(3)测井方法原理-放射性-声波测井(测井解释培训教材-COSL)

1、WWW.COSL.COM.CN 1放射性测井讲座放射性测井讲座 中海油田服务股份有限公司中海油田服务股份有限公司 油田技术事业部资料解释中心油田技术事业部资料解释中心 20102010年年1 1月月 主讲人：刘建新主讲人：刘建新自然伽马测井自然伽马测井密度测井密度测井中子测井中子测井WWW.COSL.COM.CN 核测井（核测井（放射性测井放射性测井）：）：以物质的原子核物理性质为基以物质的原子核物理性质为基础的一组测井方法础的一组测井方法。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，寻找有用（套管、水泥等）的核物理性质，

2、研究钻井地质剖面，寻找有用矿藏，研究油田开发工程的一类测井方法。矿藏，研究油田开发工程的一类测井方法。核测井的适用条件：一般的泥浆井、油基泥浆井、核测井的适用条件：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）高矿化度泥浆井、空气钻井（裸眼井、套管井）核测井的优点：核测井的优点：伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础它是唯一能够确定它是唯一能够确定岩石及岩石及其孔隙流体化学元素含量其孔隙流体化学元素含量的测井方法。的测井方法。WWW.COSL.COM.CN 伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础一、原子核的衰变及放射性一、原子核的衰变及放射性1 1、原子的结构、原子的

3、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：由原子核及其核外电子层组成的一种很微小的粒子。原子核由原子核由质子质子和和中子中子组成组成2 2、同位素、同位素同位素：质子数相同的同一类原子。同位素：质子数相同的同一类原子。例：氢的同位素：氕、氘、氚例：氢的同位素：氕、氘、氚WWW.COSL.COM.CN 伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础3 3、核衰变、核衰变放射性：放射性： 自发地释放出自发地释放出 、 ， 射线的性质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。变化。 即：即：teNN0N:N:

4、放射性元素个数放射性元素个数t:t:时间时间 ：衰变系数衰变系数核衰变核衰变：放射性元素的原子核自发地释放出一种带电粒子：放射性元素的原子核自发地释放出一种带电粒子（ 或或 ），蜕变成另外某种原子核，同时放射出伽马（），蜕变成另外某种原子核，同时放射出伽马（ ）射线的过程。射线的过程。WWW.COSL.COM.CN 伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础二、常用二、常用GRGR强度单位强度单位1 1、放射性强度单位、放射性强度单位2 2、放射性剂量单位、放射性剂量单位1 1居里：单位时间内发生衰变的原子核数。居里：单位时间内发生衰变的原子核数。1 1居里居里=1=1克镭的源强克镭的源强=1=

5、1克镭当量克镭当量/ /克（每克物质的放射性强度克（每克物质的放射性强度单位相当于单位相当于1 1克镭）克镭）=3.7=3.7* *10101010次次/ /秒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。而测井用的单位是为放射性剂量。用伦琴表示。而测井用的单位是微伦琴微伦琴/ /小小时时，单位时间内的射线剂量为剂量率。，单位时间内的射线剂量为剂量率。WWW.COSL.COM.CN 伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础3 3、条件单位、条件单位三、三、核衰变的统计涨落核衰变的统计涨落同一放射性元素在相同的

6、时间间隔内，衰变次数不完全相同，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，总是总是围绕一平均值上下起伏围绕一平均值上下起伏。统计涨落是由核衰变统计涨落是由核衰变本身的特性本身的特性所决定的，与环境和人的因素所决定的，与环境和人的因素无关。无关。测井时记录的是测井时记录的是单位时间的脉冲数单位时间的脉冲数，不同的仪器记录器在，不同的仪器记录器在统统一一标准下刻度。标准下刻度。采取相同的单位：采取相同的单位：微伦琴微伦琴/ /小时小时 APIAPIWWW.COSL.COM.CN 自然伽马测井自然伽马测井GRGR测量的是测量的是岩层的自然放射性强度岩层的自然放射性强度（不用任何放射性源）

7、（不用任何放射性源）一、岩石的自然放射性一、岩石的自然放射性岩石中主要的放射性元素：岩石中主要的放射性元素：9292U U238 238 9090ThTh232232 1919K K4040岩石的自然放射性强度主要取决于其三者的比例，岩石的自然放射性强度主要取决于其三者的比例，其含量与岩性以其含量与岩性以及形成过程中的物理化学条件有关及形成过程中的物理化学条件有关，因此，岩性不同，因此，岩性不同，GRGR不同。不同。 火成岩火成岩 变质岩变质岩 沉积岩沉积岩WWW.COSL.COM.CN 自然伽马测井自然伽马测井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沉积岩骨架不含重矿物，除钾岩

8、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。放射性，但在形成过程中会多少地吸附些放射性元素。强度最低的：强度最低的：硬石膏、石膏、不含钾的盐岩硬石膏、石膏、不含钾的盐岩强度较低的：强度较低的：砂岩、灰岩、白云岩砂岩、灰岩、白云岩强度较高的：浅海相和陆相沉积的强度较高的：浅海相和陆相沉积的泥岩泥岩、泥灰岩、钙质泥岩、泥灰岩、钙质泥岩、含砂泥岩等含砂泥岩等强度高的：强度高的：钾岩、深水泥岩、页岩钾岩、深水泥岩、页岩强度最高的：强度最高的：放射性软泥、澎土岩、火山灰放射性软泥、澎土岩、火山灰除了钾岩及骨架含放射性元素的岩石外，岩石的除了钾岩及骨架含放射性元素的岩石外，岩

9、石的GRGR强强度随岩石颗粒变细而增加。度随岩石颗粒变细而增加。通常情况下：地层的通常情况下：地层的GRGR值的高低主要取决于泥质含量值的高低主要取决于泥质含量WWW.COSL.COM.CN 沉积岩的自然放射性有以下变化规律：沉积岩的自然放射性有以下变化规律：a.a.随泥质含量的增加而增加随泥质含量的增加而增加；b.b.随有机物含量增加而增加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，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，且层中，且有机物容易吸附含铀和钍的放射性物质

10、有机物容易吸附含铀和钍的放射性物质；c.c.随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。 自然伽马测井自然伽马测井WWW.COSL.COM.CN 自然伽马测井自然伽马测井泥浆泥浆仪器仪器 外壳外壳进入探进入探测器测器记录连记录连续电流所产续电流所产生的电位差生的电位差穿过穿过至至经传输经传输至地面至地面仪器处理仪器处理使与单位使与单位时间的电时间的电脉冲数成脉冲数成正比正比 射线射线GRGR曲线曲线二、二、GR GR 测井基本原理测井基本原理WWW.COSL.COM.CN 自然伽马测井自然伽马测井三、三、GR GR 曲线特征（均匀理想模型地层点测）曲线特征（均匀理

11、想模型地层点测）GRGR（APIAPI）当当上下围岩相同上下围岩相同时，时，曲线曲线对称对称于地层中于地层中部，部，低低放射性地层对放射性地层对应应GRGR低低，高高放射性放射性地层对应地层对应GRGR高高h3dh3d 曲线幅度曲线幅度不受不受岩层厚度的影响；岩层厚度的影响；h3d h3d 曲线的最大或曲线的最大或最小最小受岩层厚度受岩层厚度的的影响（影响（？）WWW.COSL.COM.CN 自然伽马测井自然伽马测井WWW.COSL.COM.CN 自然伽马测井自然伽马测井四、影响因素四、影响因素1 1、岩层厚度的影响、岩层厚度的影响2 2、井参数影响、井参数影响d d增加增加裸眼井对裸眼井对G

12、RGR吸收增加，但泥浆中所含一定吸收增加，但泥浆中所含一定的放射性补偿了一部分，影响小的放射性补偿了一部分，影响小套管井：水泥环厚度增加套管井：水泥环厚度增加-GR-GR减小减小岩层厚度增加或减小，岩层厚度增加或减小，GRGR曲线减小或增大。曲线减小或增大。WWW.COSL.COM.CN 自然伽马测井自然伽马测井3 3、统计涨落误差、统计涨落误差由于涨落误差的存在，由于涨落误差的存在，实测的实测的GRGR曲线出现许曲线出现许多多“小锯齿小锯齿”WWW.COSL.COM.CN 自然伽马测井自然伽马测井4 4、测井速度、测井速度V V增加增加V V合适合适GRGR（APIAPI）滞后现象滞后现象积

13、分电路的特点所至积分电路的特点所至当当h h一定：一定：GRGR受受V V测测和时间和时间常数的影响常数的影响t=t=h/vh/v；v v增加，增加，tt时间常数，探测器无法时间常数，探测器无法全部探测到地层发出的全部探测到地层发出的GRGR，导致导致GRGR下降下降，还会使其发，还会使其发生崎变，生崎变，深度错位。深度错位。WWW.COSL.COM.CN 自然伽马测井自然伽马测井五、五、GRGR曲线的解释及应用曲线的解释及应用1 1、划分岩层、划分岩层碳酸盐岩剖面相同碳酸盐岩剖面相同砂泥岩剖面砂泥岩剖面（骨架不含放射性矿物）（骨架不含放射性矿物）GRGR泥泥岩岩砂砂 岩岩泥泥岩岩砂砂 岩岩H

14、 H随着泥质含量的增加，随着泥质含量的增加，GRGR值增加。值增加。 泥岩泥岩- -高值；砂岩高值；砂岩- -低值低值WWW.COSL.COM.CN WWW.COSL.COM.CN 给定岩性剖面，请定性的画出给定岩性剖面，请定性的画出GRGR曲线。曲线。泥灰岩泥灰岩灰岩灰岩白云岩白云岩泥岩泥岩石膏石膏GR回忆岩石的回忆岩石的GRGR的大小关系的大小关系自然伽马测井自然伽马测井WWW.COSL.COM.CN 自然伽马测井自然伽马测井2 2、确定地层的泥质含量、确定地层的泥质含量当泥质含量低时当泥质含量低时：minmaxminGRGRGRGRVsh当泥质含量高时当泥质含量高时：gcurgcur=2

15、(=2(老地层）老地层）gcurgcur=3.7(=3.7(新地层）新地层）1212minmaxmingcurIshgcurVshGRGRGRGRIsh不含放射性矿物的地层，不含放射性矿物的地层，GRGR主要取决于主要取决于地层的泥质含量。地层的泥质含量。WWW.COSL.COM.CN 自然伽马测井自然伽马测井3 3、进行地层对比、进行地层对比 用用GRGR曲线进行对比的优点：曲线进行对比的优点：与岩石孔隙中的流体性质（油或水）无关与岩石孔隙中的流体性质（油或水）无关与地层水和泥浆矿化度无关与地层水和泥浆矿化度无关在在GRGR曲线上容易找到标准层曲线上容易找到标准层WWW.COSL.COM.C

16、N 地球物理测井地球物理测井核测井核测井自然伽马测井自然伽马测井WWW.COSL.COM.CN GRGR重点：重点：沉积岩的自然放射性有什么变化规律沉积岩的自然放射性有什么变化规律GRGR曲线的解释与应用（曲线的解释与应用（地层对比、泥质含量的计算地层对比、泥质含量的计算）WWW.COSL.COM.CN 自然伽马能谱测井的地质依据，是自然伽马能谱测井的地质依据，是U U、ThTh, K, K在矿物和在矿物和岩石中的分布规律与岩石的矿物成分、成岩环境和地下岩石中的分布规律与岩石的矿物成分、成岩环境和地下水活动有关。水活动有关。 一般说来，普通粘土岩中一般说来，普通粘土岩中钾和钍钾和钍含量高，而铀

17、的含量含量高，而铀的含量较低（相对于钾和钍较低（相对于钾和钍）。据）。据Belk-nap, W. B.Belk-nap, W. B.等人由等人由200200块不同种类的粘土岩取得的分析数据，粘土岩中放射性块不同种类的粘土岩取得的分析数据，粘土岩中放射性元素的平均含量约为：钾元素的平均含量约为：钾2%2%，铀，铀6ppm6ppm，钍钍12ppm 12ppm 。自然伽马能谱测井（自然伽马能谱测井（NGS）WWW.COSL.COM.CN 纯的砂岩和碳酸盐岩放射性元素含量很低，但有些地层也可纯的砂岩和碳酸盐岩放射性元素含量很低，但有些地层也可能具有很高的放射性，这些高放射性地层又可能是储集层，此类能具

18、有很高的放射性，这些高放射性地层又可能是储集层，此类储集层用普通自然伽马测井是无法识别的，而用自然伽马能谱测储集层用普通自然伽马测井是无法识别的，而用自然伽马能谱测井却往往能成功地将其和泥岩区别开。井却往往能成功地将其和泥岩区别开。 渗透性地层中渗透性地层中U U含量的增高与地层水的活动有密切关系。有含量的增高与地层水的活动有密切关系。有些储集层还由于岩石骨架中含有放射性重矿物而显示为高放射性些储集层还由于岩石骨架中含有放射性重矿物而显示为高放射性地层。地层。 还应指出，岩石中钍和铀的含量比（通常称为钍铀比）具有还应指出，岩石中钍和铀的含量比（通常称为钍铀比）具有重要的地质意义，利用它可以解决

19、一系列地质问题。据统计，粘重要的地质意义，利用它可以解决一系列地质问题。据统计，粘土岩的土岩的ThTh/U/U为为2.0-4.12.0-4.1；碳酸盐岩的；碳酸盐岩的ThTh/U/U为为0.3-2.80.3-2.8；砂岩的铀；砂岩的铀含量变化范围很大，含量变化范围很大， ThTh/U/U值变化范围也大。值变化范围也大。自然伽马能谱测井（自然伽马能谱测井（NGS）WWW.COSL.COM.CN 自然伽马能谱测井（自然伽马能谱测井（NGS） 在还原环境中，尤其当粘土岩中含有机物和硫化物时，粘土在还原环境中，尤其当粘土岩中含有机物和硫化物时，粘土对铀离子的吸附力增强，粘土的铀含量明显增高。对铀离子的

20、吸附力增强，粘土的铀含量明显增高。WWW.COSL.COM.CN 自然伽马能谱测井（自然伽马能谱测井（NGS）2 2、研究生油层、研究生油层U U、U/KU/K越高，生油能力越强越高，生油能力越强有机碳含量有机碳含量U U、U/KU/K计数率比计数率比研究发现：岩石中的有机物对铀的富集起着重要作用。研究发现：岩石中的有机物对铀的富集起着重要作用。有机碳含量与有机碳含量与U/KU/K存在线性关系存在线性关系WWW.COSL.COM.CN 纯的碎屑岩储集层纯的碎屑岩储集层K K、ThTh、U U的含量的含量均很低。但当这些岩石中含有高放射性均很低。但当这些岩石中含有高放射性矿物（如独居石、锆石等）

21、时，纯砂岩矿物（如独居石、锆石等）时，纯砂岩的的K K、ThTh、U U含量也能显著增高。右图中含量也能显著增高。右图中420-490ft420-490ft之间的膨润土和凝灰岩薄层之间的膨润土和凝灰岩薄层显示为低含钾、高含铀和钍。显示为低含钾、高含铀和钍。775-775-900ft900ft之间为高含铀的砂岩地层。故总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。计数率不能作为泥质指示曲线用。高放射性碎屑岩储集层高放射性碎屑岩储集层WWW.COSL.COM.CN 和碎屑岩储集层一样，纯的碳酸盐岩和碎屑岩储集层一样，纯的碳酸盐岩储集层储集层K K、U U、ThTh的含量都很低。但当地

22、层的含量都很低。但当地层中有钾碱、长石和粘上矿物时、中有钾碱、长石和粘上矿物时、K K含量会明含量会明显上升；而在还原条件下，地层水中的铀显上升；而在还原条件下，地层水中的铀在渗透带沉积，可使地层的在渗透带沉积，可使地层的U U含量高达含量高达20ppm20ppm。 因此在碳酸盐岩剖面中，自然伽马能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。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高放射性碳酸盐岩储集层WWW.COSL

23、.COM.CN 自然伽马测井自然伽马测井密度测井密度测井中子测井中子测井WWW.COSL.COM.CN 地层密度测井地层密度测井FDL密度测井密度测井利用利用康普顿散射康普顿散射反映反映地层密度地层密度岩性密度测井岩性密度测井利用利用康普顿散射和光电效应康普顿散射和光电效应来确定来确定地层密度和岩性，进而求孔隙度地层密度和岩性，进而求孔隙度密度测井和岩性密度测井都是利用密度测井和岩性密度测井都是利用伽马射线和地层介质伽马射线和地层介质发生各种效应来研究地层性质的。发生各种效应来研究地层性质的。这一类侧井方法所用的轰击粒子和探侧的对象都是伽马光子，所这一类侧井方法所用的轰击粒子和探侧的对象都是伽

24、马光子，所以通称以通称伽马一伽马侧井伽马一伽马侧井。WWW.COSL.COM.CN 地层密度测井地层密度测井一、伽马射线与物质的相互作用一、伽马射线与物质的相互作用 射线的能量射线的能量30Mev1.02Mev)1.02Mev)电子对吸收系数：电子对吸收系数：t t当伽马射线能量较高时，射线粒当伽马射线能量较高时，射线粒子与物质的原子核发生碰撞，从子与物质的原子核发生碰撞，从原子核中打出一正一负两个电子，原子核中打出一正一负两个电子，称为电子对。射线能量降低，射称为电子对。射线能量降低，射线与物质的这种作用过程称为电线与物质的这种作用过程称为电子对效应。子对效应。原子核原子核电子电子+e-e伽

25、马射线伽马射线WWW.COSL.COM.CN 地层密度测井地层密度测井2 2、康普顿效应、康普顿效应 (0.2Mev(0.2MevE E 1.02Mev)1.02Mev)康普顿散射吸收系数：康普顿散射吸收系数： 当伽马射线能量为中等时，伽马射当伽马射线能量为中等时，伽马射线与原子的外层电子发生作用，把线与原子的外层电子发生作用，把一部分能量传给电子，使电子从某一部分能量传给电子，使电子从某一方向射出，此电子称为康普顿电一方向射出，此电子称为康普顿电子，损失了部分能量的射线向另一子，损失了部分能量的射线向另一方向散射出去，这种效应称为康普方向散射出去，这种效应称为康普顿效应。顿效应。原子核原子核

26、电子电子伽马射线伽马射线散射伽马射线散射伽马射线WWW.COSL.COM.CN 地层密度测井地层密度测井3 3、光电效应：、光电效应： (E(E 0.2 0.2 MevMev ) )光电效应的吸收系数：光电效应的吸收系数： 能量较低的伽马射线穿过物质与原能量较低的伽马射线穿过物质与原子中的电子相碰撞，并将其能量交子中的电子相碰撞，并将其能量交给电子，使电子脱离原子而运动，给电子，使电子脱离原子而运动，伽马光子本身则整个被吸收，被释伽马光子本身则整个被吸收，被释放出来的电子叫自由电子，这种效放出来的电子叫自由电子，这种效应叫光电效应。此时产生的自由电应叫光电效应。此时产生的自由电子被称为光电子。

27、子被称为光电子。原子核原子核电子电子伽马射线伽马射线WWW.COSL.COM.CN 密度测井选用密度测井选用C CS S137137为伽马源，它发射能量为为伽马源，它发射能量为0.661MeV0.661MeV的伽马光子，这就排除了形成电子对的可能性。如果的伽马光子，这就排除了形成电子对的可能性。如果将记录伽马射线的阈值定在将记录伽马射线的阈值定在0.1-0.2MeV0.1-0.2MeV，也就是说只也就是说只记录那些能量较高的一次散射或多次散射伽马射线。记录那些能量较高的一次散射或多次散射伽马射线。地层密度测井地层密度测井伽马源的选择：伽马源的选择：WWW.COSL.COM.CN 地层密度测井地

28、层密度测井三、密度测井的原理（三、密度测井的原理（FDLFDL）1 1、电子密度的定义（、电子密度的定义（ e e）单位体积中岩石的电子数。单位体积中岩石的电子数。Z:Z:原子序数原子序数A A：质量数质量数N N0 0：阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数ZNAbe0 WWW.COSL.COM.CN 密度测井仪器是用纯石灰岩为标准岩性进行刻度的，岩性不同时其骨架密度测井仪器是用纯石灰岩为标准岩性进行刻度的，岩性不同时其骨架会造成附加孔隙度。会造成附加孔隙度。砂岩：孔隙度为零的纯石英砂岩，视密度为砂岩：孔隙度为零的纯石英砂岩，视密度为2.652.65克克/ /厘米。用石灰岩刻厘米。用石灰岩刻度的仪器骨

29、架密度度的仪器骨架密度取取2.712.71克克/ /厘米厘米3 3，得，得 =(2.71-2.65)/(2.71-1.0)=0.035=(2.71-2.65)/(2.71-1.0)=0.035即孔隙度为零的砂岩，当以石灰岩为标准进行处理时，会显示为即孔隙度为零的砂岩，当以石灰岩为标准进行处理时，会显示为3.5%3.5%的的孔隙度。习惯上把这个孔隙度值称为孔隙度为零的砂岩的孔隙度。习惯上把这个孔隙度值称为孔隙度为零的砂岩的“石灰岩孔隙石灰岩孔隙度度”。孔隙度为孔隙度为的砂岩，若孔隙度中充满淡水，其密度为的砂岩，若孔隙度中充满淡水，其密度为 2 26 6-1-16 6它的它的“石灰岩孔隙度石灰岩孔

30、隙度”为为 0.0350.0350.9650.965白云岩：白云岩骨架密度为白云岩：白云岩骨架密度为2.872.87克克/ /厘米厘米3 3。孔隙度为零的白云岩其。孔隙度为零的白云岩其“石灰岩孔隙度石灰岩孔隙度”为为: : (2.71-2.87)/(2.71-1.0)=-0.094(2.71-2.87)/(2.71-1.0)=-0.094孔隙度为孔隙度为的白云岩，其密度为的白云岩，其密度为 2 2-1-1其其“石灰岩孔隙度石灰岩孔隙度”为为 -0.094-0.0941.094 1.094 WWW.COSL.COM.CN 上述计算说明，以石灰岩为标准刻度的仪器，如果忽略了岩性的上述计算说明，以石

31、灰岩为标准刻度的仪器，如果忽略了岩性的影响，对影响，对砂岩地层求出的孔隙度比实际孔隙度大砂岩地层求出的孔隙度比实际孔隙度大，而对，而对白云岩求白云岩求出的孔隙度比实际孔隙度小出的孔隙度比实际孔隙度小。当岩石骨架中含有重矿物时，用密。当岩石骨架中含有重矿物时，用密度测井求出的孔隙度总比实际孔隙度小。度测井求出的孔隙度总比实际孔隙度小。 由此可得出以下两点结论：由此可得出以下两点结论： (1)(1)用密度测井值求孔隙度时，应根据岩性确定其视密度，而用密度测井值求孔隙度时，应根据岩性确定其视密度，而后分别计算孔隙度。后分别计算孔隙度。(2)(2)利用非石灰岩地层的利用非石灰岩地层的“石灰岩孔隙度石灰

32、岩孔隙度”与实际孔隙度的差与实际孔隙度的差别可以识别岩性。别可以识别岩性。WWW.COSL.COM.CN 地层密度测井地层密度测井四、补偿密度测井（四、补偿密度测井（FDCFDC）主要用途：可利用长短源距的测量结果来计算有泥饼影响条件下主要用途：可利用长短源距的测量结果来计算有泥饼影响条件下被测岩石的真实密度值。被测岩石的真实密度值。 1 1个放射性源个放射性源两个探测器两个探测器贴井壁测量贴井壁测量1 1、基本原理、基本原理WWW.COSL.COM.CN 仪器的放射源和探测器装仪器的放射源和探测器装在压向井壁的滑板上在压向井壁的滑板上。测。测井时伽马源向地层发射伽井时伽马源向地层发射伽马光子

33、，经地层散射吸收马光子，经地层散射吸收后，有部分经过散射的光后，有部分经过散射的光子由离源不同距离的两个子由离源不同距离的两个伽马射线探测器所接收。伽马射线探测器所接收。源和探测源和探测器之间由屏蔽隔器之间由屏蔽隔开，使源发射的伽马光子不能直接射到探测器。仪器背向地层的一方开，使源发射的伽马光子不能直接射到探测器。仪器背向地层的一方也屏蔽起来，以减小井的影响。离源近的探测器叫也屏蔽起来，以减小井的影响。离源近的探测器叫短源距探测器短源距探测器，离，离源远的另一个叫源远的另一个叫长源距探测器长源距探测器。地层的密度不同，对伽马光子的散射。地层的密度不同，对伽马光子的散射和吸收能力不同，探测器记录

34、到的读数也不同。和吸收能力不同，探测器记录到的读数也不同。 WWW.COSL.COM.CN 2 2、计数率与地层密度的关系、计数率与地层密度的关系 探测器到源的距离叫源距。当源强和源距选定后，探测器接收到探测器到源的距离叫源距。当源强和源距选定后，探测器接收到的散射伽马射线的强度决定于地层的两个作用过程：的散射伽马射线的强度决定于地层的两个作用过程：当源距很小时上述第个过程是主要的，因而地层密当源距很小时上述第个过程是主要的，因而地层密度越大，计数率也越高。当源距很大时，上述第个度越大，计数率也越高。当源距很大时，上述第个过程压倒了第个过程的作用，因而地层的密度越大，过程压倒了第个过程的作用，

35、因而地层的密度越大，探测器接收到的光子越少，计数率就越小。探测器接收到的光子越少，计数率就越小。由源发射出的伽马光子经地层散射或多次散射使部分光子射向由源发射出的伽马光子经地层散射或多次散射使部分光子射向探测器探测器；射向探测器的那些伽马光子，有一部分被再散射而改变方向或射向探测器的那些伽马光子，有一部分被再散射而改变方向或者被吸收者被吸收。WWW.COSL.COM.CN 可知，在密度大的地层中，计数率随源距的增大下降得快；而可知，在密度大的地层中，计数率随源距的增大下降得快；而在密度小的地层中，计数率随源距增大下降得慢。很明显，在密度小的地层中，计数率随源距增大下降得慢。很明显，在在不同密度

36、的地层中，计数率随源距衰减的曲线会有一个交点不同密度的地层中，计数率随源距衰减的曲线会有一个交点。相应的源距叫零源距。源距为零源距时，不同密度的地层具有相应的源距叫零源距。源距为零源距时，不同密度的地层具有相同的计数率，仪器对地层密度的灵敏度为零。小于零源距叫相同的计数率，仪器对地层密度的灵敏度为零。小于零源距叫负源距，大于零源距叫正源距。负源距，大于零源距叫正源距。密度测井均采用正源距密度测井均采用正源距。为了。为了讨论方便，这里引入视源距的概念。讨论方便，这里引入视源距的概念。视源距视源距dada等于真源距等于真源距d d与零源距与零源距d d0 0的差，即的差，即 dadd0WWW.CO

37、SL.COM.CN 地层密度测井地层密度测井 要对密度测井仪器进行刻度，至少需要两种不同密度要对密度测井仪器进行刻度，至少需要两种不同密度的标准地层或刻度块做为刻度标准，并需有一种泥饼以调的标准地层或刻度块做为刻度标准，并需有一种泥饼以调节泥饼补偿值。刻度好的仪器，可按直线比例直接显示密节泥饼补偿值。刻度好的仪器，可按直线比例直接显示密度曲线。度曲线。 刻度标准有刻度标准有一级刻度井一级刻度井、二级刻度块二级刻度块和和三级刻度器三级刻度器。使用刻度块要注意它的等效视密度。使用刻度块要注意它的等效视密度。五、密度测井仪的刻度五、密度测井仪的刻度WWW.COSL.COM.CN 地层密度测井地层密度

38、测井六、密度测井曲线的应用六、密度测井曲线的应用1 1、划分岩层、划分岩层砂岩砂岩=2.65 =2.65 灰岩灰岩 =2.71 =2.71 白云岩白云岩=2.87=2.87盐岩盐岩=2.17 =2.17 硬石膏硬石膏=2.98 =2.98 淡水泥浆淡水泥浆=1=1盐水泥浆盐水泥浆=1.1 =1.1 单位：克单位：克/ /立方厘米（立方厘米（g/cmg/cm3 3) )孔隙度增加孔隙度增加-密度下降密度下降密度值不能准确反映岩性密度值不能准确反映岩性WWW.COSL.COM.CN 地层密度测井地层密度测井2 2、求岩层孔隙度、求岩层孔隙度mafmab 适用条件：适用条件：纯岩层纯岩层含泥质岩层：

39、含泥质岩层：shshfshmabVV )1 (WWW.COSL.COM.CN 地层密度测井地层密度测井例题：淡水泥浆井中，一纯砂岩层的密度为例题：淡水泥浆井中，一纯砂岩层的密度为2.40252.4025g/cm3，求该岩层的孔隙度。，求该岩层的孔隙度。解：淡水泥浆的密度解：淡水泥浆的密度=1g/cm3=1g/cm3 代入公式：代入公式： 孔隙度孔隙度 = =（2.4025-2.652.4025-2.65）/ /（1-2.651-2.65） = 15%= 15%WWW.COSL.COM.CN 地层密度测井地层密度测井3 3、密度与中子曲线重叠确定岩性、判别气层、密度与中子曲线重叠确定岩性、判别气

40、层4 4、密度、密度-中子交会图法中子交会图法确定岩性确定岩性孔隙度孔隙度岩石的骨架成分岩石的骨架成分WWW.COSL.COM.CN WWW.COSL.COM.CN WWW.COSL.COM.CN WWW.COSL.COM.CN 地球物理测井地球物理测井核测井核测井地层密度测井地层密度测井WWW.COSL.COM.CN （二）、岩性密度测井原理（二）、岩性密度测井原理1 1、下井仪：一个源、下井仪：一个源 2 2个探测器个探测器2 2、测量原理、测量原理分别记录高能区和低能区的计数分别记录高能区和低能区的计数率、将计数率进行处理。高能区率、将计数率进行处理。高能区的计数率的计数率H=fH=f1

41、 1( (e e ) ) b b，低能区低能区的计数率的计数率S=fS=f2 2( (e e、u) u) 输出的测井曲线有：输出的测井曲线有：PePe、U U 、b b岩性密度测井探测器窗岩性密度测井探测器窗口及伽马射线的测定口及伽马射线的测定 岩性密度测井岩性密度测井高能谱区：康普顿散射区，计高能谱区：康普顿散射区，计数率相同，说明此段数率相同，说明此段只反映岩只反映岩石的密度石的密度。低能谱区：与岩性有关的光电低能谱区：与岩性有关的光电效应，效应，反映反映U或或Pe。WWW.COSL.COM.CN 岩性密度测井岩性密度测井（三）资料的解释及应用（三）资料的解释及应用1 1、常见岩石的、常见

42、岩石的P Pe e 、U U、 b b值值 从表中得出以下结论：从表中得出以下结论：1 1）、不同岩性，）、不同岩性，P Pe e 、U U、 b b不同不同2 2）、）、U U的差别最大的差别最大3 3）、流体的）、流体的P Pe e 、U U相对相对骨架来讲是很小的骨架来讲是很小的矿物矿物名称名称石石英英方解方解石石白云白云石石石石膏膏硬石硬石膏膏岩岩盐盐淡淡水水盐水盐水油气油气1.22.0CH2CH4PePe1.8065.0843.1423.425.0554.1690.3580.8071.20.1190.125U4.7913.779.008.1114.959.650.400.961.48

43、0.110.12WWW.COSL.COM.CN 地球物理测井地球物理测井核测井核测井地层密度测井地层密度测井岩性密度测井曲线识别岩性岩性密度测井曲线识别岩性 云云岩岩灰灰岩岩WWW.COSL.COM.CN 岩性密度测井岩性密度测井WWW.COSL.COM.CN 中子中子- -密度曲线识别岩性及流体密度曲线识别岩性及流体砂岩线砂岩线灰岩线灰岩线白云岩线白云岩线含气含气泥质含泥质含量增加量增加WWW.COSL.COM.CN 中子中子- -密度曲线识别岩性及流体密度曲线识别岩性及流体WWW.COSL.COM.CN 自然电位测井自然电位测井侧向测井侧向测井中子测井中子测井WWW.COSL.COM.CN

44、 中子测井中子测井中子测井也是一种核测井方法，它主要利用中子测井也是一种核测井方法，它主要利用中子射线中子射线与地层的相互作用与地层的相互作用来划分储集层和确定地层孔隙度，来划分储集层和确定地层孔隙度，其次还能用于区分气层。其次还能用于区分气层。中子测井可分为：中子测井可分为：中子伽马测井中子伽马测井、中子热中子测井中子热中子测井、超热中子测井超热中子测井等等目前，主要用目前，主要用补偿中子测井补偿中子测井和和超热中子测超热中子测井井确定地层孔隙度。确定地层孔隙度。WWW.COSL.COM.CN 测井时，中子源随井下仪器放入钻孔中，由中子源放出的快中测井时，中子源随井下仪器放入钻孔中，由中子源

45、放出的快中子经过一系列碰撞而减弱到热能状态，再经过一定距离的扩散，子经过一系列碰撞而减弱到热能状态，再经过一定距离的扩散，最后被吸收。因此，中子在空间的分布是和物质的最后被吸收。因此，中子在空间的分布是和物质的减速性质及减速性质及吸收性质吸收性质有关。中子有关。中子- -中子测井就是通过测量源附近中子分布中子测井就是通过测量源附近中子分布状态来研究岩层减速性质或吸收性质的方法。由于氢对中子具状态来研究岩层减速性质或吸收性质的方法。由于氢对中子具有特别大的减速能力，所以有特别大的减速能力，所以岩石的减速性质主要由岩层中含氢岩石的减速性质主要由岩层中含氢量的多少决定量的多少决定。因而在不含结晶水的

46、渗透性岩层中，岩层的减。因而在不含结晶水的渗透性岩层中，岩层的减速性质主要和孔隙度有关。速性质主要和孔隙度有关。岩层的吸收性质主要由岩层中某些岩层的吸收性质主要由岩层中某些吸收能力特别强的元素所决定吸收能力特别强的元素所决定，例如氯、硼等。，例如氯、硼等。 WWW.COSL.COM.CN 4 4）中子的分类）中子的分类按能量分级：按能量分级：快中子快中子慢中子（超热中子、热中子）慢中子（超热中子、热中子）中能中子中能中子中子源中子源快中子快中子地层介质地层介质热中子热中子热中子探测器：含硼盖革计数管热中子探测器：含硼盖革计数管 闪烁计数器（晶体含硼、锂）闪烁计数器（晶体含硼、锂） 超热中子探测

47、器：利用含氢介质减速，再用镉过滤器超热中子探测器：利用含氢介质减速，再用镉过滤器去掉热中子。去掉热中子。 WWW.COSL.COM.CN 中子测井中子测井3 3、描述中子与物质相互作用各阶段的物理量、描述中子与物质相互作用各阶段的物理量1)1)减速长度减速长度LsLs2)2)扩散长度扩散长度LdLd3)3)宏观俘获截面宏观俘获截面LsLs最短（减速能力最强）最短（减速能力最强）含氢越多的物质，减速长度就越小，减速能力就越强。所有元含氢越多的物质，减速长度就越小，减速能力就越强。所有元素中氢的减速能力最强。（素中氢的减速能力最强。（P165P165表表3-73-7）物质对热中子俘获能力越强，扩散

48、长度就越短。物质对热中子俘获能力越强，扩散长度就越短。岩石含氯量越高，岩石俘获截面越大，则俘获产生的中子伽马岩石含氯量越高，岩石俘获截面越大，则俘获产生的中子伽马射线强度越大。射线强度越大。WWW.COSL.COM.CN WWW.COSL.COM.CN 地球物理测井地球物理测井核测井核测井地层密度测井地层密度测井WWW.COSL.COM.CN 中子测井中子测井三、补偿中子测井三、补偿中子测井CNLCNL1 1、补偿中子测井的原理、补偿中子测井的原理 （探测热中子密度）（探测热中子密度）补偿中子的探测器测得的计数率送至地面仪，经过适当的模补偿中子的探测器测得的计数率送至地面仪，经过适当的模拟装置

49、自动把计数率的比值转换为相应的含拟装置自动把计数率的比值转换为相应的含H H指数，最终输指数，最终输出一条含氢指数曲线，也即常见的视石灰岩孔隙度曲线。出一条含氢指数曲线，也即常见的视石灰岩孔隙度曲线。优点优点：减小地层俘获性能的影响，补偿井参数含氯量的影响。减小地层俘获性能的影响，补偿井参数含氯量的影响。利用两个不同源距探测器所测得的计数率之比来减小地层俘利用两个不同源距探测器所测得的计数率之比来减小地层俘获性能的影响。获性能的影响。WWW.COSL.COM.CN 中子测井中子测井含氢指数含氢指数单位体积岩石和纯水的含氢量之比。单位体积岩石和纯水的含氢量之比。如果地层含气，由于气的含氢指数非常

50、小，会导致中如果地层含气，由于气的含氢指数非常小，会导致中子测井所测得的地层孔隙度低于地层真实孔隙度。子测井所测得的地层孔隙度低于地层真实孔隙度。WWW.COSL.COM.CN 补偿中子测井采用的是灰岩刻度，灰岩补偿中子测井采用的是灰岩刻度，灰岩CNLCNL值为值为0 0，水是，水是100100。通常情况下，泥岩束缚水含量比较高，所以补偿中子测井值为通常情况下，泥岩束缚水含量比较高，所以补偿中子测井值为高值，通常都大于高值，通常都大于30%30%。砂岩孔隙度高，补偿中子也较高，砂。砂岩孔隙度高，补偿中子也较高，砂岩孔隙度越低，补偿中子也越低。岩孔隙度越低，补偿中子也越低。 补偿中子测井对油层的

51、反应不是很明显，但对于气层，由于挖补偿中子测井对油层的反应不是很明显，但对于气层，由于挖掘效应的存在，补偿中子值会比实际孔隙度低，地层含气量越掘效应的存在，补偿中子值会比实际孔隙度低，地层含气量越大，补偿中子值越低。大，补偿中子值越低。WWW.COSL.COM.CN 声波测井声波测井基本的声波仪器由一个发射声波脉冲的发射探头和一个检测脉冲的接收探头所组成。声波测井记录发射的脉冲波传过一个单位体积岩石，所需要的时间，即声波时差声波时差(Slowness)(Slowness)。时差是声波速度的倒数，一定地层的时差取决于其岩性和孔隙度。井眼补偿(BHC)系统使用两对声波接收探头和上下各一个的发射探头

52、。这一类型的仪器减小了井眼尺寸变化和仪器碰撞所造成的不良影响，当其中一个发射探头发射脉冲波时，在两个相应接收探头上可测得首波的时间差。BHC仪器的两个发射探头交互地发射脉冲波，在两个接收探头上读取时差。接收到的两套时差自动地平均进行井眼补偿。目前，声波测井除了测量地层的时差以外，还可以记录声波全波列资料，通过对波列的分析，可以获得多种声学和力学信息，广泛应用于地层评价、工程作业指导等方面。WWW.COSL.COM.CN 地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声波测井声波测井是通过研究是通过研究声波声波在井下岩层和介质中的传播特性，从在井下岩层和介质中的传播特性，从而了解岩层的而了解岩层的地质

53、特性地质特性和井的和井的技术状况技术状况的一种测井方法。的一种测井方法。目前主要有以下几种声波测井方法：目前主要有以下几种声波测井方法：声波时差测井声波时差测井（计算地层孔隙度和力学参数）（计算地层孔隙度和力学参数）水泥胶结测井水泥胶结测井CBL（研究固井质量）（研究固井质量）噪声测井噪声测井（研究油井串槽和油气水流动情况）（研究油井串槽和油气水流动情况）超声电视超声电视BHTV（观察井壁情况和裂缝）（观察井壁情况和裂缝）声速类测井声速类测井声幅类测井声幅类测井声波变密度测井声波变密度测井VDL（观察井壁情况和裂缝）（观察井壁情况和裂缝）声波频率特声波频率特性类测井性类测井声波测井既可应用于裸

54、眼井，也可应用于套管井测井声波测井既可应用于裸眼井，也可应用于套管井测井WWW.COSL.COM.CN 方位声波成像测井方位声波成像测井偶极横波成像测井偶极横波成像测井井周声波成像测井井周声波成像测井超声波成像测井超声波成像测井声声波波成成像像测测井井WWW.COSL.COM.CN 岩石的声学性质岩石的声学性质是一种机械波，是介质质点是一种机械波，是介质质点振振动动向四周的传播。向四周的传播。目前声波测井使用的频率为目前声波测井使用的频率为20Hz20Hz2MHz2MHz。声声 波波 20HZ20HZ 频率频率 20KHZ 20KHZ次次声波声波 频率频率 20HZ 20HZ超超声波声波 频率

55、频率 20KHZ20KHZ什么叫声波？什么叫声波？WWW.COSL.COM.CN XMACII是一种新型交叉多极阵列声波测井仪器，由两个单极子发射器、两个偶极子发射器和八个阵列单极子接收器、八个阵列偶极子接收器组成，不仅可以采集到全波单极子波列、偶极子波列，还可以采集到交叉偶极子波列。从软底层、未固化的砂岩地层到低孔隙度、裂缝碳酸盐岩地层都能得到纵波、快横波、慢横波。它不仅可以确定岩石力学参数、裂缝走向和出砂分析，还可以与井斜方位仪器一起测量还可以确定微裂缝和地应力方向，提供方位各向异性分析。WWW.COSL.COM.CN scsVVGVGKVc234其中：K体积模量 G剪切模量 密度 Vc纵

56、波速度 Vs横波速度井下岩石可认为是弹性介质，在外力作用下能产生切变弹性形变和压缩弹性形变，所以它既能传播纵波又能传播横波；而在气体和液体中，只能产生压缩弹性形变，不能产生切变弹性形变，因此只能传播纵波，不能传播横波。纵波：质点的振动方向与波的传播方向一致横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直公式分别为：WWW.COSL.COM.CN SourceReceiverPPStoneleyWave 斯通利波又称管波，它是在井内流体与井壁地层之间传播的一种流体导波，在全波列中具有频率低、幅度大等特点，其速度比纵波和横波低，且略低于井内流体声波速度，其衰减不仅与地层的固有衰减有关，还与井壁地层的渗透性有

57、密切关系。WWW.COSL.COM.CN 快速地层单极子能接收到的波快速地层单极子能接收到的波CompressionalShearStoneleyHeadwavesVs Vf在井眼中可接收到纵波、横波、斯通利波WWW.COSL.COM.CN 包括：纵波、横波、斯通利波包括：纵波、横波、斯通利波单极子声源在快速地层中记录的典型波形WWW.COSL.COM.CN CompressionalShearStoneleyHeadwaveVs V V油油 V V气气在高孔隙和侵入不深的条件下能识在高孔隙和侵入不深的条件下能识别气层别气层, ,其特征其特征: :周波跳跃周波跳跃高时差高时差 30 30微秒微

58、秒/ /米米气气层层声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）WWW.COSL.COM.CN 2 2、划分地层、划分地层 （确定地层的岩性确定地层的岩性）由于不同岩性地层具有不同的声速，因此由于不同岩性地层具有不同的声速，因此可以用时可以用时差划分地层差划分地层。参看参看P P229229图图6-6 6-6 致密岩石的时差致密岩石的时差 孔隙性岩石的时差孔隙性岩石的时差岩层的孔隙增加岩层的孔隙增加-声速下降声速下降-时差增加时差增加砂岩的时差砂岩的时差 1cp1）cpcp的求法的求法: :A:A:深度法深度法B:B:时差对比法时差对比法Cp= Cp= t tshsh / / t tshpsh

59、p t tshpshp是固结压实泥岩的时差是固结压实泥岩的时差 tshtsh目的层附近的泥岩时差目的层附近的泥岩时差声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）CpCp与深度成反比与深度成反比, ,深度越深深度越深, ,地层越压实地层越压实, ,胜利油田胜利油田的经验公式的经验公式: : cp=1.68-0.0002cp=1.68-0.0002* *H HWWW.COSL.COM.CN 固结压实泥质地层固结压实泥质地层根据根据体积物理模型体积物理模型有有: : t= t= t tshsh* *VshVsh+ + t tf f * * + + t tmama * *(1-Vsh- (1-Vsh-

60、 ) )非均匀孔隙地层非均匀孔隙地层用用次生孔隙指数次生孔隙指数来反映地层的裂缝发育情况来反映地层的裂缝发育情况: :次生孔隙指数次生孔隙指数= = N N - - S S原生孔隙原生孔隙 S S 总孔隙度总孔隙度通常情况下通常情况下: :用用 S S表示原表示原生孔隙度（生孔隙度（声波测井反声波测井反映原生孔隙度映原生孔隙度）声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）WWW.COSL.COM.CN 声波测井资料主要用途：声波测井资料主要用途： 孔隙度分析，岩性识别；孔隙度分析，岩性识别； 提供速度数据，为地震作标定；提供速度数据，为地震作标定； 判断气层；判断气层； 估计地层异常压力；估计