Noe-T得到T＝ln2/=0.693/各種物質(zhì)的衰變系數(shù)不同，所以半衰期不同，地質(zhì)上可利用半衰期很長(zhǎng)的元素來(lái)確定地層的地質(zhì)年代。如：

元素名稱 半衰期

92U238鈾4.5×109年K40鉀1.25×109年Co60鈷5.27年Cs137銫30年二、天然放射性的衰變性質(zhì)1、天然放射性的來(lái)歷1）成系的(重元素:原子序數(shù)>81)鈾系92U238

82Pb206(鉛)釷系90Th237

82Pb208(鉛)錒系92Ac235

82Pb206(鉛)

i)此三系通過(guò)、衰變，最后達(dá)到穩(wěn)定的鉛的同位素82Pb206(鉛)ii)在，衰變的過(guò)程中，放出、粒子，伴隨放出射線。2）

不成系的(中等元素:原子序數(shù)30≤Z≤81)主要是鉀19K3919K4019K41

19K40是不穩(wěn)定的元素,它隨時(shí)都會(huì)可能放出射線2、天然放射性的衰變性質(zhì)1)天然放射性衰變分為：衰變、衰變和

衰變。衰變：放出射線的衰變。通式為：ZXA→

Z-2YA-4+(二個(gè)正電荷)例如：衰變92U238→

90Th234+衰變：放出射線的衰變。通式為：ZXA→

Z+1YA+(一個(gè)負(fù)正電荷)例如：衰變90Th234

→

91Pa234+衰變：放出射線的衰變。射線通常是在、衰變的過(guò)程中，伴隨放出射線。2)、和射線比較射線種類射線射線射線產(chǎn)生原因衰變放出衰變放出、衰變伴隨放出實(shí)物氦2He4原子核流高速運(yùn)動(dòng)的電子流頻率很高的電磁波波長(zhǎng)3*10-11－10-9cm波速近似于光速帶電性2He4帶有二個(gè)質(zhì)子每個(gè)粒子帶有不帶電能量二個(gè)正電荷4－10MeV一個(gè)負(fù)電荷1MeV0.05－5MeV穿透能力空氣中2.6-11.5cm巖石中10－3cm空氣中幾十cm巖石中幾cm空氣中幾百cm巖石中幾十cm測(cè)井能否利用不能不能能三、天然放射性1、火成巖的放射性幾點(diǎn)規(guī)律：1)火成巖所含放射性零散而不均勻2)酸性中性基性超基性SiO2的含量大→小顏色淺→深放射性元素含量大→小3)火成巖放射性元素主要是：鈾(U)鐳(Ra)釷(Th)鉀(K)

2、沉積巖的放射性幾點(diǎn)規(guī)律：1)沉積巖本身不含有放射性元素，其放射性元素來(lái)自火成巖。我們知道機(jī)械和化學(xué)力的綜合侵蝕作用以及搬運(yùn)產(chǎn)生了沉積巖，由于搬運(yùn)和沉積的環(huán)境不同，使各種沉積巖的放射性元素的含量產(chǎn)生了差異。2)沉積巖的放射性強(qiáng)度取決于泥質(zhì)含量(粘土含量)原因：a.粘土顆粒細(xì)，具有較大的比面(在沉積的過(guò)程中具有吸附放射性元素的能力大)比面的含義是每顆粒的表面積之和。b.粘土顆粒細(xì)，沉積的時(shí)間長(zhǎng)(有充分的時(shí)間與放射性元素接觸)。c.粘土沉積物中含有鉀K礦物（如水云母，正長(zhǎng)石等)。3)沉積物的顏色由淺→深,其放射性強(qiáng)度由小→大。4)隨鉀含量的增大，放射性強(qiáng)度增大。5)孔隙度和滲透率減小，放射性強(qiáng)度增大。3、變質(zhì)巖的放射性正變質(zhì)巖：由火成巖變質(zhì)而來(lái)副變質(zhì)巖：由沉積巖變質(zhì)而來(lái)變質(zhì)巖的放射性取決于變質(zhì)巖的源巖例如某井：正片麻巖副片麻巖角閃巖榴輝巖蛇紋巖自然r大?。ê谠菩遍L(zhǎng)片麻巖、角閃片麻巖）（二云二長(zhǎng)片麻巖、花崗質(zhì)片麻巖）四、自然伽馬測(cè)井原理

1)射線探測(cè)器探測(cè)到地層的射線，并將射線變換成電脈沖信號(hào)(每一道射線變換成一個(gè)電脈沖信號(hào))。2)此脈沖信號(hào)送入井下的放大器進(jìn)行放大。3)井下放大器放大的脈沖信號(hào)送入地面的放大器進(jìn)行放大（其原因時(shí)脈沖信號(hào)通過(guò)電纜之后會(huì)有些衰減)。4)由于脈沖信號(hào)中混合一些干擾信號(hào)，需經(jīng)過(guò)鑒別器進(jìn)行鑒別，排除干擾。5)將一些畸變的脈沖信號(hào)送入整形器進(jìn)行整形。6)規(guī)一后的波形送入計(jì)數(shù)率計(jì)電路，此電路把脈沖信號(hào)變換成與單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)成正比的電位差，記錄儀將該電位差連續(xù)地記錄下來(lái)，最后得到自然伽馬測(cè)井曲線。五、自然伽馬測(cè)井曲線分析探測(cè)半徑：對(duì)于煤、金屬鉆孔：d≤20cmR=25－45cm對(duì)于油田鉆孔:d≤

30cmR=30－50cmab段：探測(cè)器遠(yuǎn)離界面上移，直到探測(cè)器中點(diǎn)離界面的距離為R，探測(cè)器的探測(cè)范圍內(nèi)是低放射性物質(zhì)。bcd段：探測(cè)器上移過(guò)界面，直到探測(cè)器中點(diǎn)離界面的距離為R。1)隨探測(cè)器上移，探測(cè)器探測(cè)范圍內(nèi)的高放射性物質(zhì)逐漸增大，使曲線上升，直到探測(cè)器中點(diǎn)離界面的距離為R時(shí)為止。2)探測(cè)器中點(diǎn)位于界面時(shí)，探測(cè)范圍內(nèi)的高低放射性物質(zhì)各占一半，所以為曲線的半幅值點(diǎn)。de段：探測(cè)器中點(diǎn)離界面的距離為R時(shí)開(kāi)始，直到探測(cè)器中點(diǎn)離頂界面的距離為R時(shí)為止。探測(cè)器的探測(cè)范圍內(nèi)是高放射性物質(zhì)efg段：分析方法同bcd段。gh段:分析方法同ab段。

注：薄層用2/3幅值分層。六、自然伽馬測(cè)井儀的刻度1、刻度的意義和分級(jí)意義：為了使不同儀器,或者同一儀器在不同的時(shí)間,在同一的地層測(cè)定結(jié)果能夠作定量比較，必須進(jìn)行儀器刻度（用不同的秤，或者同一秤在不同的時(shí)間對(duì)某一東西秤的結(jié)果應(yīng)該一樣，就應(yīng)該對(duì)秤進(jìn)行統(tǒng)一刻度)?？潭确旨?jí)：一級(jí)刻度：國(guó)家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)稱為一級(jí)刻度（標(biāo)準(zhǔn)刻度井）。二級(jí)刻度：各制造廠和大的油田建立的標(biāo)準(zhǔn)稱為二級(jí)刻度（刻度裝置或刻度井）。三級(jí)刻度：一般現(xiàn)場(chǎng)使用的標(biāo)準(zhǔn)稱為三級(jí)刻度（刻度器、刻度塊）。要求：低級(jí)的刻度裝置必須用高一級(jí)刻度裝置進(jìn)行檢查。2、刻度井低放射性物質(zhì)混凝土低放射性物質(zhì)混凝土高放射性物質(zhì)混凝土含有：12ppm的U24ppm的Th4%的K定義

N高為高放射性混凝土中的讀數(shù)；N低為低放射性混凝土中的讀數(shù)；API是美國(guó)石油學(xué)會(huì)的縮寫；AmericaPetroleumInstitute七、自然伽馬測(cè)井曲線的影響因素

1、巖層厚度(1)h>6ro

h增大，幅值不再增大用半幅值點(diǎn)分層（2）h<6ro

h減小，幅值減小用2/3幅值點(diǎn)分層2、統(tǒng)計(jì)起伏(也稱統(tǒng)計(jì)漲落)

1)現(xiàn)象泥巖的放射性含量是均勻的，但在同一巖層的各點(diǎn)讀數(shù)不一樣其讀數(shù)在平均計(jì)數(shù)率n上下波動(dòng)。經(jīng)理論計(jì)算得到：絕對(duì)誤差2)產(chǎn)生的原因：衰變規(guī)律3)統(tǒng)計(jì)漲落的定義：在放射性源強(qiáng)不變，測(cè)量條件不變的情況下，在相等的時(shí)間間隔內(nèi)，重復(fù)觀測(cè)放射性強(qiáng)度，每次記錄的數(shù)值不同，總是在某一數(shù)值(平均值)上下波動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為放射性漲落。3、井參數(shù)的影響自然伽馬射線強(qiáng)度的吸收方程u為系數(shù)吸收，L為物質(zhì)的厚度；J與J為伽馬射線吸收前后的強(qiáng)度。與井參數(shù)有關(guān)的幾種吸收系數(shù)物質(zhì)鋼水泥環(huán)泥漿清水空氣u0.5cm-1二者之間0.1－0.2cm-1二者之間<0.1cm-1八、自然伽馬測(cè)井的應(yīng)用1、劃分巖性1）砂泥巖剖面

粗砂巖中砂巖細(xì)砂巖泥巖J小→大SP幅度大→小Ra大→小Vsh小→大2)膏鹽剖面鉀巖泥巖砂巖及其它巖石巖鹽、石膏特高高中等最低

3)碳酸鹽巖剖面泥巖泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖純石灰?guī)r、白云巖最高中等最低2、確定泥質(zhì)含量

泥質(zhì)含量與自然伽馬射線強(qiáng)度成正比，推導(dǎo)計(jì)算泥質(zhì)含量的方法同自然電位，可推導(dǎo)得到的計(jì)算泥質(zhì)含量公式如下：式中J,Jmax,Jmin分布為研究地層、純泥巖、純砂巖的自然伽馬測(cè)井強(qiáng)度，同樣要進(jìn)行非線性校正:C＝

3.7新地層C＝

2.0老地層3、劃分煤層1)煤中的有機(jī)質(zhì)與無(wú)機(jī)質(zhì)都不含放射性物質(zhì)，所以J低。2)煤的J與煤的灰分含量有關(guān)。4、其它1)地層對(duì)比J與巖石孔隙中的流體(油或水)的性質(zhì)無(wú)關(guān)；J與地層水、泥漿的礦化度無(wú)關(guān)；J曲線的標(biāo)準(zhǔn)層容易獲得。2)沉積環(huán)境分析J、SP、Ra與巖層的粒度、分選性、泥質(zhì)含量密切相關(guān)，而這幾個(gè)量與沉積環(huán)境密切相關(guān)，所以可以利用J、SP、Ra進(jìn)行沉積環(huán)境分析。九、自然伽馬能譜測(cè)井1、測(cè)量原理

計(jì)數(shù)率地球上的伽馬輻射大多數(shù)來(lái)源于三種放射性同位素的衰變：半衰期為1.3×109年的鉀40（40K）；半衰期為4.4×109年的鈾238（238U）；半衰期為1.4×1010年的釷232（232Th）。通過(guò)伽馬能譜測(cè)井，可以獲得5條參數(shù)曲線：（1）以百分比表示的鉀含量曲線（K%）。（2）以濃度表示的鈾含量曲線（Ｕppm）及釷含量曲線（Thppm）。（3）合成的自然伽馬曲線(總計(jì)數(shù)率曲線GRSL)(API)。（4）無(wú)鈾自然伽馬曲線（KTh）(API)。測(cè)量譜段（能窗）的選擇：對(duì)K40選用1.46Mev的光電峰；對(duì)U選用Bi214的能量為1.764Mev的光電峰；對(duì)Th選用Ti208能量為2.614Mev的光電峰。其測(cè)量結(jié)果可列出三元一次聯(lián)立方程組求解： N1=a1U＋b1Th＋c1 N2=a2U＋b2Th＋c2K N3=a3U＋b3Th＋c3K式中N1、N2、N3─分別為三個(gè)能譜段的計(jì)數(shù)率（扣除本底計(jì)數(shù)）；U、Th、K─表示地層中鈾、釷、鉀的含量；ai、bi、ci─為換算系數(shù)，表示地層中單位含量的鈾、釷、鉀在相應(yīng)能譜段的計(jì)數(shù)率1）確定泥質(zhì)含量

2、應(yīng)用2）劃分巖性

主要火成巖和沉積巖的Th、U、K礦物名稱U(ppm)Th(ppm)K（％）Th/U花崗巖4…715…403.4…4.03.5…5.6花崗閃長(zhǎng)巖2.18.32.34.0閃長(zhǎng)巖1.86.01.83.3輝長(zhǎng)巖0.61.80.73.0輝巖0.030.080.152.7純橄欖巖0.010.010.021.0橄欖巖0.020.050.22.5流紋巖2…79…255.74.5…12.5玄武巖0.531.960.613.7粘土2.1112.55.24泥巖3.712.02.75.24硅質(zhì)粘土巖4.011.52.72.88油質(zhì)泥巖<5001…30<4.0粉砂1.2…4.31.49.31.3…2.12.17…7砂巖0.51.71.13.4石灰?guī)r2.01.5<0.40.75高硼潤(rùn)土、凝灰?guī)r砂巖測(cè)井曲線表明U異常所造成的結(jié)果，若未被探測(cè)出，將影響整個(gè)層段粘土含量的確定（引自SPEPetroleumProductionHandbook）說(shuō)明一個(gè)富含鈾的地層，可能被錯(cuò)誤地解釋為泥巖（采用簡(jiǎn)單伽馬射線分析）。鈾含量的突然增加，是和附近深度處單一泥巖不同的現(xiàn)象。巖心分析表明，該層富含有機(jī)質(zhì)，這和鈾易被有機(jī)合成物所吸收相符合。

自然伽馬測(cè)井顯示在低于泥巖層下邊界的12836ft處有一個(gè)較純的砂巖。然而，從K的記錄道看到，頁(yè)巖層高濃度的鉀在12836ft下面繼續(xù)保持了幾英尺。經(jīng)后來(lái)的巖心分析發(fā)現(xiàn)：過(guò)量的鉀是由于長(zhǎng)石存在的結(jié)果，這是一條重要的經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)殚L(zhǎng)石影響密度測(cè)井解釋中所用顆粒密度的選擇。（SPEPetroleumProductionHandbook）表明長(zhǎng)石對(duì)自然伽馬能譜測(cè)井和自然伽馬測(cè)井有影響自然伽馬能譜測(cè)井指明Th、U、K的濃度。標(biāo)明含有云母的層段，表示了異常高的鉀含量。在這個(gè)層段上，GR測(cè)井曲線錯(cuò)誤地暗示有不可忽略的粘土存在（引自SPEPetroleumProductionHandbook）3）確定粘土類型4）判斷沉積環(huán)境Th/U>7陸相氧化環(huán)境Th/U<7海相沉積Th/U<2海相黑色頁(yè)巖第二節(jié)

密度測(cè)井一、伽馬射線與物質(zhì)的作用

1、光電效應(yīng)光電效應(yīng)或稱光電吸收，在伽馬射線的能量<0.5Mev(低能)時(shí)產(chǎn)生，過(guò)程如下：a量子與原子核發(fā)生作用時(shí)，它將所有的能量交給原子；b原子又將能量幾乎全部交給一個(gè)殼層電子；c電子克服電離能脫離電子軌道，成為自由電子，稱為光電子。d而量子被吸收，這種作用稱為光電效應(yīng)。注意:a光電效應(yīng)在K，L層等靠近核的內(nèi)層產(chǎn)生光電子的幾率(可能性)最大。b光電吸收系數(shù)：伽馬量子穿過(guò)物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生光電效應(yīng)的幾率τ＝KZ4.6

K為與入射伽馬量子有關(guān)的系數(shù)，K近似與Er的三次方成反比，Z為原子序數(shù)。kLe2、康普頓－吳有順散射在伽馬射線的能量為0.5<Er<1.02Mev時(shí)產(chǎn)生，過(guò)程如下：a當(dāng)入射量子與原子中的一個(gè)電子發(fā)生作用b量子將部分能量傳給電子

c量子本身成為散射量子，即與原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向成θ角射出。d而電子獲得能量脫離電子軌道，成為反沖電子，反沖電子與量子原入射方向成Φ角注意:a可以證明θ＝00時(shí)，量子無(wú)能量損失，反沖電子沒(méi)有獲得能量。即量子與物質(zhì)沒(méi)有發(fā)生作用。θ＝1800時(shí)，量子能量損失最大，反沖電子獲得能量最大。θ＝0~1800時(shí)，θ越大，量子能量損失越大，反沖電子獲得能量越大。b康吳散射的吸收系數(shù)：量子與物質(zhì)作用時(shí)產(chǎn)生康吳散射的幾率；

注有的書中用ne

，一般書中用ρe

σe為每個(gè)量子與原子產(chǎn)生康吳散射的幾率

稱為電子密度：?jiǎn)挝惑w積中電子數(shù)稱為電子密度。ρ為體積密度，Z為原子序數(shù)，A為質(zhì)量數(shù)，Na為阿佛加德羅常數(shù)6.602486*1023

克/分子

θ3、形成電子對(duì)在伽馬射線的能量為Er>1.02Mev時(shí)產(chǎn)生，過(guò)程如下：

量子與原子核(主要是重元素的原子核)的力場(chǎng)相互作用，此時(shí)量子的能量轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子，每個(gè)電子的能量為0.51Mev。

吸收系數(shù)：形成電子對(duì)的幾率K＝C1Z2（Ero-1.02)C1為比例系數(shù)Z為原子序數(shù)Ero為入射量子的能量4、吸收方程

射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，以上三種效應(yīng)都有可能產(chǎn)生，此時(shí)吸收方程吸收系數(shù)μ：正比于物質(zhì)的密度注：1.當(dāng)量子的能量Er<0.51Mev時(shí)，u=τ以光電效應(yīng)為主。當(dāng)量子的能量0.51<Er<1.02Mev時(shí)，u=σ以康吳效應(yīng)為主。當(dāng)量子的能量Er>1.02Mev時(shí)，u=K以形成電子對(duì)為主。

2.測(cè)井使用的是中等能量的源所以u(píng)=σ，則 中σe、Na為常數(shù)，Z/A=0.5，

因此，當(dāng)L、Io一定時(shí)，I與ρ有關(guān)，這是密度測(cè)井的物理基礎(chǔ)。二、－測(cè)井原理1、

－測(cè)井原理概述

1)－測(cè)井與自然測(cè)井的區(qū)別

自然：測(cè)量天然射線強(qiáng)度(源)

-測(cè)井：測(cè)量人工射線強(qiáng)度(散射)，因此根本區(qū)別在于：-測(cè)井儀中的下部有源，鉛餅(a防止源直接照射探測(cè)器影響計(jì)數(shù)率，b延長(zhǎng)探測(cè)器的壽命)。2)測(cè)量a目前-測(cè)井使用的源為Cs137(銫)源能量為0.66MevCo60(錮)源能量為1.33Mev和1.17Mev入射的是中等能量的量子b中等能量的量子入射物質(zhì)，產(chǎn)生康吳散射，探測(cè)器接收散射射線的強(qiáng)度。二、-

測(cè)井原理1、

-

測(cè)井原理概述

3)值得注意的是a.探測(cè)器記錄一次散射射線的強(qiáng)度。原因是到探測(cè)器的散射射線的散射角較大，所以散射射線的能量較小(與入射的射線的能量相比，能量損失很多)，故-測(cè)井主要記錄到一次散射射線，多次散射射線能量很低，容易產(chǎn)生光電效應(yīng)，被巖層吸收。

b.隨r距離加大，θ增大，隨散射角的增大，散射射線的能量很快減小，所以-測(cè)井的探測(cè)深度不大，探測(cè)范圍不大。探測(cè)范圍為：半徑為L(zhǎng)/2左右，高度為L(zhǎng)的圓柱體，一般L＝50－60cm，所以r≤30cm。c.記錄為探測(cè)器與源的中點(diǎn)。d.J(-測(cè)井)的單位為：脈沖/分。2、J與密度ρ，源距L的關(guān)系

經(jīng)理論推導(dǎo)探測(cè)器接收到的散射射線強(qiáng)度為：

式中K為常數(shù)，Q為源強(qiáng)，ρ為密度，L為源距C=0.06Cs137(銫)源能量越低0.07Co60(鈷)源C值越大利用上式可以繪制J，ρ，L的關(guān)系圖1)當(dāng)L<Lo時(shí)（小源距的情況下）J1.5<J2.7密度小的J小，密度大的J大，這說(shuō)明J與密度成正比

2)當(dāng)L=Lo時(shí)（零源距的情況下)J1.5=J2.7這說(shuō)明J與密度無(wú)關(guān)3)當(dāng)L>Lo時(shí)（大源距的情況下)J1.5>J2.7密度大的J小，密度小的J大，這說(shuō)明J與密度成反比

測(cè)井使用大源距L＝50－60cmJ與密度成反比密度測(cè)井-----康普頓效應(yīng)三、貼壁式密度測(cè)井

測(cè)井方法-密度測(cè)井單源距貼壁式密度測(cè)井雙源距井眼補(bǔ)償密度測(cè)井源距L=SR=50-60cmL=SR=50-60cmL長(zhǎng)＝35-45cmL短＝15-25cm所記錄參數(shù)J1.J2.ρa(bǔ)1.Nl,Ns長(zhǎng)短源距計(jì)數(shù)率2.(ρa(bǔ))l，(ρa(bǔ))s長(zhǎng)短源距視密度與ρ的關(guān)系成反比1.J與ρ成反比2.ρa(bǔ)與ρ成正比1.Nl與ρ成反比Ns與ρ成正比2.(ρa(bǔ))l，(ρa(bǔ))s與ρ成正比影響因素1擴(kuò)孔2泥餅?zāi)囡炏龜U(kuò)孔的影響雙源距貼壁的目的消除擴(kuò)孔，泥餅的影響注意幾點(diǎn):1.擴(kuò)孔對(duì)-密度測(cè)井的影響由于泥漿的密度比地層低得多，所以擴(kuò)孔后，當(dāng)記錄點(diǎn)位于巖層中部時(shí)，探測(cè)范圍內(nèi)平均密度降低，而J與ρ成反比，因此J產(chǎn)生假異常。2.視密度的定義

在滲透層處，在井壁存在泥餅，因?yàn)槟囡灥拿芏纫话愕陀趲r層的密度，所以用密度測(cè)井儀在井中測(cè)量時(shí)，所測(cè)到的密度值要小于實(shí)際的地層密度值ρb，為了將所測(cè)到的密度與實(shí)際地層的密度相區(qū)別，我們把所測(cè)到的密度稱為視密度，用ρa(bǔ)表示：ρmc為泥餅密度ρb為地層密度K為與泥餅厚度，源距等有關(guān)的參數(shù)3.雙源距井眼補(bǔ)償密度測(cè)井原理以上講到當(dāng)泥餅不存在時(shí)：(ρa(bǔ))l=

(ρa(bǔ))s,ρ=0，所以ρb=(ρa(bǔ))l當(dāng)泥餅存在時(shí)：(ρa(bǔ))l

(ρa(bǔ))s

ρ0所以ρb=(ρa(bǔ))l+ρ所以有：解方程得到:短源距長(zhǎng)源距四、巖性密度測(cè)井光電吸收系數(shù)為：

K為與入射伽馬量子有關(guān)的系數(shù)，K近似與Er的三次方成反比；Z為原子序數(shù)。為了突出光電效應(yīng)，定義光電吸收指數(shù)：同時(shí)定義體光電吸收指數(shù)：對(duì)于多礦物來(lái)說(shuō)：巖性密度測(cè)井同時(shí)測(cè)量光電吸收指數(shù)、體光電吸收指數(shù)和體積密度巖性密度測(cè)井-----康普頓效應(yīng)+光電效應(yīng)對(duì)泥質(zhì)砂巖來(lái)說(shuō)有：五、密度測(cè)井的應(yīng)用1、確定孔隙度對(duì)于純地層來(lái)說(shuō)：Vsh=03、識(shí)別煤層煤的J值大，GR小第三節(jié)中子測(cè)井一、中子與物質(zhì)的作用（中子測(cè)井理論基礎(chǔ)）

中子分類：

快中子能量>0.1Mev(105ev)速度快中能中子能量105ev－102ev速度中等慢中子能量<100ev速度慢超熱中子0.1ev－100ev熱中子0.025ev1.非彈性散射高能快中子與原子核碰撞屬非彈性碰撞(或稱為非彈性散射)。非彈性散射截面：快中子與原子核發(fā)生非彈性碰撞的幾率(稱為非彈性散射截面)；1)的大小取決于a中子能量b原子核的種類；2)的不同會(huì)使散射射線的強(qiáng)度不同。2、彈性散射中等能量快中子與原子核碰撞屬?gòu)椥耘鲎?或稱為彈性散射)

注意：1)彈性散射截面微觀散射截面：一個(gè)中子與原子核發(fā)生彈性碰撞的幾率稱為微觀散射截面，用s表示；宏觀散射截面：?jiǎn)挝惑w積中全部的原子核微觀散射截面之和稱為宏觀散射截面，用s表示s＝Ns為單位體積中的原子核數(shù)其中H的散射截面最大與原子核發(fā)生彈性碰撞原子核獲得能量，此部分能量只能使原子核作熱運(yùn)動(dòng)碰撞幾次后，中子能量損失最后變?yōu)槁凶影ǔ瑹嶂凶雍蜔嶂凶?、彈性散射2)碰撞前后的能量變化A能量損失與Φ角的關(guān)系＝00時(shí)；E2＝E1；能量無(wú)損失＝1800時(shí)； ；中子能量損失最大B能量損失與原子核質(zhì)量的關(guān)系當(dāng)A＝1時(shí)，即M=m，Φ=1800時(shí)，E2＝0，這說(shuō)明經(jīng)彈性碰撞后，中子的能量全部損失。這種情況僅在原子核為H(氫)時(shí)，因?yàn)閙中子＝M氫。由此可見(jiàn)：氫原子對(duì)中子的減速能力最大,即是一種減速劑。E1=中子碰撞前的能量E2=中子碰撞后的能量3、熱中子俘獲1）概述

2）注意(1)俘獲截面微觀俘獲截面：一個(gè)原子核俘獲熱中子的幾率稱為微觀俘獲截面用a表示。宏觀俘獲截面：?jiǎn)挝惑w積中微俘獲截面之和稱為宏觀俘獲截面用a表示。

a＝Na為單位體積中的原子核數(shù)(2)熱中子壽命從熱中子產(chǎn)生到熱中子被俘獲所需要的時(shí)間稱為熱中子壽命t熱中子速度V＝2.2×105cm綜上所述（中子作用）:原子核獲得能量,放出非彈性散射射線高能快中子快中子超熱中子熱中子熱中子俘獲

減速過(guò)程擴(kuò)散過(guò)程(被俘獲)放出俘獲射線

減速長(zhǎng)度Lf擴(kuò)散長(zhǎng)度Lt與H有關(guān)與Cl有關(guān)(35Cl是影響熱中子擴(kuò)散的主要核素)注1：ξ=lnE1-lnE2=ln(E1/E2)中子碰撞一次能量的自然對(duì)數(shù)減少的平均值二次射線——也稱俘獲射線吸收截面——也稱俘獲截面注2：中子活化：一個(gè)穩(wěn)定的原子核，在中子的作用下變成新的放射性原子核的過(guò)程。中子源—將中子從原子核中釋放出來(lái)的裝置同位素中子源（連續(xù)中子源）加速器中子源（脈沖中子源）二、中子－測(cè)井2、引入含氫指數(shù)Hf1、中子-測(cè)井與-測(cè)井比較方法-測(cè)井中子-測(cè)井測(cè)量散射射線強(qiáng)度俘獲射線強(qiáng)度單位脈沖/分脈沖/分源距L=50－60cmL=50－60cm記錄點(diǎn)SR中點(diǎn)SR中點(diǎn)與巖性的關(guān)系J與密度成正比Jn與氫量成反比Jn與Cl成正比分層點(diǎn)1/3幅值點(diǎn)1/2幅值點(diǎn)

為密度，X為氫原子個(gè)數(shù)，M為總原子量。二、中子－測(cè)井例如：水的含氫指數(shù)H2O＝1M＝2×1＋1×16＝18H＝2二個(gè)氫原子一個(gè)氧原子所以Hf(氣)=2.25*氣=0.18Hf(油)=1.28*油=1.09Hf(煤)=(0.38(無(wú)煙煤)，0.52(褐煤)，0.60(煙煤))

三、中子－中子測(cè)井1、中子－熱中子測(cè)井測(cè)量1)Jnn即為中子－熱中子計(jì)數(shù)率采用大源距L＝50－60cmJnn與含H量成反比，與含Cl量成反比(原因是Cl的俘獲截面大，俘獲

的熱中子多，使留下來(lái)的熱中子數(shù)減小)實(shí)際：補(bǔ)償中子測(cè)井CNL測(cè)量孔隙度稱為視石灰?guī)r孔隙度。視石灰?guī)r孔隙度：CNL儀通常在已知孔隙度的純石灰?guī)r上進(jìn)行刻度，此種刻度儀器如果在純石灰?guī)r中進(jìn)行測(cè)量便是真孔隙度，但在非石灰?guī)r上進(jìn)行測(cè)量，測(cè)到的孔隙度與地層的真孔隙度不同，稱為視石灰?guī)r孔隙度。2)補(bǔ)償中子測(cè)井CNL→中子孔隙度（單位%）R2R1S長(zhǎng)源距探測(cè)器lgNl=-a1+b+c短源距探測(cè)器lgNs=-a2+b+cNl，Ns分別為長(zhǎng)短源距計(jì)數(shù)率a1,a2分別為為長(zhǎng)短源距等有關(guān)參數(shù)b為儀器常數(shù)c為Cl對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響以上二式相減得：消除Cl的影響

巖石孔隙度2、中子－超熱中子測(cè)井測(cè)量1)Jnn中子－超熱中子，即為中子－超熱中子計(jì)數(shù)率。采用大源距L＝50－60cmJnn與含H量成反比，與含Cl量無(wú)關(guān)(原因是Cl俘獲熱中子，不能俘獲比熱中子能量大的超熱中子)2)貼壁中子SNP→

中子孔隙度(視石灰?guī)r孔隙度)單位%。為了減小井孔的影響采用貼壁方式，SNP與巖石的孔隙度成正比。四、中子測(cè)井的應(yīng)用1、確定巖石的孔隙度CNL對(duì)于純地層來(lái)說(shuō)：

對(duì)泥質(zhì)砂巖來(lái)說(shuō)有：注1：流體（水）的中子響應(yīng)為100%當(dāng)Vsh=0時(shí)可以退化到純地層的計(jì)算公式注2：當(dāng)?shù)貙雍瑲?，求孔隙度時(shí)，需作校正。所以有:3.識(shí)別氣層

氣層上聲波時(shí)差大、或周波跳躍偏大氣層上密度測(cè)井值偏小偏大CNL氣層上CNL偏?。↗nr大）偏小

1、C/O比測(cè)井原理第四節(jié)脈沖中子測(cè)井(介紹）一、碳氧比（C/O）能譜測(cè)井

碳氧比（C/O）能譜測(cè)井是一種脈沖中子測(cè)井方法，是目前唯一受地層水礦化度影響小、可在套管井中測(cè)定含油飽和度的測(cè)井方法。C/O能譜測(cè)井利用14百萬(wàn)電子伏特（MeV）的脈沖快中子轟擊地層中各元素的原子核，發(fā)生非彈性散射，使其處于激發(fā)態(tài)后散放出伽馬射線（射線），對(duì)這些射線進(jìn)行時(shí)間和能譜分析，可以得到地層中碳（C）、氧（O）、硅（Si）、鈣（Ca）等元素的含量，從而計(jì)算出產(chǎn)層的含油飽和度、監(jiān)視油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中產(chǎn)層含油飽和度的變化情況。處于激發(fā)態(tài)的地層各種元素的原子核將同樣釋放出具有不同核輻射特征能量的非彈性散射射線。例如碳（C12）的非彈性散射射線的特征能量為4.43MeV氧（16O）為6.13MeV硅（28Si）為1.78MeV鈣（40Ca）為3.75MeV等非彈性散射：快中子與元素的原子核碰撞，中子被核吸收形成復(fù)合核，中子以較低能量散射出來(lái)，核處于激發(fā)態(tài)，放出伽馬射線又回到基態(tài)。

由于各種核反應(yīng)所誘發(fā)的分布在不同的時(shí)間里，中子源又是可控的脈沖式的單色源，所以只要適當(dāng)?shù)夭捎门c中子脈沖同步的測(cè)量技術(shù)，就可以有效地把非彈性散射射線與其它反應(yīng)所產(chǎn)生的射線區(qū)分開(kāi)來(lái)。

在實(shí)際測(cè)井中是采用碳的三個(gè)峰（即4.43、3.92、3.41MeV）和氧的三個(gè)峰（即6.13、5.62、5.11MeV）范圍內(nèi)即C窗與O窗所包含的γ射線總計(jì)數(shù)之比來(lái)評(píng)價(jià)產(chǎn)層的油水含量和有關(guān)地質(zhì)參數(shù)（圖），這就是為什么稱之“C/O能譜”測(cè)井的理由所在。由于采用比值法，也減少了非彈性散射之外的射線的影響，同時(shí)克服了可控脈沖中子源產(chǎn)額不穩(wěn)對(duì)測(cè)井所帶來(lái)的影響；提高了區(qū)分產(chǎn)層油水關(guān)系的靈敏度。在油桶、水桶模型中所測(cè)得的C和O非彈性散射伽馬能譜2、實(shí)際測(cè)量的參數(shù)

隨著微處理機(jī)的發(fā)展，在C/O能譜測(cè)井儀器中已將多道脈沖幅度分析器置于井下儀器中，在井下對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，使數(shù)字信號(hào)通過(guò)電纜運(yùn)輸?shù)降孛鎯x器，克服了因用電纜傳輸脈沖信號(hào)造成脈沖失真與丟失，提高了計(jì)數(shù)率和信噪比，從而提高了能譜測(cè)井的質(zhì)量。我國(guó)引進(jìn)西方阿特拉斯公司的C/O能譜測(cè)井儀已作了上述的改進(jìn)。斯侖貝謝公司使用次生伽馬能譜測(cè)井儀（GST）不僅具有高計(jì)數(shù)率傳輸；還可進(jìn)行