地球物理测井.放射性PPT演示课件

资源与环境学院,程超,第三章核测井（放射性测井）,一、地层的地球物理特性,二、阿尔奇公式,7个核特性/放射性,适用条件纯岩石,三、岩石体积物理模型,以物质的原子核物理性质为基础的一组测井方法。它是根据岩石及其孔隙流体和井内介质（套管、水泥等）的核物理性质，研究钻井地质剖面，勘探石油、天然气、煤以及铀有用矿藏，研究油田开发工程的一类测井方法。,核测井（放射性测井）:,核测井的适用条件：,核测井的优点：,核测井的缺点：,一般的泥浆井、油基泥浆井、高矿化度泥浆井、空气钻井（裸眼井、套管井）,它是唯一能够确定岩石及其孔隙流体化学元素的含量的测井方法,成本高，测速低，需要有一定的保护措施，否则会对人体有伤害。,分类：伽马类测井、中子类测井以及核磁类测井,目前，伽马射线类测井方法可以划分为三亚类：,(1)通过测量放射性元素自然衰变产生的伽马射线强度，研究地层物理性质的一类测井方法，如GR、NGS、RTS。,(2)通过测量伽马射线与地层相互作用后诱发产生的伽马射线的强度来研究地层物理性质的一类测井方法，如FDL、FDC、（LDL）。,(3)通过测量中子射线与地层相互作用后诱发产生的伽马射线的强度来研究地层物理性质的一类测井方法，如NG、CNL。,一、原子核的衰变及放射性,1、原子的结构,原子：由原子核及其核外电子层组成的一种很微小的粒子。,原子核由质子和中子组成,2、同位素,同位素：质子数相同的同一类原子。例：氢的同位素：氕、氘、氚,伽马测井的核物理基础,3、核衰变,放射性：自发地释放出、，射线的性质,放射性核衰变的规律：放射性核数随时间按指数递减的规律变化。即：,N:放射性元素个数,t:时间,：衰变系数,核衰变：放射性元素的原子核自发地释放出一种带电粒子（或），蜕变成另外某种原子核，同时放射出伽马（）射线的过程。,伽马测井的核物理基础,半衰期：从N0个原子开始衰变到N0/2时所经历的时间。用T表示：,放射性元素不同，其半衰期也不同（见P135）。,4、放射性射线的性质,核衰变放出三种射线：、,伽马测井的核物理基础,射线,射线,能量衰减快、穿透能力弱,射程短,带电,射线,是频率很高的电磁波、能量高,穿透能力强,射程长,中性粒子射线不是由核衰变产生的，是由特殊的中子源产生的，特点是：能量高、穿透力强,探测器能探测到的射线：中子射线、射线,伽马测井的核物理基础,二、常用GR强度单位,1、放射性强度单位,2、放射性剂量单位,1居里：单位时间内发生衰变的原子核数。,1居里=1克镭的源强=1克镭当量/克（每克物质的放射性强度单位相当于1克镭）=3.7*1010次/秒,单位质量的物质被射线照射时所吸收的能量来度量射线强度为放射性剂量。用伦琴表示。而测井用的单位是微伦琴/小时，单位时间内的射线剂量为剂量率。,伽马测井的核物理基础,3、条件单位,测井时记录的是单位时间的脉冲数，不同的仪器记录器在统一标准下刻度。采取相同的单位：微伦琴/小时API,伽马测井的核物理基础,二、常用GR强度单位,核射线探测器-闪烁记数管,它由光电倍增管和碘化钠晶体组成。它是利用被伽玛射线激发的物质的发光现象来探测射线的。,伽玛射线,碘化钠晶体,光电倍增管电子数逐级倍增,大量电子最后到达阳极使阳极电压瞬时下降产生电压负脉冲，输入测量线路予以记录,用单位时间记录的脉冲数来反映伽玛射线的强度,伽马测井的核物理基础,GR测量的是岩层的自然放射性强度（不用任何放射性源）,一、岩石的自然放射性,自然伽马测井,自然界中存在着三个天然放射系:,因此，岩石的自然放射性主要决定于由238U和232Th开头的两个放射系和放射性同位素40K。,铀系,钍系,锕系,一、岩石的自然放射性,岩石中主要的放射性元素：92U23890Th23219K40,岩石的自然放射性强度主要取决于其三者的比例，其含量与岩性以及形成过程中的物理化学条件有关，因此，岩性不同，GR不同。火成岩变质岩沉积岩,沉积岩骨架不含重矿物，除钾岩外，其他岩石本身基本上不含放射性，但在形成过程中会多少地吸附些放射性元素。,除了钾岩及骨架含放射性元素的岩石外，岩石的GR强度随岩石颗粒变细而增加。通常情况下：地层的GR值的高低主要取决于泥质含量,自然伽马测井,沉积岩的自然放射性有以下变化规律：a.随泥质含量的增加而增加；b.随有机物含量增加而增加，如沥青质泥岩的放射性很高。在还原条件下，六价铀能被还原成四价铀，从溶液中分离出来而沉淀在地层中，且有机物容易吸附含铀和钍的放射性物质；c.随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。,放射性核素在岩石中的分布,自然伽马测井,泥浆,仪器外壳,进入探测器,记录连续电流所产生的电位差,穿过,至,经传输,至地面仪器处理,使与单位时间的电脉冲数成正比,射线,GR曲线,二、GR测井基本原理,自然伽马测井,三、GR曲线特征（均匀理想模型地层点测）,GR（API）,当上下围岩相同时，曲线对称于地层中部，低放射性地层对应GR低，高放射性地层对应GR高,h3d曲线幅度不受岩层厚度的影响；h3d曲线的最大或最小受岩层厚度的影响（？）,自然伽马测井,自然伽马测井,四、影响因素,1、岩层厚度的影响,2、井参数影响,d增加,裸眼井对GR吸收增加，但泥浆中所含一定的放射性补偿了一部分，影响小,套管井：水泥环厚度增加-GR减小,岩层厚度增加或减小，GR曲线减小或增大。,自然伽马测井,3、统计涨落误差,由于涨落误差的存在，实测的GR曲线出现许多“小锯齿”,自然伽马测井,放射性涨落现象:在放射性源强度和测量条件不变的条件下，在相等的时间间隔内，对放射性射线的强度进行重复多次测量，每次记录的数值不同。,同一放射性元素在相同的时间间隔内，衰变次数不完全相同，总是围绕一平均值上下起伏。,放射性涨落是自然现象，由于放射性涨落的存在，自然伽马测井曲线即使在厚地层也会出现如图35所示的随机振荡现象，因此，对GR曲线读值应读其平均值。,统计涨落是由核衰变本身的特性所决定的，与环境和人的因素无关。,4、测井速度,GR（API）,滞后现象,积分电路的特点所至,当h一定：GR受V测和时间常数的影响t=h/v；v增加，t7陆相沉积、氧化环境、风化层,TH/U7海相沉积、灰色、绿色页岩,TH/U2海相黑色页岩、磷酸盐岩,自然伽马能谱测井（NGS）,6、确定粘土矿物类型,（各种粘土矿物由于各自的地质成因及地球化学性质的不同，铀（U）、钍(Th)、钾(K)的含量也各不相同。一般来讲，在绝大多数粘土矿物中，钾和钍的含量高，而铀的含量相对较低。因此，根据钍、钾含量的比值，可以大致确定粘土矿物的类型。,纯的碎屑岩储集层K、Th、U的含量均很低。但当这些岩石中含有高放射性矿物（如独居石、锆石等）时，纯砂岩的K、Th、U含量也能显著增高。右图中420-490ft之间的膨润土和凝灰岩薄层显示为低含钾、高含铀和钍。775-900ft之间为高含铀的砂岩地层。故总计数率不能作为泥质指示曲线用。,寻找高放射性碎屑岩和碳酸盐岩储集层,高放射性碎屑岩储集层,自然伽马能谱测井（NGS）,和碎屑岩储集层一样，纯的碳酸盐岩储集层K、U、Th的含量都很低。但当地层中有钾碱、长石和粘上矿物时、K含量会明显上升；而在还原条件下，地层水中的铀在渗透带沉积，可使地层的U含量高达20ppm。因此在碳酸盐岩剖面中，自然伽马能谱测井有助于区分岩性，对剖面进行详细对比，更可靠地估算泥质含量，寻找高产裂缝带及确定施行增产措施的层位。,高放射性碳酸盐岩储集层,自然伽马能谱测井（NGS）,本节的重点：,岩石的自然放射性,GR曲线的应用及影响因素,NGS曲线的应用与GR曲线间的关系,核衰变、核射线、放射性强度单位,自然伽马能谱测井（NGS）,放射性同位素示踪测井(RadioactiveTracerSurvey,RTS),什么是放射性同位素测井？P175,利用人工放射性同位素做为示踪剂研究和观察油井技术状况和采油注水动态的测井方法。施工时向井内注入被放射性同位素活化的溶液或固体悬浮物，并将其压入管外通道或进入地层或滤积在射孔道附近的地层上，在此前后分别进行伽马测井，称之为Jr1和Jr2。对比这两条曲线，就能知道注入的示踪剂沿井剖面的分布，从而解决与示踪过程有关的各种问题。,放射性同位素示踪测井至少需要两次测井，即在向井内注入经放射性同位素活化的溶液或活化物质前、后，各测一条伽马强度曲线。通过对比不同时间测得的曲线变化，可以检查窜槽井段、确定分层吸水量、检查地层压裂酸化的效果以及确定水泥面上返高度等。,1,2,3,4,根据施工的目的，一般说来应考虑下列几个方面：（1）应能放出较高能量的伽马射线；（2）要有合适的半衰期；（3）为了工作安全方便，放射性同位素应易于配成它的盐溶液形式；（4）应具备适宜的吸附能力。,放射性同位素的选择和配制,通常生产中选用Zn65，Ag110和I131作为示踪元素，用粒径大于50微米的医用骨质活性碳做固相载体。放射性同位素均匀牢固地吸附在固相载体上，与水配制成活化悬浮液。通常的浓度0.5-1毫居里/m3,放射性同位素的选择和配制,放射性同位素载体法测注水井的分层相对吸水量,对足够厚的地层来说（忽略层厚影响），地层的吸水量近似地与活化层造成的曲线异常面积的增量成正比。,例1,图中自然伽马基线和同位素追踪曲线1、2、3分别为不同时间测得的伽马测井曲线。不同时间测得的曲线分离反映出层间、层内吸水不均的特征。,吸水剖面图:,例2,检查管外串槽,由于固井质量差，或固井后由于射孔及其它工程施工使水泥环破裂，可造成层间串通，即形成串槽。这对采油和注水均有不良影响，所以应及时测定并采取堵串措施。放射性示踪法是查串的有效方法之一。施工时先测一条自然伽马参考曲线。而后用Zn65或Ag110配成浓度为0.5-1毫居里/米3的活化液，并将其压入找串层段。再测一条示踪曲线，与先测得的参考线比较、则可查出示踪液的通道，找出串槽位置。,例3,检查封堵效果,在下列几种情况下需要二次注水泥进行封堵：（1）串槽；（2）油井中部分层段出水；(3)误射孔。若在