七放射性测井.ppt

1,核测井(放射性测井)Nuclear(Radioactive)Logging,绪放射性测井的种类核测井物理基础自然伽马及自然伽马能谱测井密度及岩性密度测井中子测井其它核测井核磁共振测井,2,伽马测井核物理基础,核衰变及其放射性放射性强度与活度伽马射线()与物质的相互作用,3,核衰变及其放射性,放射性核素的发现过程放射性核素核素是指原子核中具有一定数量的质子和中子并在同一能态上的同类原子,同一核素的原子核中质子数和中子数都相等.判断1H1、1H2、1H3是否为同一核素？元素？同位素？放射性同位素？,4,放射性核素及其核射线,1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀的化合物能使包在黑纸里的胶片感光，由此发现了天然放射性核素。放射性核素及射线?,5,三种射线,:2He4组成的粒子流:电子流:波长很短的电磁波,镭源,射线,射线,射线,磁场,6,E=1.17Mev,E=1.33Mev,+,7,+,+,+,E=1.46Mev,放射性核素指原子核能自发地发生衰变的核素,8,放射性活度、强度及比度,放射性活度一定量的放射性核素，在单位时间里发生衰变的核数（核的数量）。放射性强度一定量的放射性核素，在单位时间里放出某种射线的数量。放射性比度指放射性核素的活度与其质量之比（亦称比放射性、比活度或放射性浓度）。,9,伽马射线与物质的相互作用,光电效应康普顿-吴有训效应电子对效应(形成电子对),电子,原子核,光电子,+e,-e,10,光电效应吸收系数,康-吴效应吸收系数,形成电子偶吸收系数,康-吴效应,光电效应,形成电子偶,总效应,吸收系数,能量,11,伽马射线的探测,放电计数管(G-M)闪烁计数管,12,阴极,阳极,输出,0,u,13,自然伽马(GR)和自然伽马能谱(NGS)测井(GammaRayandNaturalGRSpectrolog),岩石的自然伽马放射性测量原理曲线特征资料用途,14,岩石的自然伽马放射性,自然界中的核素自然界中的放射性核素岩石的自然伽马放射性岩石自然伽马放射性特点,15,自然界中放射性核素的分布规律,90余种元素,273种为稳定核素,据统计:A209的核素,全部为放射性核素,300余种核素,60余种为放射性核素,16,自然界中的放射性核素主要由3种原子核（母元素）衰变而来,铀系,锕系,钍系,除此之外,还有不成系的,因此,岩石的GR强度,取决于铀系、钍系核素和钾40的含量。,17,岩石的GR强度分布规律,不同岩类的GR强度分布规律,火成岩,沉积岩的GR强度分析,碎屑岩,沉积岩,变质岩,化学岩,粘土岩,18,在不含放射性矿物富集带的情况下，岩石的自然伽马放射性强度主要取决于其泥质含量,19,20,21,GR测井资料的用途,曲线特点资料用途,划分岩性求地层泥质含量地层对比,22,高GR,低GR,高GR,GR曲线特点:1.当目的层上下围岩岩性相同时,曲线对称于地层中部；2.在高放射性地层中部,GR曲线出现极大值;3.在低放射性地层中部,;4.当h7时，陆相沉积、氧化环境、风化层；2Th/UUf,所以计算储集层的泥质含量识别气层及重矿物,52,53,随钻方位密度测井,原理与常规密度测井原理相同特点可同时测得同一深度处4个方位的密度值,而非某一深度处的密度平均值.,54,放射性同位素示踪测井(RTS)(RadioactiveTracerSurvey),基本原理资料用途,55,RTS资料用途,向井内注入活化液,确定窜槽位置,56,检查封堵效果,向井内注入活化水泥,57,检查压裂效果,向井内注入活化砂,58,确定吸水剖面,计算相对吸水量,向井内注入活化固相载体,59,中子测井(NL)（NeutronLogs）,中子测井的核物理基础中子和中子源中子与物质的相互作用中子探测器,热中子测井超热中子测井中子伽马测井,60,中子与物质的相互作用,快中子的非弹性散射快中子对原子核的活化快中子的弹性散射热中子的扩散和俘获,61,中子的分类,快中子En0.5Mev慢中子En1KevEnEn=0.025ev热中子En,中能中子,超热中子,冷中子,62,快中子的非弹性散射,63,快中子对原子核的活化,硅活化铝活化钙活化氯活化等,64,快中子的弹性散射,65,减速长度LS,快中子,核素名称散射截面最大能量损失平均热化次数Ca9.58371Cl1010316Si1.712261O4.221150C4.828115H4510018,热中子,66,67,H()减速能力减速长度Ls,68,69,源距L,零源距,长源距,短源距,在离源较近时,在离源较远时,测井时,使用长源距,故计数率越低,反映岩层含氢量越高,70,中子及中子伽马测井,补偿中子(热中子)测井(CNL)井壁中子(超热中子)测井(SNP)中子伽马测井(n-),CNLCompensatedDual-SpacingNeutronLogSNPSidewellNeutronPorosityLogProximityLog?Permeability?Saturation?,71,基本原理计数率含氢指数H石灰岩孔隙度仪器以石灰岩为标准刻度的孔隙度单位,72,中子及中子伽马测井资料的用途,求岩层孔隙度划分岩性及地层识别气层,73,74,中子测井孔隙度关系式,石灰岩的Hma=0砂岩的Hma=-0.035白云岩的Hma=0.05,75,曲线重叠法判断岩性,76,曲线重叠法识别岩性中子孔隙度N和密度孔隙度D重叠,注意:此处N和D均为石灰岩孔隙度,77,曲线重叠法判断气层,78,79,80,中子寿命测井(NLL)(热中子衰减时间测井(TDT)(NeutronLifetimeLogThermalDecayTime),中子寿命中子寿命测井原理中子寿命测井资料的用途,81,NLL测量原理,N0:开始衰减时的热中子密度N:经过时间T的热中子密度:岩石的热中子寿命(即从热中子产生到63.7%被俘获所经历的平均时间),82,测量方法中子寿命测井的应用,83,NLL资料的用途,划分油水层,含Cl较高的水层对热中子的俘获截面大,显示的曲线幅度较小,84,85,观察油水或气水界面的变化,86,判断气层(计数率曲线重叠法),双源距中子寿命测井的长、短源距计数率曲线在水层基本重合,而在孔隙较高的纯天然气层,两条曲线则明显分离,87,88,检查酸化效果,酸化前后分别进行中子寿命测井，若酸化效果好，则两次的俘获曲线会出现明显的幅度差。若两条曲线基本重合，则说明酸化无效,89,计算储层含水饱和度,90,碳氧比能谱测井,绪C/O能谱测井原理C/O能谱测井资料的用途,91,C/O资料的用途1.确定含油饱和度2.划分水淹层,92,93,核磁共振测井(NMRL)(NuclearMagneticResonanceLog),绪基本原理资料用途,核磁共振是指处在某一静磁场中的原子核系统，受到相应频率电磁波作用时，在它们的磁能级之间发生的共振跃迁现象。,94,核磁共振测井资料的用途可提供岩石孔隙度、渗透率、和岩石孔径分布等参数，其所测孔隙度不受岩性影响，同时能捕获毛细管束缚水和粘土束缚水的孔隙体积，比传统的依赖骨架参数评价孔隙度更为准确。在识别低孔渗透层、低阻油层、稠油层的评价及复杂岩性的评价方面非常有效。,95,原子核的磁性原子核除了具有质量和电荷两个基本特性之外，实验表明，许多原子核如同陀螺一样围绕着某个轴作自身旋转运动。,96,进行自旋运动的原子核都具有一定的自旋角动量，它是一个矢量，用p表示，它的方向与自旋轴重合，根据量子力学，自旋角动量的绝对值由下式决定,式中:h为普朗克常数，I为自旋量子数,97,原子核的磁性具有自旋角动量的带电原子核如同一个磁化的小“陀螺”，具有磁矩。由原子核磁矩和角动量的绝对值之比，定义为原子核的磁旋比。它是表征原子核核磁性质的重要参数。,当原子核处于磁场强度为B0的稳定磁场中时，磁矩将受到一个转矩使之按B0定向，但由于自旋角动量P与磁矩是共轴的，将受到自旋角动量的反抗，于是产生绕B0的进动，进动的角速度为：,进动频率为：,称f为拉莫频率,98,原子核系统的磁化强度,原子核磁化强度矢量M0,一般情况下，系统中个原子核磁矩的方向是杂乱无章的，因此矢量和等于零。,如果把原子核系统放入磁场当中，原子核磁矩就要围绕磁场方向产生进动。这时磁矩的方向不再杂乱无章，而是有一定规律的。因此M0不再等于零，也就是原子核系统被磁化。在加静磁场B0的情况下，矢量M0与B0方向一致。,99,核磁共振现象：对于被磁化的自旋系统，若再施加一个与静磁场垂直的交变磁场B1，此时就会发生核磁共振现象（从量子力学的角度说，此时交变磁场的能量等于质子能两个能级的能量差），即处于低能态的核磁矩吸收交变磁场提供的能量，跃迁到高能态，磁化强度相对于外磁场发生偏转，这种现象被成为核磁共振。,交变磁场可以连续施加，也可以以脉冲的形式施加，现代核磁测井大多数采用脉冲方法。脉冲有900和1800之分,100,101,磁化强度的弛豫过程,在静磁场中，MZ=M0,M=0,M0,B0,当原子核系统再受到另一个电磁场的作用，磁场强度就会偏离平衡位置，则MZM0,M0,MZ,M,M,B0,Z,T2,T1,当外加电磁场去掉之后，原子核系统的不平衡状态并不能维持下去，要向平衡状态恢复。但恢复过程并不能马上完成，需要一定的时间。把原子核系统从不平衡状态向平衡状态恢复的过程成为弛豫过程。,102,实验表明，对于大多数不太粘的流体，MZ分量与M分量向平衡位置的恢复速度与它们离开平衡位置的程度成正比，即,103,驰豫：在射频脉冲施加以前，自旋系统处于平衡状态，磁化矢量与静磁场方向相同；射频脉冲作用期间，磁化矢量偏离静磁场方向；射频脉冲作用完后，磁化矢量又将通过自由进动，朝Bo方向恢复，使该自旋从非平衡态分布恢复到平衡状态分布。恢复到平衡态的过程叫驰豫。,横向驰豫时间T2纵向驰豫时间T1,104,横向驰豫时间T2：非平衡态磁化矢量的水平分量M衰减至零的过程称为横向驰豫过程，驰豫速率用1/T2表示,T2被称为横向驰豫时间。,纵向驰豫时间T1：磁化矢量的纵向分量MZ恢复到初始磁化强度M的过程，称为纵向驰豫过程，驰豫速率用1/T1表示，T1叫做纵向驰豫时间。,105,核磁测井测量原理,106,核磁测井测量原理,一.自由进动法；二.自旋回波法。,107,108,孔隙流体核磁共振弛豫机理,1.RW机理；2.RDG机理；3.RBV机理；4.AHD机理；5.RP机理。,即扩散弛豫，指在梯度(Gradient)场中分子扩散(Diffusion)将缩短弛豫时间。,指顺磁(Paramagnetic)物质(铁、锰等)能缩短弛豫(Relaxation)时间.,体积(Bulk)流体的弛豫(Relaxation)时间Tb反比于流体的粘度(Viscosity).T2T/,指信号的初始幅度(Ampitude)正比于氢(Hydrogen)核的密度(Density).A=KNV,109,核磁测井资料的解释于应用,1.岩层孔隙的分析及解释；2.判别流体类型、确定流体饱和度；3.渗透率计算；4.估算原油粘度；5.其他应用。,由于粘土矿物吸附水的T2衰减很快，仪器测不到这部分信号。因此利用T2计算的孔隙度是不含粘土束缚水的有效孔隙度MPHI。T2分布谱的总面积即代表地层的总孔隙体积，由于T2中衰减较快的分量对应于地层中毛细管束缚水，而衰减较慢的分量是地层中可动流体的贡献。因此，在T2分布谱上选择一合适的截止值T2c，大于和小于T2c的T2分布面积就分别对应于可动流体体积和束缚流体体积。,截止时间T2c的选择外国公司提供的经验值：砂岩层:33ms碳酸盐