整理脉冲中子测井

1、精品文档第十章脉冲中子测井第九章讲了中子测井，希望同学们掌握中子与地层相互作用，即中子测井的核物理基础；掌握中子孔隙度测井的有关内容，即超热中子测井和热中子测井，希望大家着重弄清楚补偿中子孔隙度测井及其应用。脉冲中子测井主要内容：脉冲中子测井：所谓脉冲中子指的是中子源每隔一定时间发射一定宽度的中子，照射地层，通过研究中子与地层的相互作用，以研究地层性质。脉冲中子测井的主要内容1中子寿命测井2非弹性散射伽马能谱测井3中子活化测井§1中子寿命测井(NLL)一、中子寿命测井中子寿命测井(neutronlifetimelog,NLL)也叫热中子衰减时间测井精品文档精品文档(ThermalDe

2、cayTimeLog),是最早投入使用的一种脉冲中子测井。测井时，利用脉冲中子源发射高能快中子(14Mev),脉冲照射地层，用伽马探测器探测经地层慢化产生的热中子被俘获放出的伽马射线，根据计数率随时间的衰减，进而计算热中子寿命和地层的热中子的宏观俘获截面，从而研究地层性质(特别是含油性)的一种测井方法。(?)在地层中，宏观俘获截面和热中子寿命主要与氯的含量有关，与地层水矿化度有关。二、热中子寿命与地层对热中子宏观俘获截面的关系1、热中子寿命工热中子寿命七，是指热中子从产生的瞬间起到被俘获的时刻所经历的平均时间。计算时，它等于热中子中的63.2%被俘获所经过的时间：N(t)=Noexp(工)当t

3、=E,N(t)/N0定0.3682、宏观俘获截面2单位体积介质中所有原子核的微观俘获截面之和，单位cm'一般定义一个基本的宏观俘获截面单位为10"cm”,称作俘获单位并记作c.u.o3、7与2的关系表小地层的热中子寿命，单位us；精品文档精品文档2表示地层对热中子的宏观俘获截面，单位cm-1;A11;其中A为某一待定的常数A=-,V为热中子速度。'V三、也就是说，热中子寿命与地层对热中子的宏观俘获截面成反比关系，即地层的宏观俘获截面越大，热中子寿命越小。4、岩石的热中子寿命和宏观俘获截面常见岩石的主要矿物的俘获截面都很小，热中子寿命都很长，而孔隙流体的热中子俘获截面比

4、大部分骨架矿物的大很多，因此，2受到孔隙度的影响。（硼、汞等宏观俘获截面特别大，因此，微量的硼、汞就能使2增大，目前的硼中子测井就是利用了硼的这种性质。）三、中子寿命测井的基本原理中子从其产生，经过和地层原子核发生非弹性散射，弹性散射，逐渐减速为热中子，热中子被俘获产生俘获伽马射线。1 .热中子寿命（7）热中子从其产生到它被吸收为止经历的平均时间指的是统计概念，即热中子从其产生到被吸收经历的时间有长、有短，我们讲的E是一种平均值。2 .热中子的空间分布精品文档精品文档热中子产生后，它在地层中发生扩散，地层中某点的热中子密度数规律随时间衰减：TN=N0e工(1)式中：No衰减开始时的热中子密度；

5、N经过时间T的热中子密度；岩石的热中子寿命；3.热中子寿命的测量原理N按指任何时刻存在的俘获伽马射线的强度与仪器周围中子密度成正比。因此刻度后，我们记录(测量)俘获伽马射线强度，可以求得(计算出)热中子的寿命(或地层宏观俘获截面£)Ti时刻：探测器记录的俘获伽马射线的计数率Ni;TiNi=N0e%(2)T2时刻：探测器记录的俘获伽马射线的计数率N2；N2=N0e%(3)将(2)式除以(3)式得：NiN2T2-Ti(4)精品文档精品文档由（4）式，对两边取对数得：7=一T1（自然对数）LnNi-LnN24 .用常用对数换算自然对数得：仁J（5）LnNi-LnN2也就是说，如果分别在Ti

6、,T2时间段内记录俘获伽马射线的计数率Ni,N2,则可以通过（5）式刻度成热中子寿命，由热中子寿命七与地层对热中子宏观俘获截面工的关系，同样可以计算得到工。5 .中子寿命测井地质意义（工与地层性质的关系来研究地层）热中子寿命与物质的宏观俘获截面有关，即地层介质的宏观俘获截面越大，则热中子寿命越短，地层介质的宏观俘获截面是指岩石中各个核素的微观俘获截面的总和。在沉积岩中，氢核素的微观俘获截面比其他核素的微观俘获截面大得多。见（P149，表9-2）,也就是说岩石的宏观俘获截面主要取决于地层中氯的含量，或说取决于地层水的矿化度。问题：如果当地层水矿化度较高时，即氯的含量相对较高时，那么对于水层和精品

7、文档精品文档油层来说，水层的宏观俘获截面要大于油层，而热中子寿命则小于油层。（对否？）根据热中子寿命测量的性质研制出热中子寿命测井。（利用中子寿命来研究地层的性质）四、中子寿命测井的应用1,划分油水层矿化度较高的水层有比油层大的俘获截面（或较小的热中子寿命）。2.观察油水或气水界面的变化油层在采油过程中含水饱和度不断变化，油水界面向上移动，利用不同时间测量的宏观俘获截面工或中子寿命工，则可以了解油水或气水界面变化情况。看图10-2,P160。TDTi完井后不久测量的，为实线；TDT2投产三年后未停产测得的，长虚线；TDT3投产三年后又停产四个月测得的，为小点线。4 .求孔隙度精品文档精品文档对

8、于不含油气的纯地层来说，地层的宏观俘获截面工为:三二三ma(1.').三W一其中：工为地层的宏观俘获截面(测井所得到)；二ma岩石的骨架参数；三w岩石的流体参数；则：.二工"三w-三ma5 .求含水饱和度(1)如果小已知，则对含油气纯地层来说：工=0a(1-I.三W'Sw.'(1-Sw)。其中：、油气的宏观俘获截面；整理得：$_三一三ma.(二ma-h)SW=Vw”h)一式中：，ma岩石的宏观俘获截面；三w水的宏观俘获截面；'_孔隙度(上述值均可查表求得)精品文档精品文档(2)含泥质地层中：S(-ma)，(-ma-h)Vsh(1sh-ma)一.(W三h

9、)一.(wh)Vsh,Zsh分别为泥质的体积含量和宏观俘获截面。§10-2非弹性散射伽马能谱测井一.非弹性散射伽马能谱测井利用脉冲中子源向地层发射14Mev的高能快中子，测量这些快中子与地层物质的核素发生非弹性散射放出的伽马射线的能谱的一种测井方法。二.非弹性散射伽马能谱测井基本原理快中子与地层中不同核素发生非弹性散射放出的伽马射线能量是不同的，因此，只要对不同能量的伽马射线分别加以记录就可以确定地层中存在某种核素和它们各自的浓度。我们知道，中子打入地层，先要进行非弹性散射，而后才能发生弹性散射，最后被地层俘获，这也是中子在地层中所经历的三个过程。因此，如果限定一定的时间，我们是可以

10、测量非弹性散射伽马能谱的。三.非弹性散射伽马能谱测井的应用精品文档精品文档岩石内常见的核素中，C12和O16都具有较大的快中子非弹性散射截面，并且产生的非弹性散射伽马射线均具有较高的能量。我们可以通过记录C12和O16的非弹性散射伽马射线的强度确定C、O含量，而C12和O16又是油、气、水很好的指示元素，因此，利用非弹性散射伽马能谱测井发展了%能谱测井。也就由%来确定储层的含油饱和度。下面介绍了非弹性散射伽马能谱测井的主要应用：1 .确定含油饱和度So一般根据%和含油饱和度的关系曲线来确定So,见图（10-4）,P162。给定,一一可由其它孔隙度测井资料得到；对应CO对应一个So2 .利用%测

11、井曲线划分水淹层利用%在油、水层的差别可知，如果油层被水淹，则对于水淹层%下降，这也是%划分水淹层的依据。见图10-6,P163A、B层的%曲线幅度明显低于它们中间油层的幅度，说明A、B被水淹。3 .以%a定性指示岩性假如记录Si、Ca的非弹性散射伽马能谱，则可得到%a比。精品文档精品文档砂岩的主要成分SiO2石灰岩的主要成分CaCO3因此，可由比划分岩性。3,确定孔隙度指数和泥质指数用所记录的氢、钙、硅以及铁的俘获伽马射线的计数率，计算孔隙度指数和泥质指数。孔隙度指数=氢的俘获伽马计数率八又（钙+硅）俘获伽马计数率汨市土匕珈铁的俘获伽马计数率优质指数二（钙+硅）俘获伽马计数率§10

12、-3中子活化测井一.中子活化测井的基本原理1 .活化的概念用脉冲中子源向地层发射14Mev的快中子，中子使地层中的某些稳定的核素转化成放射性核素一一核被活化。精品文档精品文档2 .活化伽马射线活化核不稳定，且一般半衰期较短，活化核衰变放出活化伽马射线。注意：不同核衰变产生的尸射线的特征能量是不同的。因此，记录不同能量的活化尸射线，可以用来识别地层中存在的核素及浓度。二.活化测井的几种类型1 .硅测井利用高能快中子使储层骨架中的硅活化，放出活化伽马射线，并测量其强度值。(1.782)活化核反应式：c28.128114 Si0n113AliP15 Al28一二：,(1.782Mev)14si282 .铝测井快中子引起铝核活化，放出能量为1.015Mev和0.84Mev的活化伽马射线。精品文档精品文档活化核反应式：13AI27on1>i2Mg271P112Mg27Tp-+¥(1.015和0.84Mev)+13Al27三.中子活化测井的应用1 .利用