数字测井技术在地浸采铀中的应用研究

1、数字测井在地浸采铀中的应用研究阙为民收稿日期： ； 修回日期：*作者简介：阙为民（1965），男，湖南安化人，研究员级高级工程师，在职博士研究生；从事地浸采铀研究工作。1，2 ，姚益轩2，赵伍成3，赵海军3，李建东2（1天津大学，天津，300072；2核工业北京化工冶金研究院，北京 101149； 3中国核工业集团公司兰田铀矿，陕西 西安 710500）摘要：采用数字测井，建立孔隙度模型、渗透率模型和泥质含量模型，由测井直接获得了各分层有效孔隙度、渗透率、泥质含量等资料，对含矿含水层进行了更为详细的岩性划分，为地浸采铀的工艺生产、技术管理提供准确的信息资料。关键词： 数字测井；地浸采铀 ；物性

2、参数 ；定量解释中图分类号：P631·81；TL212·12 文献标识码：A 文章编号：1000-8063THE APPLICATION STUDY OF DIGITAL LOGGING IN THE IN-SITU URANIUM LEACHINGQUE Wei-min1，2，YAO Yi-xuan2，ZHAO Wu-cheng3， ZHAO Hai-jun3 ，LI Jian-dong2（ 1. Tianjin University，Tianjin 300072，China ；2. Beijing Research Institute of Chemical Engin

3、eering and Metallurgy，CNNC，Beijing 101149，China. ；3. Lantian Uranium Mine，CNNC，Xian 710500，China）Abstract: Digital logging is employed to establish up finestra density model, permeability model and mud contain quantity model. Each section of available finestra density, permeability and mud contain q

4、uantity etc. materials are got through direct measure of the well. The more detail classification of the lithology is done for the contained ore aquafer, which provides veracious information for in-situ mining uranium technology production and technique management. in-situ mining uranium, Key words：

5、Digital logging；in-situ uranium leaching；matter character parameter；quantitative explain引言随着地浸技术的发展，地浸采铀过程越来越需要准确知道地下含矿层各岩性分层的渗透性能和对溶浸液的接收能力、填砾式钻孔结构中砾石的投放位置、成井后的水泥固井质量好坏、开采期间钻孔剖面上有无溶浸液的串层和跑漏现象，准确确定铀镭平衡系数变异系数和浸出结束后矿层剩余铀储量等资料。地球物理测井是获得这些地下信息最为经济有效的方法，地球物理综合测井在地浸采铀过程中具有效率高、成本低、效果好的重要优点，可以在较短的时间内和不影响生产的

6、条件下，取得大量接近于真实情况的大量信息；为地浸采铀的工艺生产、技术管理提供准确的信息资料。目前国内地浸采铀工艺钻孔测井还不具备这些功能。所以，为了满足地浸技术发展的需要以及通过测井为地浸开采过程提供更多的有用信息，有必要借鉴石油系统测井技术和引进国外地浸矿山专用测井技术及设备。2004年在内蒙某铀矿床地浸试验中利用与石油系统技术合作的机会，开展了数字测井在地浸中的应用研究，采用SKH-2000数控测井系统对正在施工的SZ01-2孔进行了测井，采用数字测井软件进行解释，并对以往钻孔测井资料进行了重新处理，对含矿含水层进行了更为详细的岩性划分，通过测井直接获得了各分层有效孔隙度、渗透率、泥质含量

7、等资料。1 测井方法原理及应用地球物理综合测井是钻孔在自然条件下，根据地下岩矿层及其结构和构造等各种物理特性(如放射性、导电特性、电化学特性、声学特性、磁学特性等)，在较短时间里，通过对其中一种或多种参数的综合测井，获取大量信息，经过解释、分析，来认识各式各样的地质体问题及与地质相关的问题。结合地浸采铀工艺的特点，为了能定量获取含矿含水层渗透率、孔隙度、泥质含量等参数，对测井项目进行了选择。1.1 自然伽马岩石中含有天然的放射性核素，主要是铀系、钍系和钾的放射性同位素。它们自然衰变时，发射伽马射线，使岩石有天然放射性。自然伽马测井是用伽马射线探测器测量地层总的自然伽马放射性强度，以研究井剖面地

8、层性质的测井方法。自然伽马测井用于划分岩性及进行地层对比、划分储集层、求取泥质含量。1.2 自然电位在早期的电阻率测井过程中，常发现在供电电极不供电时，仍可在井内测量到电位差，这个电位差是自然存在的，不是人工产生的，叫做自然电位。在井中由于泥浆和地层水的含盐量不同，地层压力和泥浆柱压力不同，在井壁附近出现电化学过程，结果产生了自然电位。它是扩散电位、扩散吸附电位、过滤电位的总称。自然电位测井用于划分渗透层、判断岩性、地层对比和研究沉积相、求泥质含量、确定地层水电阻率。1.3 2.5m、4m梯度电阻率法测井，是根据自然界中各种不同岩石和矿物的导电能力不同这一特点，来区别钻井剖面上的岩石性质的一种

9、方法。岩石电阻率，只有当给岩石以一定的电流时才能测定出来。通过供电电极A供给电流I，通过供电电极B供给电流-I，在井内建立电场，然后用测量电极M、N进行电位差测量。A、B、M、N4个电极中的3个形成一个相对位置不变的体系，称为电极系。把电极系中接在同一个线路（指地面仪器中的供电线路或测量线路）中的电极叫做成对电极，而把和在地面上的电极接在同一个线路中的电极叫不成对电极。不成对电极到靠近它的那个成对电极之间的距离，小于成对电极间的距离的电极系称为电位电极系，反之称为梯度电极系。电极距在2.5m以上的电极系称为长电极，主要探测原状地层。2.5m、4m梯度主要用于进行地层对比，了解全井段的地质剖面；

10、划分岩性和确定岩层界面；近似估算地层电阻率。1.4 微电极电阻率法测井，是根据自然界中各种不同岩石和矿物的导电能力不同这一特点，来区别钻井剖面上的岩石性质的一种方法。在微电极主体上装有3个弹簧片扶正器，弹簧片之间的夹角为120°，在其中一个弹簧片上装有硬橡胶绝缘板。把供电电极A和测量电极M1、M2按直线排列嵌在绝缘板上。弹簧片扶正器使电极紧贴在井壁上，克服泥浆对测量结果的影响。微电极测井主要用于确定岩层界面，根据曲线的半幅点确定地层的界面，一般0.2m厚的薄层均可划分出来；划分岩性和渗透性地层，渗透层具有正幅度差，没幅度差的为非渗透层，微电极曲线的幅度大小和幅度差大小，可以详细地划分

11、岩性和判断岩层的渗透性；确定砂岩的有效厚度：微电极曲线具有划分薄层和区分渗透性和非渗透性地层的两大特点，利用它可将渗透层中的非渗透性薄夹层划分出来。1.5 感应测井感应测井是利用交流电的互感原理，使得在发射线圈中的交流电流在接受线圈中感应出电动势。由于发射线圈和接受线圈都在井内，发射线圈的交流电流必然在井周围地层中感应出涡流。而这个涡流又对接受线圈的感应电动势发生影响。双感应-聚焦测井组合中，所采用的3种测井曲线是：深感应（ILD）、中感应（ILM）和八侧向（LL8，即聚焦测井，简称FL）。1.6 补偿声波声波测井是以研究井下岩石声学特性为基础的。根据波动理论，介质质点受外力作用时将引起振动，

12、而振动的传播则形成波。声波速度测井是测量井下岩层的声波传播速度（或时差），以判断井剖面的岩性、估算储集层孔隙度的测井方法。目前声波速度测井所记录的地层声速，一般是指地层纵波的速度（或时差）。采用双发双收系，在接收探头上方及下方对称地放置发射探头F1及F2，F1及F2轮流交替发射脉冲声波，在F1或F2发射脉冲声波时，又接收探头J1、J2各记录一次时差，取2次测量的平均值作为记录值。补偿声波主要用于确定岩性和计算孔隙度。1.7 补偿密度 用伽马源发射的伽马射线照射地层，根据康普顿效应测量地层体积密度的测井方法称为地层体积密度；密度测井采用不同源距（长源距和短源距）的两个伽马射线探测器，成为双源距补

13、偿密度测井。密度测井是贴井壁测井，用于确定岩性和孔隙度。1.8 补偿中子 中子测井是一类用中子源照射地层，根据中子与地层相互作用的各种性质的各种测井方法的总和。中子孔隙度测井是用点状同位素中子源照射地层，用中子探测器测量热中子或超热中子计数率，并将计数率换算成视石灰岩孔隙度的一类测井方法。补偿中子孔隙度测井是在贴井壁的滑板上安装同位素中子源和远、近2个热中子探测器，用远近探测计数率比值来测量地层含氢指数的一种测井方法。补偿中子孔隙度测井用于计算孔隙度、双矿物法求孔隙度和岩性、求泥质含量和有效孔隙度。2 测井资料质量评价在测井解释与处理中，常用直方图来检查测井曲线质量，进行曲线标准化，确定地层岩

14、性，选择解释参数等。因此在处理测井资料之前，作了孔隙度曲线的直方图和交会图，进行质量评价。直方图是表示绘图井段某测井值或地层参数频数或频率分布的图形。根据直方图可以很方便地研究给定井段内测井或地层参数的统计分布特征，特别是由它的峰值可以估计出测井值或地层参数的平均值。SZ01-2井声波、密度、中子直方图如图1、图2、图3。从图1、图2、图3可以看出，声波、密度、中子测井曲线呈正态和近正态分布，声波测井数据集中在350s/m、密度测井数据集中在2.28g/cm3、中子测井数据集中在26%。图4为中子-密度交会图，交会图是用来表示给定岩性的两种测井参数关系的解释工具，从图上看出数据点都落在砂岩线以

15、下，砾岩本身密度较大，井径扩径也造成中子增大。3 测井资料数据处理1测井资料采用CRA（complex reservoir analysis）复杂岩性储层分析程序进行处理。3.1 泥质体积分数的计算式中：IGR泥质指数； GR岩石的自然伽马测井值，gAPI； GRmin纯砂岩的自然伽马测井值，gAPI； GRmax泥岩的自然伽马测井值，gAPI； Vsh泥质体积分数； GCUR地层参数，老地层，取GCUR =2；新地层，取GCUR =3.7。 该井主要采用自然伽马值计算泥质体积分数，局部采用中子计算泥质体积分数。3.2 矿物含量及孔隙度的计算解释模型如下：表1 解释模型示意·(1-S

16、w)·SwVmaiVma1Vma2VshVsh（1）在泥质含量确定的情况下，选用中子密度交会法确定矿物含量及孔隙度，测井响应方程：CNL=Vsh·Nsh+(Vmai·Nmai)+·Nf DEN= Vsh·sh+(Vmai·mai)+·fVmai+Vsh+=1或者：CNL=Vsh·Nsh+(Vmai·Nmai)+·NfAC= Vsh·Tsh+(Vmai·Tmai)+·TfVmai+Vsh+=1 式中： CNL、Nsh、Nmai、Nf中子测量值、泥岩中子值、第i种矿物骨

17、架中子值和流体中子值，%； DEN、sh、mai、f密度测量值、泥岩密度值、第i种矿物骨架密度值和流体密度值，g/cm3； AC、Tsh、Tmai、Tf声波测量值、泥岩声波值、第i种矿物骨架声波值和流体声波值，s/ft； Vsh、Vmai泥质体积分数、第i种矿物骨架体积分数；孔隙度。（2）声波计算孔隙度： 式中：T、Tsh、Tma、Tf岩石声波值、泥岩声波值、矿物骨架声波值和岩石中流体声波值，s/ft；Cp岩石压实系数。（3）密度计算孔隙度： 式中：sh、ma、f、b泥岩密度值、矿物骨架密度值、流体密度值和岩石密度值，g/cm3。（4）中子计算孔隙度：N=CNL-Vsh*Nsh（5）计算孔隙度

18、与声波、中子、密度的关系本井采用中子密度交会法计算孔隙度，根据计算孔隙度所处的深度，从测井资料上读出相应点的声波时差、补偿中子和岩性密度值，分别作计算孔隙度与声波、中子和密度的交会图（见图5、图6、图7），从图中可以看出计算孔隙度与声波、中子和密度具有很好的相关性，相关系数分别达0.8719、0.9540、0.7513，可以建立声波、中子和密度与计算孔隙度值明确的等量关系。3.3 渗透率计算在计算渗透率时，选择在该地区钻孔取样分析的岩样孔隙度和渗透率（见表2）进行了回归，从回归可以看出渗透率与孔隙度具有很好的相关性，相关系数达0.9521（见图8），因此本井采用回归公式计算渗透率。回归公式：相

19、关系数 R = 0.9521表2 分析孔隙度、渗透率数据表序号孔隙度(%)渗透率(×10-3m2)129.719528.80.48320.232.8414.33.85525.5154625.4548723.886.2816.818.1923.474.74 测井资料评价及地质分析SZ01-2钻孔测量井段为8.0192.04m，解释井段8.0192.04m，主要目的层（152.0177.0m）解释成果如表3（SZ01-2测井资料数据表）。4.1 测井曲线特点钻遇地层主要为砂岩，仅在174175.3m见钙质砂岩，测井曲线也反映出了砂泥岩地层的一般特征。1）砂、砾岩自然伽马值差异较小，砂岩7

20、5 gAPI左右，砾岩68 gAPI左右；2）砾岩自然电位负异常幅度较砂岩大；3）砾岩微电极正差异较砂岩大；4）砾岩电阻率明显高于砂岩，砾岩电阻率在20·m以上，砂岩电阻率多在10·m以下。4.2 矿层简要描述岩性道曲线特征：152.0177.0m岩性主要为砂岩， 174.0175.3m夹钙质砂岩，砂岩自然伽马值呈现高值，在701170 gAPI之间；钙质砂岩自然伽马值在8301090 gAPI之间；168.3m175.9m为矿层，自然电位变化不定。电性道曲线特征：砂岩微电极正差异，幅度较砾岩小，砂岩电阻率在715·m之间；钙质砂岩与砾岩相似，微电极正差异，钙质砂

21、岩电阻率为16·m。物性道曲线特征：砂岩中子值在1735%之间，声波时差值在305385s/m之间，密度值在2.112.44g/cm3之间；钙质砂岩中子值在16%左右，声波时差值在332352s/m之间，密度值在2.062.16g/cm3之间。 测井解释：砂岩计算孔隙度值在1735%之间，渗透率在（2.973213.93）×10-3m2之间，泥质体积分数在5.2418.51%之间；钙质砂岩计算孔隙度值在2123%之间，渗透率在（39.92282.153）×10-3m2之间，泥质含量在4.174.99%之间，测井解释结果如图9。5 结论通过采用数字综合测井技术，获得

22、了矿层部位的物性参数，SZ01-2孔主要目的层位置166.6m177.6m，平均渗透率为22.47×10-3m2，即矿层部位平均渗透系数为0.028m/d，平均孔隙度值为17.2%，平均泥质体积分数为5.44%，平均密度值为2.25g/cm3。从以上参数可以看出，矿层渗透性低，岩性以砂岩为主，夹1.3m的簿钙质砂岩。总体显示该矿床含矿含水层物性较差，属于低渗透砂岩铀矿床。参考文献1 汪中浩，章成广编著低渗透砂岩储层测井评价方法北京：石油工业出版社，2004，20-2510表3 SZ01-2井测井资料数据表测量井段： 0.00-192.04m 测井日期：2004年9月22日井 段（m）

23、厚度（m）渗透率（×10-3m2）地层孔隙度（%）自然伽马（gAPI）地层电阻率(·m)声波时差(S/m)中子孔隙度(%)密度（g/cm3）泥质含量（%）152.624.3213.9326.45190.758.81360.3834.662.266.04153.637.92620.99596.1110.62341.8229.82.267.6154.615.91218.25932.3012.66312.7327.822.339.54155.619.54218.90131.3012.00323.9827.422.256.68156.625.81619.7877.3512.0635

24、2.0528.162.146.52157.686.44823.5979.8711.37362.6732.002.176.76158.659.17122.39191.147.70384.6234.902.3118.51159.6185.9026.00121.527.56367.8935.892.3210.81160.640.04321.16182.119.17323.7630.792.409.62161.610.44216.92454.4511.52317.7726.082.398.1162.641.60121.2885.9012.21353.7130.402.288.48163.625.03119.6877.6312.50353.0428.612.287.87164.647