天然氡气法测岩石孔隙度方法研究.doc

天然氡气法测岩石孔隙度方法研究X杨金海,秦天健,姚茂林,易敏(西南石油学院工业自动化系,四川南充637001)摘要:为了探索既不改变原有孔隙,又不污染岩石的孔隙度测定新方法,以岩石中天然放射性同位素镭22688 Ra递次衰变释放出的氡气替代常规孔隙度测定中的注入或饱和流体,进行了岩心孔隙度测定方法的新尝试.实验测量结果和理论分析表明,天然氡气法能够有效地测定具有一定天然放射性水平岩心的孔隙度,并特别利于于驱替后岩心的残余流体饱和度的测定.但是,该方法受到岩心中天然放射性核素含量的影响.对此,提出了改进措施.关键词:岩石;孔隙度测定;放射性同位素;放射平衡;氡;伽玛能谱中图分类号: TE122. 23 文献标识码: A引 言岩心孔隙度是油层贮存能力的度量,因此自然成为油气藏工作者最为关心的地层参之一.据岩石孔隙度定义,只要测出岩石的孔隙体积,颗粒体积和总体积三者中的任意两个,就可以算出岩石孔隙度.通常采用的方法有饱和液体称重法和基于Boyle定理的气体压缩膨胀 1 ,2 .但是,这些方法都有一个共同点,就是必须人为地向岩石孔隙中注入气体或浸入液体,不同程度地改变了岩石样品的原有孔隙特征.尤其是如果被测岩样孔隙中残存有流体时,通的方法就难以不改变原始流体分布地测出其剩余孔隙空间,最终确定残余流体饱和度.为此,本文研究了基于天然放射性同位素伽玛能谱的岩石孔隙(度)实验测定方法,该方法以天然存在于岩心中的氡22286 Rn含量为特征参量,测定时不需要人为注入或浸入流体,因此是一种对岩心完全无伤害,无污染的岩石孔隙(度)测定方法.1 测量原理1. 1 放射性平衡自然界各种岩石中都含有放射性核素,因此它们都具有天然放射性.不同的岩石其放射性核素种类和含量可能不同 3 .放射性核衰变服从指数规律 4 ,5 N=N0e-t(1)其中:N现有核子数,个;N0初始核子数,个;衰变常数,1/ s;t衰变时间,s.衰变常数与半衰期T的关系为T=ln2/(2)地层岩石中放射性核素通过递次衰变实现母核与子核的衰变平衡,即子核的衰变率等于母核的衰变率.设母核的衰变常数为1,子核的衰变常数为2,则由(1)式可得子核数随时间的变化率为dN2/dt=1N1-2N2(3)其中1N1是母核衰变的子核产生率,2N2是子核继续衰变的子核减少率.(3)式的解为N2=12-1N10(e-1t-e-2t)(4)式中 N1,N2分别代表母核数和子核数;N10初始时的母核数.如果母核的寿命比子核长得多,即1n2(或T1mT2),由(4)式有N2/N1=1/2(5)即子核与母核最终达到所谓的长期平衡.此时,第22卷 第3期 西南石油学院学报 Vol. 22 No . 32000年 8月 Journal of Sout hwest Petroleum Institute Aug 2000 X收稿日期:1999 - 11 - 24基金项目:石油天然气集团公司九五科技攻关项目(部24).作者简介:杨金海(1957 -),男(汉族),陕西汉中人,副教授,博士,从事孔隙介质中油气藏流体的相研究.子核按母核的半衰期衰变,且子核与母核数之比为常数.对于多级递次衰变,如果母核的半衰期远大于其各级子核的半衰期,则同理可知,各级子核与母核最终将达到平衡,且有1N1=2N2=nNn(6)(6)式就是多次连续衰变平衡规律.1.2 测量原理地层岩石中或多或少地总含有天然放射性核素镭22688 Ra,铀系),其寿命相对较长,半衰期为1 602年,主要衰变历程如图1所示6:22688Ra1602年22286Rn31824天21884Po3105分21482Pb2618分21483Bi图1镭22688Ra主要衰变历程图由于22688 Ra的半衰期远远大于其后各代子核的半衰期,故它们可以实现(6)式的长期平衡.在子核中,核素22286 Rn以氡气(隋性气体)形式分布于岩石孔隙和周围空间中,当平衡后,可以通过测定下级21484 Pb子核的衰变伽玛能谱的特征峰,来确定氡气的含量.把岩心密封于特制样品盒中,根据气体分子运动理论可以认为,平衡氡气均匀分布于岩心孔隙及其周围空间中.设样品盒容积V0,岩心外表体积为V,岩心的孔隙体积为Vp,则据氡气含量与相应空间体积成正比不难得到孔隙体积Vp=V0-V(nt-nb)/(np-nb)-1(7)于是岩石孔隙度=VpV= (np-nb)/(nt-np)V0-VV(8)其中nt,np和nb分别是总空间体积(孔隙+岩心与样品盒内壁间隙空间),孔隙空间和岩心本底伽玛谱特征峰的计数率.2 实验测量与结果图2 页岩(砖)的伽玛能谱图实验采用FH1906低本底伽玛谱仪和DD8000多道分析器测定岩心的伽玛能谱,图2是页岩(砖)的伽玛能谱,横轴代表伽玛射线能量(道数),纵轴代表伽玛射线脉冲计数.谱图中每个谱峰都对应了一种或几种放射性核素.一般地讲,不同的核素产生不同能量的伽玛射线,因而其伽玛能谱峰位不同(特征峰);不同的核素含量则产生不同高度(计数率)的谱峰.2. 1 伽玛能谱特征峰的选定在如图1所示的整个连续衰变过程中,镭22688 Ra及其子体将放出十几条不同能量的伽玛射线,其中12条由其子体21482 Pb和21483 Bi发射 7 .特征能谱应该相对强度大,干扰因素少,可分辨性高等,如图2所示为实验测定得到的岩样四(页岩砖)的伽玛能谱,从图可见,0. 352 MV和0. 609MV基本满足上述特征要求.2. 2 饱和KCl溶液试测为了试验FH1906系统和伽玛能谱方法的可行性,先采用饱和KCl溶液法试测.测量以1940 K为特征能谱(1. 46 MV),如图2右边第一峰.由(8)式思路可导出测量公式:=VpV= (n-nb)/n050V(9)式中Vp孔隙体积,m3;V样品外表体积,m3;n,nb,n0分别为饱和KCl溶液后岩样计数率,岩样本底计数率和50cm3特定浓度KCl溶液计数率.用普通砂岩和砂砖(即岩样一,二)两种岩样进行试测,测试结果见表1.91第3期 杨金海等: 天然氡气法测岩石孔隙度方法研究 表1中测量结果与粗略的饱和液体称衡法结果很好地一致,肯定了该测量系统和伽玛能谱测孔隙方法的可行性.表1 饱和KCl溶液试测岩石孔隙度结果样 品V/cm3nb或n0/s- 1n/s- 1饱和液体法孔隙度/%KCl溶液500.3899岩样一960.20360.31891515.2岩样二600.18480.31252729.32.3 饱和氡气法测岩石孔隙度实验选择了三种不同孔隙度级别的岩样,即砂岩岩心,页岩(砖)和灰岩岩心(分别标为岩样三,岩样四,和岩样五);先密封在专用塑料容器中两周,以充分实现衰变平衡.谱仪刻度后,测量数据及结果如表2.表2 饱和氡气法测岩石孔隙度结果样 品V/cm3V0/cm3nt/s- 1np/s- 1nb/s- 1Vp/cm3气测孔隙度/%岩样三1212230.15320.14050.137821.61815岩样四1322240.11170.10150.095355.74238岩样五43950.005870.002220.001973.483.53 结果讨论(1) 在表2中,样品三和样品四的饱和氡气法测量结果与常规气体压缩膨胀Boyle方法基本一致,肯定了该方法的可行性.虽然饱和氡气法与气测法孔隙度测量结果还存在一定偏差,岩样三约20%,岩样四约11%,但是,从技术角度讲,总可以通过某些技术措施来提高饱和氡气法的测量精度.比如,外加适当强度的镭源照射,增大被测岩样中的氡气浓度.这样既能够大大减少其它相近能量伽玛射线的干扰和统计误差影响,又可以缩短测量时间,适应实际应用的需要,还可以使饱和氡气法适用于象灰岩那样低天然放射水平岩样的孔隙度测量.(2) 由于饱和氡气法实质上是一种放射性统计测量方法,潜在不定因素多,如能谱部分重迭,谱仪系统的分辨能力和漂移,统计误差等等,所以要准确评价测量结果的不确定度是困难的.但是分析可知,饱和氡气法与常规气测法的偏离大小,很大程度地依赖于岩心中天然核素镭含量的高低.原则上,镭含量相对越高,测量受其它影响就越小,准确度也就越高.表2中灰岩(岩样五)的氡气法孔隙度与气测孔隙度相差近130%,就是因为灰岩的天然放射性核素含量太低,其计数率仅为样品三,样品四的5%或以下.(3) 饱和氡气法利用天然放射性氡气,测量时不需要注入或浸入其它流体,因此,可以完全不改变岩心原有孔隙,不会造成岩心污染.这是其它方法所不能替代的最大优越之处.饱和氡气法不需要注入或浸入其它流体的技术特点,还尤其适合于测定驱替后岩心的残余流体饱和度.参考文献: 1 布雷德利H B1石油工程手册(下) M .童宪章等译1北京:石油工业出版社,1996 2 沈平平.油层物理实验技术 M .北京:石油工业出版社,1995 3 黄隆基.放射性测井原理 M .北京:石油工业出版社,1985 4 兰卡玛K.同位素地质学 M .朱锡涛译.北京:地质出版社,1960 5 郭余峰.石油测井中的核物理基础 M .北京:石油工业出版社,19906 马崇智.放射性同位素手册 M .北京:科学出版社,1979 7 亚当斯F ,达姆斯P.应用射线能谱学 M .高物等译.北京:原子能出版社,1977(编辑 罗先碧)02西南石油学院学报 2000年was followed by expulsion of liquid hydrocarbons at burial dept hof about 2000m. The rate of hydrocarbon expulsion reached amaximum at burial dept h of around 3500m. Currently , t heamount of met hane , heavier hydrocarbongases and oil expelledf rom 1 m3 coal source rocks is 64. 72 m3 , 3. 82 m3 and 34.97kg , respectively. Main mechanisms of hydrocarbon expulsionf rom t he coal source rocks include dissolution in formation wa2ter , diff usion , dissolution in oil and f reep hase , wit h t he lasttwo being t he most important . Expulsion efficiencies formet hane , heavier hydrocarbongases and liquid hydrocarbons are73. 5 % , 66. 1 % and 69. 9 % , respectively. Theprocess of hy2drocarbon expulsion can be divided into t hree stages :(I)gasexpulsion by dissolution in formation water and by diff usion ;(II)gas expulsion in f reep hase , and(III)oil andgas expulsionin f reep hase.Key Words :Taibei Sag , coal measures , source rock , hy2drocarbon expulsion , numerical simulation , Turpan - HamiBasinSTUDY ON NATURAL RN METHOD FOR MEASURINGCORE POROSITYYAN G Jinhai(Sout hwest Petroleum Inst .), Q IN Tian2jian , YAO Maolin , et al. J O U R N A LO FS O U T HW ES TPE T R OL EU MIN S T I T U T E,V OL.22,N O.3,18 - 20,2000(IS S N1000 - 2634,INC HIN ES E)An experimental investigation has been conducted to ex2plore a novel met hod for measuring t heporosity of core samples ,which will not bot hpollute t he core and change t he originalporosity of t he core. The met hod takes advantage of measuringnatural Radon(Rn)f rom t he radioactive decay of radioisotopeRadium in t he core sample instead of fluid injection / saturationas in commonporosity measurement . Experimental results andt heoretical analysis show t hat t he new met hod can effectivelymeasure t heporosity of a core wit h a certain intensity of naturalradioactivity , and has t he special advantage for determining t heresidual fluid saturation of a core after displacement . As t hemet hod would be limited by t he content of t he natural radioiso2tope in t he core sample , measures for f urt her improvement oft he met hod areproposed.Key Words :core ,porosity measurement , radioisotope ,radioactive equilibrium , Radon , Gamma spectrumEL ECTROFACIES AND EVOL UTIONARY PATTERN OFPAL EO KARST IN XUHEI-CHENGBEI FAUL T TERRACEREGIONWU Kongyou(University of Petroleum), HON G Mei ,and L IU Wei J O U R N A LO FS O U T HW ES TPE T R OL EU MIN S T I T U T E,V OL.22,N O.3,21 - 24,2000(IS S N1000 - 2634,INC HIN ES E)On t he basis of tectonic - background analysis and drillingand log responses , electrofacies analyses were made on t hepale2okarstic strata in Xuhei - Chengbei terrace region. Criteria forrecognizingpaleokarst zones were established , and evolutionarypattern of karstification was determined based on t he regionaltectonic history. The main factors leading to t he develop ment ofpaleokarst in t he region were found to be multi -p hase tectoniccycle , complicated fault - block tilting and long - term dissolu2tion by chemically active fluids.Key Words :paleokarst , electrofacies , criteria , evolution2arypattern , relativepermeabilityWAVEL ET ESTIMATION BASED ON BISPECTRUMXIE Guisheng(Sout hwest Petroleum Inst .), SHI Yumei ,and WEI Ye J O U R N A LO FS O U T HW ES TPE T R OL EU MIN S T I T U T E,V OL.22,N O.3,25 - 28,2000(IS S N1000 - 2634,INC HIN ES E)Wavelet Processing is an important technique used to im2prove t he resolution of seismic data , in which t he key is waveletestimation. According to t he fact t hat higher order cumulate re2tainsp hase information , a met hod of wavelet estimation basedon bispectrum of seismic signals isprovided in t hispaper. Themet hod does not need t he traditional assumption t hat t hewavelet must be minimum -p hase , and is valid for wavelet ofanyp hase. Applicability of t he met hod isproved by t heoreticalcalculations on seismic wavelet wit h differentp haseproperties ,showing t hepotential of higher - order signal spectra in waveletprocessing and resolution improvement .Key Words :wavelet estimation , higher - order cumulate ,higher - order spectra , deconvolutionWELL HEAD ACOUSTIC EMISSIVE GAS INFL UX DETEC2TION : TIME DELAY ESTIMATION METHODSTang Bin(University of Electronic and Science Technolo2gy of China Chengdu), Xiong Ying J O U R N A LO FS O U T HW ES TPE T R OL EU MIN S T I T U T E,V OL.22,N O.3,29 - 33,2000(IS S N1000 - 2634,INC HIN ES E)Bas