地球物理测井10(密度测井和岩性密度测井)

1、10 密度测井和岩性密度测井 10 密度测井和岩性密度测井 密度测井及岩性密度测井都是密度测井及岩性密度测井都是通过研究伽马射线在地层中传通过研究伽马射线在地层中传播的减弱情况来研究地层的。播的减弱情况来研究地层的。10.1伽马射线与物质的作用伽马射线与物质的作用 伽马射线（光子流）穿过物质时与构成物伽马射线（光子流）穿过物质时与构成物质的原子之间发生作用，主要产生如下的质的原子之间发生作用，主要产生如下的现象：现象： 电子对效应电子对效应 伽马射线通过单位厚度的介质时，因形成伽马射线通过单位厚度的介质时，因形成电子对而导致伽马射线的强度的减弱。通电子对而导致伽马射线的强度的减弱。通过不同的物

2、质时减弱程度不同，减弱的程过不同的物质时减弱程度不同，减弱的程度可用吸收系数表示：度可用吸收系数表示： 10.1伽马射线与物质的作用伽马射线与物质的作用 10.1伽马射线与物质的作用伽马射线与物质的作用 可以看出：可以看出： mev时不形成电子对，时不形成电子对， mev时，时， 随随 的增大而增大；的增大而增大； 即受即受Z（原子序数）影响明显。（原子序数）影响明显。 )022. 1(2rAEZANK022. 1rE022. 1rErE2z10.1伽马射线与物质的作用伽马射线与物质的作用 康普顿效应康普顿效应 康普顿吸收系数康普顿吸收系数 其中：其中： 每个光子与单位面积上的一个每个光子与单

3、位面积上的一个电子发生康普顿散射的几率（电子的康普电子发生康普顿散射的几率（电子的康普顿散射截面）顿散射截面） 时，时， （常数）（常数） 。 AZNAeemevEr5 . 225. 0Ce10.1伽马射线与物质的作用伽马射线与物质的作用 光电效应光电效应 光电效应的吸收系数光电效应的吸收系数 其中：其中： 光子的波长光子的波长 n 为一常数。为一常数。 nAZ1 . 40089. 010.1伽马射线与物质的作用伽马射线与物质的作用 可以看出可以看出光子的能量较低（光子的能量较低（ ）时，）时，射线与射线与物质的作用以光电效应为主，吸收系物质的作用以光电效应为主，吸收系数数 。光子的能量为中等

4、（光子的能量为中等（ ）时，）时，射线射线与物质的作用以康普顿效应为主。与物质的作用以康普顿效应为主。光子的能量较高（光子的能量较高（ ）时，伽马射）时，伽马射线与物质的作用以电子对效应为主。线与物质的作用以电子对效应为主。 mevEr1 . 06 . 4ZmevEr51 . 0mevEr510.1伽马射线与物质的作用伽马射线与物质的作用 射线穿过物质时，同时发生三种作用而减射线穿过物质时，同时发生三种作用而减弱，其吸收系数为弱，其吸收系数为实验证明：实验证明： 其中：其中：I0射线源产生的射线源产生的射线的强度射线的强度 I射线经过射线经过L厚度的介质后的强度厚度的介质后的强度LeII010

5、.2 密度测井（密度测井（DEN或或FDC）10.2.1密度测井的基本原理密度测井的基本原理 仪器的结构：仪器的结构：源源探测器探测器源距源距 10.2.1密度测井的基本原理密度测井的基本原理 源源 即伽马源产生的即伽马源产生的是中等能量的光是中等能量的光子流，自然它在子流，自然它在穿过物质时，主穿过物质时，主要与其发生康普要与其发生康普顿效应顿效应 )661. 0(011375613755meveBCas10.2.1密度测井的基本原理密度测井的基本原理 探测器探测器 与自然伽马测井与自然伽马测井的探测器类似，的探测器类似，单位时间内产生单位时间内产生的电脉冲数与的电脉冲数与射射线的强度成正比

6、。线的强度成正比。10.2.1密度测井的基本原理密度测井的基本原理 与地层密度的关系与地层密度的关系10.2.1密度测井的基本原理密度测井的基本原理 主要产生中等主要产生中等能量的伽马光子，能量的伽马光子，所以伽马光子，所所以伽马光子，所以伽马光子与地层以伽马光子与地层之间主要发生康普之间主要发生康普顿效应顿效应 )(2fN 137sC10.2.1密度测井的基本原理密度测井的基本原理所以所以 )(3fN 10.2.1密度测井的基本原理密度测井的基本原理因为因为 时时 对于沉积岩：对于沉积岩：所以所以 AzNAemevmevEr5 . 225. 0Ce5 . 0AZ)(4f10.2.1密度测井的

7、基本原理密度测井的基本原理)(4f)(3fN )(Nf)(5fN 10.2.1密度测井的基本原理密度测井的基本原理 通过已知密度的地层对通过已知密度的地层对仪器进行刻度仪器进行刻度 对未知地层通过研究伽对未知地层通过研究伽马射线的强度的减弱情马射线的强度的减弱情况就可以研究地层的体况就可以研究地层的体积密度积密度 )(Nf10.2.1密度测井的基本原理密度测井的基本原理对于单探测器对于单探测器 由由 获得获得的密度为体积密度（体的密度为体积密度（体积密度测井积密度测井DEN）。）。 主要反映泥饼和冲洗带主要反映泥饼和冲洗带的密度。的密度。)(Nfb10.2.1密度测井的基本原理密度测井的基本原

8、理 对于双探测器对于双探测器 NS 主要取决于泥饼主要取决于泥饼的密度的密度 NL 主要取决于冲洗主要取决于冲洗带及泥饼的密度带及泥饼的密度10.2.1密度测井的基本原理密度测井的基本原理 对于双探测器对于双探测器 由由NS、NL共同确定共同确定密度密度 为补偿密度（补偿为补偿密度（补偿密度测井密度测井FDC）主）主要反映冲洗带的密要反映冲洗带的密度度 b),(SLbNNf10.2.1密度测井的基本原理密度测井的基本原理10.2.2 补偿密度测井曲线补偿密度测井曲线 曲线曲线主要反映主要反映冲洗带的密度冲洗带的密度对于厚层半幅点对应于层对于厚层半幅点对应于层界面界面地层中部的测井值最接近地层中

9、部的测井值最接近地层的真实的密度。地层的真实的密度。 b10.2.2 补偿密度测井曲线补偿密度测井曲线 曲线曲线反反映井眼及泥饼的映井眼及泥饼的情况，其大小与情况，其大小与井眼及泥饼密度井眼及泥饼密度密切相密切相 10.2.2补偿密度测井曲线补偿密度测井曲线10.2.3密度测井的影响因素密度测井的影响因素 主要是井眼情况，如果极板与主要是井眼情况，如果极板与井壁贴不严使测得的密度偏低。井壁贴不严使测得的密度偏低。 10.2.4密度测井资料的应用密度测井资料的应用划分岩性划分岩性 不同的岩性，其密度不同：不同的岩性，其密度不同：石英石英 2.65方解石方解石 2.71白云石白云石 2.87石膏为

10、石膏为 2.98，不同矿物构成的岩石的不同。不同矿物构成的岩石的不同。 10.2.4密度测井资料的应用密度测井资料的应用判断气层判断气层 天然气的密度很小，导致密度天然气的密度很小，导致密度测井曲线上气层显示为低值。测井曲线上气层显示为低值。 用密度测井曲线判断气层的条用密度测井曲线判断气层的条件是冲洗带必须有气存在件是冲洗带必须有气存在 。 10.2.4密度测井资料的应用密度测井资料的应用确定岩层的孔隙度确定岩层的孔隙度 方法一：岩心刻度测井法方法一：岩心刻度测井法用岩芯的实验分析结果用岩芯的实验分析结果 与与 进行回归确定孔隙度与密度的关进行回归确定孔隙度与密度的关系系 ：将目的层的密度测

11、井值代入确将目的层的密度测井值代入确定的关系式求目的层的孔隙度定的关系式求目的层的孔隙度 。 b)(bf10.2.4密度测井资料的应用密度测井资料的应用确定岩层的孔隙度确定岩层的孔隙度 方法二：用体积模型法进行推导：方法二：用体积模型法进行推导： fmamabVVVfmabVVVV)(fmab)1 ()/()(fmabma 10.2.4密度测井资料的应用密度测井资料的应用确定岩层的孔隙度确定岩层的孔隙度 fmabma10.2.4密度测井资料的应用密度测井资料的应用确定岩层的孔隙度确定岩层的孔隙度 这种由密度确定的孔隙度记为这种由密度确定的孔隙度记为 不同的情况下用求密度的孔隙度的不同的情况下用

12、求密度的孔隙度的公式不同公式不同 。 D10.2.4密度测井资料的应用密度测井资料的应用确定岩层的孔隙度确定岩层的孔隙度 纯地层：纯地层： fmabmaD10.2.4密度测井资料的应用密度测井资料的应用确定岩层的孔隙度确定岩层的孔隙度 泥质地层：泥质地层： fmashmashfmabmaDV10.2.4密度测井资料的应用密度测井资料的应用确定岩层的孔隙度确定岩层的孔隙度 冲洗带含有残余油气的纯地层冲洗带含有残余油气的纯地层 冲洗带含有残余油气的泥质地层冲洗带含有残余油气的泥质地层 10.3 岩性密度测井（岩性密度测井（LDT） 岩性密度测井除了测量地岩性密度测井除了测量地层的体积密度之外还测量

13、对地层的体积密度之外还测量对地层岩性非常敏感的光电吸收截层岩性非常敏感的光电吸收截面指数面指数 。 石英石英 方解石方解石 白云石白云石 1.81 5.08 3.14 ep10.3.1岩性密度测井的基本原理岩性密度测井的基本原理 井下仪器的结构：井下仪器的结构：伽马源伽马源长源距探测器长源距探测器短源距探测器短源距探测器 10.3.1岩性密度测井的基本原理岩性密度测井的基本原理 伽马光子与地层伽马光子与地层的作用过程的作用过程:由伽马源（由伽马源（ ）产）产生的伽马光子的能生的伽马光子的能量为量为0.661mev（中（中等），所以与地层等），所以与地层主要发生康普顿效主要发生康普顿效应。应。

14、137sC10.3.1岩性密度测井的基本原理岩性密度测井的基本原理 伽马光子与地层的伽马光子与地层的作用过程作用过程:由于发生了康普顿由于发生了康普顿效应，其伽马光子的效应，其伽马光子的能量减弱，变成了散能量减弱，变成了散射伽马光子。射伽马光子。 10.3.1岩性密度测井的基本原理岩性密度测井的基本原理 伽马光子与地层的伽马光子与地层的作用过程作用过程:当散射伽马光子的当散射伽马光子的能量还较高时，再次能量还较高时，再次发生康普顿效应，能发生康普顿效应，能量进一步减弱，直到量进一步减弱，直到能量低于某一值（能量低于某一值（E0）时，康普顿效应才停时，康普顿效应才停止。止。 10.3.1岩性密度

15、测井的基本原理岩性密度测井的基本原理 伽马光子与地层伽马光子与地层的作用过程的作用过程:能量低于某一值能量低于某一值（E0）后，伽马光）后，伽马光子与地层主要发生子与地层主要发生光电效应。光电效应。 10.3.1岩性密度测井的基本原理岩性密度测井的基本原理 伽马光子的分类伽马光子的分类:高能段高能段: 能量为能量为0.661E0Mev的伽马光子。的伽马光子。低能段低能段: 能量低于能量低于E0 Mev的伽的伽马光子。马光子。 10.3.1岩性密度测井的基本原理岩性密度测井的基本原理 探测器探测器 探测器探测器(短源距短源距和长源距和长源距)每接收每接收到一个伽马光子就到一个伽马光子就产生一个电

16、脉冲，产生一个电脉冲，电脉冲的幅度正比电脉冲的幅度正比于伽马光子的能量。于伽马光子的能量。 10.3.1岩性密度测井的基本原理岩性密度测井的基本原理 计数率计数率 地面仪器根据电脉地面仪器根据电脉冲的幅度将短源距和长冲的幅度将短源距和长源距探测器产生的电脉源距探测器产生的电脉冲进行分类计数，获得冲进行分类计数，获得各自高能段与低能段的各自高能段与低能段的计数率：计数率： Ns 短源距、高能段短源距、高能段 NL 长源距、高能段长源距、高能段 Nlith 长源距、低能段长源距、低能段 10.3.1岩性密度测井的基本原理岩性密度测井的基本原理 地层体积密度地层体积密度 的测量的测量 能量为（能量为

17、（0.661E0）伽马光子的多少，）伽马光子的多少，取决于康普顿效应。即高能段伽马光子的取决于康普顿效应。即高能段伽马光子的多少（对长源距测量值为多少（对长源距测量值为NL，对短源距，对短源距测量值为测量值为Ns）与地层的密度有关。）与地层的密度有关。 用已知密度的地层或模块刻度用已知密度的地层或模块刻度 确定密度确定密度与计数率的关系：与计数率的关系： b),(sLbNNf10.3.1岩性密度测井的基本原理岩性密度测井的基本原理 光电吸收截面指数光电吸收截面指数 的测量的测量对于低能段的光子数与两个因素有关：对于低能段的光子数与两个因素有关： 与康普顿效应有关：与康普顿效应有关： 地层中的康

18、普顿效应越强，有越多的高能地层中的康普顿效应越强，有越多的高能光子变为低能光子。光子变为低能光子。与光电效应有关：与光电效应有关： 地层中的光电效应越强就有越多的低能光地层中的光电效应越强就有越多的低能光子被吸收，而光电效应的吸收系数与子被吸收，而光电效应的吸收系数与z的的关系密切（关系密切（ ）即与岩性有关。）即与岩性有关。 ep6 . 4z10.3.1岩性密度测井的基本原理岩性密度测井的基本原理 光电吸收截面指数光电吸收截面指数 与比值与比值 有很好有很好的线性关系。的线性关系。 其中：其中：Nlith低能段光低能段光子计数率子计数率 NL高能段光子高能段光子计数率计数率 epepLlithNN)(Llit