第四章孔隙度测井

第一节 声波测井 第二节 中子测井 第四章 孔隙度测井 第三节 密度测井 第四章 孔隙度测井 第一节 声波测井 一、声波测井原理 二、声波曲线特征 三、声波曲线的应用 第一节 声波测井 一、声波测井原理 当声波从一种介质进入另一种介质时 ， 会发生反射和折射 ，且符合反射定律和折射定律 ， 折射定律可表示为： 21s 为两种介质的声波速度，一般说，当两种介质固定以后，2为一定值，随着 增大， 也要增大，当 增大到某一值时， 为 90 ，这时， 称临界角，而声波就沿着两种介质的界面传播，这样的折射波称为滑行波。也就是说，声波从介质 I 介质 1300s/m 250m tt t2） 碳酸盐岩剖面 时差值低含泥质稍增高：致密的灰岩 =143m 致密的白云岩 =124m 泥岩 裂缝性地层 t用 第一节 声波测井 3） 膏盐剖面： 岩盐 ， 230s/m ， 较高 无水石膏 ， 164s/m ， 低 ） 岩心标定测井最好的方法：通过钻井取心或岩屑录井搞清楚岩性 ， 读出声波时差值 ， 找出岩性与声波时差的对应关系， 建立地区性评价标准 。 八道湾组电性解释岩性图版 三、应用 第一节 声波测井 2 识别油气层 气层：声波时差高； 油 、 水：声波时差低； 气层：出现 周波跳跃 现象 在含气地层中 ， 声波能量衰减较快 ， 使测量结果不稳定 (出现测井曲线急剧偏转或特别大的声波时差值 ， 称为声波时差曲线的 周波跳跃 现象 。 声波测井的周波跳跃 一般情况下，声速测井仪的两个接收器先后被同一首波所触发记录时差。但是，在某些情况下，由于首波太弱，不足以先后触发两个接收器，第二个接收器被后续波触发，所测得的时差增大。这种现象，称为周波跳跃” 。 在测井中，下列情况可能出现周波跳跃： 1) 裂缝或层理发育的地层 2) 未胶结的纯砂岩气层、高压气层； 3) 井径扩大严重的盐岩层及泥浆中含有天然气等。 三、应用 第一节 声波测井 原因：正常声波信号传播到接收探头 停止计时 ， 得到一个时差值 。 但当声波信号衰减很快 ， 当它到达 早已经停止了 ，但仪器没有记录到 ， 以为还没有到达 ， 这时 变长 ， ， ， 变大 但如果信号比较弱 ， 还没有停止 ， 可仪器以为已经停止了 ， 变小 ， （ 少一些 ） 。 T12 tt三、应用 第一节 声波测井 3 估算孔隙度： 由于油气储集在孔隙当中 ， 为了计算地层中油气的含量， 就必须求 。 1） 最好的方法：岩芯刻度测井 。 建立 与 的关系曲线 ， 得到一个回归方程 ， 这样最可靠 。 tt1243n t2t1t4t3t 图 4 3 声波时差与孔隙度的关系 C - 50 200 250 300 350 400AC(us/m)三、应用 第一节 声波测井 2） 体积模型法 纯地层 从地层中取出一块岩石，岩石由骨架、孔隙、流体组成，假定它不含泥。把所有骨架都集中到一块。把所有孔隙都集中到一块，建立一个等效模型。 骨架： （ 厚度 ） （ 声波速度 ） （ 厚度 ） （ 声波速度 ） l孔隙体积 +骨架体积 三、应用 第一节 声波测井 设总体积 =1， (11 1()( 式中： 岩石的孔隙度； 孔隙流体的声波时差 ， 一般用泥浆滤液； 岩石的声波时差 ， 从曲线上读取； 骨架声波时差 ， 理论值 ， 固定不变 。 ftt、应用 第一节 声波测井 如果地层未压实 ， 就要进行压实校正 。 压实校正系数用 到未压实层 。 当与所测层相邻的泥岩 时，需要 进行压实校正： ，建立 的关系式，可求 若编绘压实校正系数和深度关系曲线 ,更好求。 3 2 8 328 、应用 第一节 声波测井 需要进行泥质校正 。 声波时差求得的是地层的总孔隙度 ， 当地层中含泥质时 ， 需进行泥质校正 。 1第四章 孔隙度测井 第二节 中子测井 一、中子测井原理 二、中子测井方法 三、中子测井资料的应用 中子测井 利用人工产生的中子源与地层介质之间发生相互作用来研究地层特性的测井方法 一、测井原理 一、测井原理 第二节 中子测井 （ 一 ） 中子源 1 连续中子源 ：两种核素放在一起 ，发生核反应 ， 产生中子 ， 这种核反应是核素自发进行的 ， 中子是连续发射的 ， 不能人为控制 ， 一般 4 2 脉冲中子源 ：放一个加速器 ， 让一种核攻击另一种核 ， 人工可以控制 ， 比如氘 氚反应产生中子 。 能量 14冲式的，每秒钟发射 400次。每次发射时间也是一定的，脉冲中子源。 M e 中子测井原理图 中子源 接收探头 屏蔽体 L 仪器紧贴井壁 一、测井原理 第二节 中子测井 （ 二 ） 地层的中子特性 快中子高速射入地层 ， 能量降低 ， 速度减慢 ， 且通常从能量高的 地方向能量低的地方扩散 ， 和地层发生 弹性散射 （ 碰撞 ） 非弹性散射 及 俘获作用 。 快中子：能量高 ， 14向能量低的地方扩散 。 非弹性散射：原子核质量越大 ， 发生非弹性散射的截面就越大； 弹性散射：主要的； 俘获 （ 活化 ） 作用：热扩散 。 表 3 - 2 - 1 常见元素的 14子的非弹性散射截面 被 1 4 M 子轰击的元素 非弹性散射截面（巴） 放射出 射线的同位素 特征 射线能量 碳 氧 镁 硅 钙 硫 铁 0 . 3 5 5 0 . 1 0 4 0 . 4 8 5 0 . 1 3 0 0 . 0 7 0 0 . 1 7 3 0 . 8 5 9 4 . 4 4 6 . 1 9 1 . 3 7 1 . 7 8 3 . 7 5 2 . 2 5 0 . 1 2 一、测井原理 第二节 中子测井 （ 二 ） 地层的中子特性 多次作用后 ， 快中子变为 慢中子：弹性散射 ， 超热中子 1继续发生弹性散射 ， 热中子 20 时 继续扩散 ， 最后消失 ， 被 地层俘获 放射 光子 ， 快中子在几秒内就可减速为热中子 ， 而热中子很快就会被地层所俘获 ， 地层介质使快中子减速的这种特性 ， 称 减速特性 ， 地层介质俘获热中子的特性 ，称 俘获特性 。 中子源发射的快中子经过不断地与原子核碰撞而变为热中子的过程称中子的 减速过程 。 一、测井原理 第二节 中子测井 1 减速特性 1） 减速能力 岩石中不同元素的原子核 ， 其中子的减速能力不同， 这是因为：中子和不同元素的原子核发生弹性散射的截面以及每次散射中子能量损失不同造成的 。 表 4 - 2 - 2 常见元素快中子热化所需要的平均散射次数 元素名称 质量数 弹性散射截面（巴） 每次散射时最大能量损失 热化所需平均散射次数 钙 氯 硅 氧 碳 氢 4 0 . 4 35 28 16 12 1 9 . 5 10 1 . 7 4 . 2 4 . 8 45 8% 10% 12% 21% 28% 100% 371 316 261 150 1 1 5 18 在沉积岩所有元素中氢对中子的弹性散射截面最大 ， 每次弹性散射的能量损失也最大 ， 并且其它元素与氢相比相差极为悬殊 。 岩石对中的减速性质主要有氢 所决定 。 氢含量高则岩石对中子的减速过程快 ， 氢含量低则岩石对中子的减速过程就慢 。 一、测井原理 第二节 中子测井 1 减速特性 弹性散射一次能量损失： 散射前中子能量； E 散射后中子能量； A 靶核质量 ， 靶核质量越小 ， 一次散射的平均能量损失越大 。 1(1 02散射截面： ， 阿佛加德罗常数 快中子减速能力最强的意思应表现为一次弹性散射的平均对数能量 损失最大和宏观散射截面最大。 一、测井原理 第二节 中子测井 岩石的减速能力 沉积岩中 ， 氢对中子的弹性散射截面最大 ，每次弹性散射损失的能量最大 ， 因此说 ， 中子的减速性质主要是由氢决定的 ， 岩石对中子减速快 ， 岩石对中子减速慢 。 井原理 第二节 中子测井 2） 减速长度 减速长度指由快中子 热中子 ， 在介质中移动的距离 ， 用 减速长度 通常 ， 地层中含氢量越大 ， 越小 ， 反之越大 ，沉积岩当中 ， 主要是由地层中含 62RL f 井原理 第二节 中子测井 1） 俘获特性 岩石中不同元素的原子核对热中子的俘获能力也不同， 主要取决于 氯元素的含量 。 2） 热中子的扩散长度 产生热中子到热中子被俘获所走的距离 所经过的平均时间称 热中子寿命 ， 热中子的扩散长度被定义为： 地层介质中俘获截面大的元素越多 ， 宏观俘获截面就越大 ， 热中子扩散长度 就越小 ， 热中子寿命越小 。 62t 获特性 一、测井原理 第二节 中子测井 中子测井就是通过记录地层中 中子的数量 （ 减速或俘获的中子量 ） ，建立与地层含氢量间的关系 ， 而含氢量又正是岩石孔隙度的反应 。 含氢指数 ： 1 1） 淡水 1216 21 KM 9,9 2） 盐水 ， 单位体积中水的量减少 ， 从而使 ， 介质密度 ， g/ M 化合物的克分子量 X 每个分子中氢原子的个数 ; K 比例常数 。 p)1( 3、岩石的含氢指数 水的矿化度 一、测井原理 第二节 中子测井 3） 油气 烃的含氢指数可以根据其组分和密度估算 ， 设为 烷 （ 石油 n（ 若 ， ， hh 129129 000 12(2 H 一般认为 ， 当孔隙中含油或含水 ， 中子测井的响应是一样的 ， 含氢指数是孔隙度的反映 。 9 偿中子测井 热中子 井壁中子测井 超热中子 中子伽马测井 中子伽马射线 中子寿命测井 热中子 二、中子测井方法 二、中子测井方法 第二节 中子测井 （ 一 ） 井壁中子测井 ， 探测超热中子 （ 录：无限大均匀介质中 ， 距快中子源 记录到的超热中子的记数率与该探测点的热中子通量成正比 。 （ 由扩散方程解出 ） Q 源强 ， 中子源的中子输出率 ， 中子 /秒； r 探测器与源的距离； 快中子减速为超热中子的减速长度 ， 与含氢指数密切相关 。 超热中子的扩散 ， 与散射截面 有关 。 4)(S在源强 ， 源距一定的条件下 ， 只与地层的减速特性有关 ， 而沉积岩的减速特性 ， 主要取决于含氢指数 （ 孔隙度 ） 。 e对记录值进行标准化 美国石油学会规定，在孔隙度为 19%的石灰岩（含淡水）中的测井响应为 1000样，通过中子测井值，就可以确定孔隙度，但这一关系是在石灰岩地层中作出的，因此确定的孔隙度称为石灰岩孔隙度，对于其他岩性需要进行校正。 第一节 声波测井 二、中子测井方法 第二节 中子测井（ 二 ） 补偿中子测井 （ 于热中子测井 ， 得到的中子特性 ， 既与俘获特性有关 ， 又与减速特性有关 。 补偿中子测井 用两个探测器测量热中子通量的比值 ， 建立与 之间的关系 探测器与源距之间的距离 。 )()()( /)(1221 21 21, 计数率比值近似地只与减速长度 而地层的减速长度主要取决于含氢指数 （ 孔隙度 ） 。 第一节 声波测井 二、中子测井方法 第二节 中子测井（ 三 ） 中子伽马测井 （ 沿井身记录中子伽马射线强度的测井方法 ， 与 热中子经扩散被俘获后 ， 放出中子伽马射线 。 复杂 与地层减速特性 ， 俘获特性 ， 以及 射线的衰减特性 ,中子源的源强、 源距等参数都将影响计数率 。 i:吸收系数 u:中子被俘获时放出的 光子数 刻度：脉冲 /分或条件单位：仪器标准化后的刻度单位 ， 将在淡水中测量到的 值 ,作为一个条件单位 。 曲线与 ， ,( 第一节 声波测井 二、中子测井方法 第二节 中子测井（ 四 ） 热中子寿命测井 （ 热中子产生的瞬间到被吸收时刻为止 ， 所经过的平均时间为热中子寿命 。 脉冲子测井 ， 取决于 反映高矿化度地层水的相对体积 。 水层： 油气 : ， 可区分油水层 。 在含高矿化度地层水的生产中研究油层动态及 第一节 声波测井 三、中子测井资料的应用 第二节 中子测井（ 一 ） 几种中子测井方法的比较 1） 超热中子 ） 主要取决于地层的含氢指数 ， 直接反映地层 的变化 热中子 ） 在一定程度上还受含 中子伽马 ） 影响因素太多 ， 一般不太用 。 2） 仍受井径影响 ， 使超热中子探测的效率较低 （ 低 1 ， 统计误差大 ， 多数情况下， 3） 源强大 ， 采用热中子比值 ， 消除了井眼和俘获特性的影响 。 三、中子测井资料的应用 第二节 中子测井 确定地层的孔隙度 总 ， 其实质是地层的含氢量或含氢指数 。 1 纯岩层的孔隙度 曲线 石灰岩孔隙度 砂岩 ， 白云岩 曲线进行岩性校正 真孔隙度 。 2 进行泥质校正 泥质 结晶水 、 束缚水 含氢量大 。 （二）主要用途 三、中子测井资料的应用 第二节 中子测井 3 进行油气校正 1） ， 1， 油的影响可忽略不记 。 但 2个电子的静止质量能 ） ， 电子对作用：一个光子转为两个电子 ， 本身消失 。 当 光子能量 康普顿效应， 光子把一部分能量供给电子 ， 自身能量降低 ， 向另一方向散射 。 当 能量 电效应：低能的 光子把能量供给电子，电子脱离原子核的束缚成为自由电子，自身消失 。 图 4 6 密度测井示意图 一、测量原理 第三节 密度测井 由于发生了这些作用 ， 光子的能量减弱 ， 因此 ， 不同的地方 ， 光子的能量大小不同 。 射线强度的减少量 d ， 与 射线强度 及所通过的介质距离 即 射线的线性吸收系数 。 负号表示 通过介质时 ， 强度是减小的 。 积分得 ，除 外，其他都是常数， 光子的能量大小仅与吸收系数有关。 0 量原理 第三节 密度测井 由于密度测井时 ， 光子的能量约为 适中 ） ， 因此 ，当 光子与地层介质作用时 ， 不发生电子对效应 ， 并设法使光电效应降到最低 ， 使之可忽略不计 。 即让 这样 吸收系数仅与康谱顿效应有关 . 康普顿吸收系数 式中： 原子序数 ， A 克原子量 阿佛加德罗常数 ， 一克原子物质中原子的个数 岩石的电子密度指数 1个 光子与单位面积上 1个电子发生康