第九章中子测井

1、第九章第九章 中子测井中子测井 中子测井的核物理基础中子测井的核物理基础超热中子测井超热中子测井热中子测井热中子测井中子伽马测井中子伽马测井内容小结内容小结思考题思考题本章重点及难点本章重点及难点中子与物质的作用中子与物质的作用物质对快中子的减速能力物质对快中子的减速能力物质对热中子的俘获能力物质对热中子的俘获能力地层视石灰岩孔隙度的含义地层视石灰岩孔隙度的含义热中子寿命与地层性质的关系热中子寿命与地层性质的关系一、中子和中子源一、中子和中子源 1 1、中子、中子 中子：组成原子核不带电的微小粒子，中子：组成原子核不带电的微小粒子，质量约为一个氢原子核的质量，与质子以很强质量约为一个氢原子核的

2、质量，与质子以很强的核力结合在一起，形成稳定的原子核。的核力结合在一起，形成稳定的原子核。 第一节第一节 中子测井的核物理基础中子测井的核物理基础中能中子中能中子（1 keV -0.5MeV1 keV -0.5MeV） 快中子（快中子（能量大于能量大于0.5MeV0.5MeV）根据中子能量的大小，将中子分为根据中子能量的大小，将中子分为 慢中子慢中子（0-1keV0-1keV） 超热中子（超热中子（0.210eV0.210eV）热中子热中子 以某种方式，给原子核以能量，引起核反应，以某种方式，给原子核以能量，引起核反应，把中子从原子核中释放出来的装置。把中子从原子核中释放出来的装置。2 2、中

3、子源、中子源241237495932941214260( )(5.701)AmNpHeBeHeCnQMeV同位素中子源（镅铍中子源）同位素中子源（镅铍中子源）加速器（脉冲）中子源（加速器（脉冲）中子源（D DT T中子源）中子源）412017.588DTHenMeV二、中子与物质的作用二、中子与物质的作用1 1、快中子非弹性散射、快中子非弹性散射 快中子先被靶核吸收形成复核，而后再放快中子先被靶核吸收形成复核，而后再放出一个能量较低的中子，靶核处于较高能级的出一个能量较低的中子，靶核处于较高能级的激发态，激发态的靶核以伽马射线的形式释放激发态，激发态的靶核以伽马射线的形式释放出能量以回到基态，

4、释放出的伽马射线为出能量以回到基态，释放出的伽马射线为非弹非弹性散射伽马射线性散射伽马射线。 2 2）、结果）、结果 （1 1）、快中子能量降低；）、快中子能量降低； （2 2）、产生非弹性散射伽马射线；）、产生非弹性散射伽马射线； （3 3）、）、快中子与不同靶核产生的非弹快中子与不同靶核产生的非弹性散射伽马射线的能量不同。性散射伽马射线的能量不同。1）、发生的几率与中子能量有关，中子能）、发生的几率与中子能量有关，中子能量越高，发生的几率越大。量越高，发生的几率越大。特点特点2 2、快中子对原子核的活化、快中子对原子核的活化 快中子与稳定的原子核作用发生（快中子与稳定的原子核作用发生（n

5、n，）、）、（n n，p p）核反应。生成新的放射性核素。此作用为）核反应。生成新的放射性核素。此作用为活化核反应。活化核反应。特点：活化形成的新核素，有一定的半衰期，特点：活化形成的新核素，有一定的半衰期，其衰变产生的伽马射线为活化伽马射线。其衰变产生的伽马射线为活化伽马射线。2828),(AlpnSi)782. 1 (28142813MeVQSiAl3 3、快中子的弹性散射、快中子的弹性散射 快中子撞击一个原子核，撞击后中子和靶核组快中子撞击一个原子核，撞击后中子和靶核组成的系统总动能不变，中子能量降低，靶核仍处成的系统总动能不变，中子能量降低，靶核仍处于基态，此作用为弹性散射。于基态，此

6、作用为弹性散射。 快中子经多次弹性散射后，能量逐渐减小，快中子经多次弹性散射后，能量逐渐减小，最后变为超热中子和热中子。最后变为超热中子和热中子。 快中子与不同靶核发生弹性散射时，快中子快中子与不同靶核发生弹性散射时，快中子变为超热中子或热中子所需时间不同。变为超热中子或热中子所需时间不同。1) 特点：特点：224101cmb宏观弹性散射截面宏观弹性散射截面 1 1立方厘米物质原子核的微观弹性散射截立方厘米物质原子核的微观弹性散射截面之和。面之和。 s 2) 描述此过程的参数描述此过程的参数s微观弹性散射截面微观弹性散射截面 一个快中子和一个原子核发生弹性散射的一个快中子和一个原子核发生弹性散

7、射的几率，单位为巴几率，单位为巴62dsRL 减速长度减速长度 介质对快中子的减速长度与减速距离有关，介质对快中子的减速长度与减速距离有关，其关系如式（其关系如式（9 91 1）所示）所示。 sL（9 91 1）其中：其中： 为减速距离，为快中子减速为热中子为减速距离，为快中子减速为热中子所移动的直线距离。所移动的直线距离。 dR 核素核素 钙钙 氯氯 硅硅氧氧碳碳氢氢9.510.1.74.24.845每次散射最大能量损失每次散射最大能量损失% %810122128100热化所需平均散射次数热化所需平均散射次数37131626115011518表表9-19-1几种核素的弹性散射截面几种核素的弹

8、性散射截面氢核素是最好的快中子减速核。氢核素是最好的快中子减速核。物质对快中子的减速能力取决于物质所含核素的物质对快中子的减速能力取决于物质所含核素的种类及数量。种类及数量。单位体积介质所含氢核素的个数越单位体积介质所含氢核素的个数越多，其减速能力越强。多，其减速能力越强。由表由表9 91 1得出：得出：弹性散射截面（弹性散射截面（b）灌满淡水灌满淡水容器体积为容器体积为V cm3充满天然气（甲烷）充满天然气（甲烷）容器体积为容器体积为V cmV cm3 3由于两容器内所含氢原子个数不同，因此，它们由于两容器内所含氢原子个数不同，因此，它们对快中子的减速能力不同。（相同压力、温度）对快中子的减

9、速能力不同。（相同压力、温度）强于强于4 4、热中子的俘获、热中子的俘获 热中子形成后，有高密度区向低密度区扩散热中子形成后，有高密度区向低密度区扩散，在扩散过程中，被靶核俘获，形成复核，处于激，在扩散过程中，被靶核俘获，形成复核，处于激发态的复核以伽马射线的形式放出多余的能量，靶发态的复核以伽马射线的形式放出多余的能量，靶核回到基态。释放的伽马射线叫俘获伽马射线。核回到基态。释放的伽马射线叫俘获伽马射线。 1 1）、特点）、特点 热中子消失；热中子消失； 产生俘获伽马射线产生俘获伽马射线; ; 介质对热中子的俘获能力与构成介质的介质对热中子的俘获能力与构成介质的核素有关核素有关. .微观俘获

10、截面微观俘获截面 一个原子核俘获热中子的几率。一个原子核俘获热中子的几率。宏观俘获截面宏观俘获截面a a 1 1立方厘米物质原子核的微观俘获截面之和。立方厘米物质原子核的微观俘获截面之和。扩散长度扩散长度 热中子从产生到被俘获所移动的直线距离热中子从产生到被俘获所移动的直线距离为为 ，扩散长度定义为：，扩散长度定义为： tR62tdRL （92）2 2）、参数）、参数表表9-2 9-2 几种核素的微观俘获截面几种核素的微观俘获截面 核素核素 钙钙氯氯硅硅氧氧碳碳氢氢硼硼镉镉（b)b) 0.42320.160.00160.00450.3297593500钆的微观俘获截面钆的微观俘获截面49000

11、 49000 巴。巴。氯的氯的最大最大地层的常见核素中地层的常见核素中, ,氯氯对热中子的俘获截面最大对热中子的俘获截面最大. .热中子寿命热中子寿命t t 从热中子生成到它被俘获吸收为止所经过的平从热中子生成到它被俘获吸收为止所经过的平均时间。它与宏观俘获截面均时间。它与宏观俘获截面 的关系为：的关系为： a其中：其中：v v为热中子移动速度。常温下，为热中子移动速度。常温下，v=0.22cm/sv=0.22cm/s。atv1（9-39-3）单位体积介质含单位体积介质含氯量越高氯量越高，其热中子，其热中子宏观俘获截宏观俘获截面越大面越大，热中子，热中子寿命越短寿命越短。灌满灌满淡水淡水容器体

12、积为容器体积为V cm3灌满盐水（氯化钠）灌满盐水（氯化钠）容器体积为容器体积为V cm3V cm3 由于两容器内所含氯原子个数不同，因此，由于两容器内所含氯原子个数不同，因此，它们对热中子的俘获能力不同。它们对热中子的俘获能力不同。弱于弱于注：注：1 1、地层对快中子的弹性散射截面越大，其对、地层对快中子的弹性散射截面越大，其对快中子的减速能力越强，快中子的减速距离越短。快中子的减速能力越强，快中子的减速距离越短。氢核素的减速能力强氢核素的减速能力强。地层中的氢地层中的氢:1、地层水（孔隙，泥质）、地层水（孔隙，泥质） 2、石油及天然气。、石油及天然气。地层中的氯：地层水（地层水矿化度）地层

13、中的氯：地层水（地层水矿化度）2 2、地层对热中子的俘获截面越大，则对热中子的俘、地层对热中子的俘获截面越大，则对热中子的俘获能力越强，热中子扩散距离及寿命越短。俘获伽马获能力越强，热中子扩散距离及寿命越短。俘获伽马射线计数率越大射线计数率越大 氯核素的俘获能力强。氯核素的俘获能力强。三、中子探测器三、中子探测器 利用超热中子、热中子和探测器物质的原子利用超热中子、热中子和探测器物质的原子核发生反应，放出电离能力很强的带电离子以记核发生反应，放出电离能力很强的带电离子以记录中子的装置。录中子的装置。硼探测器、锂探测器、氦三（硼探测器、锂探测器、氦三（ ）探测器，）探测器，它们的核反应分别为：它

14、们的核反应分别为：3He1017503BnLiQ6130L inTQ3120HenTpQ一、超热中子测井的基本原理一、超热中子测井的基本原理 1 1、基本概念基本概念源距源距：快中子源和超热中子探测器之间的距离。：快中子源和超热中子探测器之间的距离。零源距零源距：超热中子探测器的计数率不随地层减速能：超热中子探测器的计数率不随地层减速能力的变化而变化。力的变化而变化。正源距正源距：大于零源距的源距。：大于零源距的源距。中子测井一般采用正源距中子测井一般采用正源距。 在正源距下，超热中子探测器的计数率随地层在正源距下，超热中子探测器的计数率随地层减速能力的增强而减小。减速能力的增强而减小。第二节

15、第二节 超热中子测井超热中子测井 超热中子测井仪超热中子测井仪有快中子源和超热中有快中子源和超热中子探测器组成。为减子探测器组成。为减小井眼影响，测井时小井眼影响，测井时，快中子源和超热中，快中子源和超热中子探测器子探测器贴靠井壁贴靠井壁。如图如图9-19-1所示。所示。2 2 、超热中子测井仪超热中子测井仪图图9-19-1、井壁中子测井仪示意图、井壁中子测井仪示意图中子源中子源探测器探测器地层地层井眼井眼3 3、测量原理测量原理 快中子与地层中的快中子与地层中的核素发生弹性散射，成核素发生弹性散射，成为超热中子，其减速过为超热中子，其减速过程的长短与地层中的核程的长短与地层中的核素类型及数量

16、有关。素类型及数量有关。减减速长度与孔隙度、孔隙速长度与孔隙度、孔隙流体性质、岩性的关系流体性质、岩性的关系如图如图9-29-2所示。所示。图图9-2 9-2 减速长度与孔隙度的关系减速长度与孔隙度的关系 （饱含水纯地层）（饱含水纯地层）减速长度（减速长度（cmcm）510石灰岩石灰岩砂岩砂岩白云岩白云岩孔隙度（孔隙度（%） 在正源距下，在正源距下，超热中子计数率随超热中子计数率随地层减速能力的增地层减速能力的增加而减小。加而减小。如图如图9-39-3所示。所示。 白云岩白云岩砂岩砂岩石灰岩石灰岩含水孔隙度（含水孔隙度（%）超热中子计数率超热中子计数率CPSCPS100100图图9-39-3、

17、计数率与含水孔隙度的关系、计数率与含水孔隙度的关系 孔隙度相同时，白云孔隙度相同时，白云岩、岩、 石灰岩、砂岩的减石灰岩、砂岩的减速长度依次增加；速长度依次增加； 岩性相同，随含水孔岩性相同，随含水孔隙度的增加，减速长隙度的增加，减速长度减小，减速能力增度减小，减速能力增加。加。二、超热中子测井资料应用二、超热中子测井资料应用1 1、测井仪器的刻度、测井仪器的刻度 在淡水饱和的实验室标准井眼中完成在淡水饱和的实验室标准井眼中完成中子测中子测井仪器的一级裸眼井刻度井仪器的一级裸眼井刻度。条件：井径条件：井径 英寸，井内充满淡水，无泥饼且英寸，井内充满淡水，无泥饼且仪器贴井壁，地层处于仪器贴井壁，

18、地层处于1 1大气压和大气压和7575 的条件下。的条件下。标准岩性地层：石灰岩、砂岩和白云岩。实验井标准岩性地层：石灰岩、砂岩和白云岩。实验井提供孔隙度分别为提供孔隙度分别为26%26%、19%19%及及1.9%1.9%的三个石灰岩的三个石灰岩孔隙度点。孔隙度点。778 超热中子测井超热中子测井的输出为用完全含的输出为用完全含水纯石灰岩地层刻水纯石灰岩地层刻度的视石灰岩中子度的视石灰岩中子孔隙度孔隙度snpsnp 。如。如图图9-49-4所示。所示。 2 2、超热中子测井的输出、超热中子测井的输出图图9-49-4、超热中子测井曲线、超热中子测井曲线 横轴：线性刻度横轴：线性刻度 （1 1）、

19、泥饼校正）、泥饼校正 泥饼厚度和密度影响测量结果。泥饼密度为泥饼厚度和密度影响测量结果。泥饼密度为1.4 1.4 时的校正公式：时的校正公式： 3/cmg）47882. 027296. 5()901255. 026126. 0()00326. 000088. 0(2mcsnpmcsnpmccorrhhh3 3、测井资料的应用、测井资料的应用（9 94 4） 1 1）、测井资料的校正）、测井资料的校正泥饼密度为泥饼密度为2.5 2.5 3/cmg）1105. 0385. 3()016. 1245. 0()00041. 000853. 0(2mcsnpmcsnpmccorrhhh其中：其中： -泥

20、饼厚度（英寸）；泥饼厚度（英寸）； -超热中子孔隙度测井仪测量的视石超热中子孔隙度测井仪测量的视石灰岩孔隙度。灰岩孔隙度。 mchsnp(9-5)0432. 3047. 10014. 02snpsnpcorr砂岩：砂岩：2494. 18278. 00034. 02snpsnpcorr白云岩白云岩：（96）（97）井壁中子测井孔隙度（）井壁中子测井孔隙度（）已知的真孔隙度（）已知的真孔隙度（）砂岩砂岩白云岩白云岩灰岩灰岩图图9-59-5、超热中子测井孔隙度岩性校正图版、超热中子测井孔隙度岩性校正图版（2 2）岩性影响校）岩性影响校正正 岩性影响校正岩性影响校正图版如图图版如图9-59-5所所示示

21、孔隙流体影响的校正公式：孔隙流体影响的校正公式： 0.70.410.4hmfsnphrmfCsC其中其中C Cmfmf- -泥浆矿化度泥浆矿化度,ppm,ppm10-6 。测井响应与校正量之差等于流体校正后的地测井响应与校正量之差等于流体校正后的地层孔隙度。层孔隙度。 （98）（3 3）孔隙流体影响的校正）孔隙流体影响的校正2 2）、应用）、应用 （1 1）、确定地层孔隙度）、确定地层孔隙度超热中子测井得到的地层孔隙度为视石灰岩超热中子测井得到的地层孔隙度为视石灰岩孔隙度，其大小反映地层对快中子的相对减速孔隙度，其大小反映地层对快中子的相对减速能力。能力。A A、岩性：孔隙度为零的纯砂岩和白云

22、岩，其、岩性：孔隙度为零的纯砂岩和白云岩，其视石灰岩孔隙度分别为视石灰岩孔隙度分别为-3.5%-3.5%和和5%5%。另外，石。另外，石膏和泥岩的视石灰岩孔隙度比较大，前者为膏和泥岩的视石灰岩孔隙度比较大，前者为45%45%，后者大约为，后者大约为35%35%。B B、孔隙流体性质：由于不同浓度的盐水、石油、孔隙流体性质：由于不同浓度的盐水、石油及天然气与淡水的减速能力不同，因此，当地及天然气与淡水的减速能力不同，因此，当地层内含有这些流体时，测量的视石灰岩孔隙度层内含有这些流体时，测量的视石灰岩孔隙度与它们在孔隙内的相对含量有关。与它们在孔隙内的相对含量有关。当孔隙内含有天然气时，由于天然气

23、的减当孔隙内含有天然气时，由于天然气的减速能力特别弱，致使测量的视石灰岩孔隙度特速能力特别弱，致使测量的视石灰岩孔隙度特别低，即由别低，即由“挖掘效应挖掘效应”所致。所致。 中 子 孔 隙中 子 孔 隙度与声波时差度与声波时差或密度测井组或密度测井组合构成交会图，合构成交会图，可以确定地层可以确定地层岩性及孔隙度。岩性及孔隙度。如图如图9-69-6所示。所示。 （2 2）、交会图法确定地层孔隙度和岩性）、交会图法确定地层孔隙度和岩性图图9-6 9-6 超热中子超热中子-密度测井交会图密度测井交会图 白云岩石灰岩砂岩天然气校正方向井壁中子孔隙度井壁中子孔隙度体积密度体积密度地层含天然气时地层含天

24、然气时，其密度减小，密度，其密度减小，密度孔隙度增加，而井壁孔隙度增加，而井壁中子孔隙度减小。应中子孔隙度减小。应用二者比与油气饱和用二者比与油气饱和度及油气密度的关系度及油气密度的关系，可估计油气密度。，可估计油气密度。如图如图9-79-7所示。所示。 （3 3）、估计油气密度）、估计油气密度图图9-79-7、估计油气密度图版、估计油气密度图版油气饱和度（油气饱和度（%）/snpD0.20.40.60.81.000.10.20.30.40.50.60.7油气密度油气密度0.47（4 4）、定性指）、定性指示高孔隙度气层示高孔隙度气层当地层含有天然当地层含有天然气时，地层密度减气时，地层密度减

25、小，密度孔隙度增小，密度孔隙度增加，而井壁中子孔加，而井壁中子孔隙度减小。隙度减小。在含气在含气高孔隙地层，两条高孔隙地层，两条曲线出现明显的分曲线出现明显的分离，离，如图如图9-89-8所示所示。D图图9-89-8、 与与 曲线重叠显示气层曲线重叠显示气层 N一、补偿中子测井的补偿原理一、补偿中子测井的补偿原理 补偿中子测井：通过测量热中子计数率，补偿中子测井：通过测量热中子计数率，确定地层减速能力，判断地层岩性和计算地层确定地层减速能力，判断地层岩性和计算地层孔隙度的一种测井方法。孔隙度的一种测井方法。 方解石方解石 淡水淡水石英石英白云石白云石泥岩泥岩石膏石膏硬石膏硬石膏常见介质对快中子

26、的相对减速能力常见介质对快中子的相对减速能力第三节第三节 补偿中子测井补偿中子测井 (,)tsdNfL源距，L(,)tsaNf 源距，或：或：1、影响热中子计数率的因素影响热中子计数率的因素 1 1）、源距）、源距 正源距下，正源距下，源距越长，源距越长，热中子计数率越低。热中子计数率越低。 2 2）、地层对快中子的减速能力）、地层对快中子的减速能力 正源距下，正源距下，地层减速能力越强，热中子计数率地层减速能力越强，热中子计数率越低。越低。 3 3）、地层对热中子的俘获能力）、地层对热中子的俘获能力 正源距下，正源距下，地层对热中子的俘获能力越高，热中地层对热中子的俘获能力越高，热中子计数率

27、越低。子计数率越低。2 2、井下仪、井下仪 补偿中子测补偿中子测井仪如图井仪如图9-99-9所所示。一个快中示。一个快中子源、两个距子源、两个距源不同的热中源不同的热中子探测器。测子探测器。测井时仪器居中井时仪器居中测量。测量。减速阶段减速阶段热运动阶段热运动阶段地层地层井眼井眼长源距探测器长源距探测器短源距探测器短源距探测器中子源中子源图图9-9 9-9 补偿中子测井示意图补偿中子测井示意图 在均匀无限大介质中，点状快中子源产生的热在均匀无限大介质中，点状快中子源产生的热中子的分布为：中子的分布为： )()(4)(/222rereLLDKLrNdsLrLrdsdt(9-9)其中：其中： -热

28、中子计数率；热中子计数率；r-r-探测器到中子探测器到中子源的距离（源距）；源的距离（源距）；D-D-扩散系数；扩散系数； 、 -分别为减速长度和扩散长度；分别为减速长度和扩散长度； K-K-与仪器有关的系数。与仪器有关的系数。 tNSLdL3 3、补偿原理、补偿原理孔隙度孔隙度 超热中子参数超热中子参数 热中子参数热中子参数 (%) (%) Ls(cm)Ls(cm)L Ld d(cm)(cm) 淡水淡水 盐水盐水Ls(cm)Ls(cm)L Ld d(cm)(cm)Ls(cm)Ls(cm) L Ld d(cm)(cm) 317.891.414.31.0713.11.08 1113.785.41

29、0.70.7428.50.75 2311.580.47.70.5145.60.523 3410.577.06.20.3934.20.401 509.173.65.80.2983.10.304 1007.068.82.80.1671.70.171 表表9-3 9-3 实验及计算的中子参数实验及计算的中子参数 LsLs、L Ld d分别为减速长度和扩散长分别为减速长度和扩散长度度从表从表9-39-3知：知：超热中子的减速长度小于扩散长度超热中子的减速长度小于扩散长度(Ls(LsL Ld d) )；热中子的减速长度大于扩散长度热中子的减速长度大于扩散长度(Ls(LsL Ld d) )。当源距足够大时

30、，两个探测器的热中子计数率之当源距足够大时，两个探测器的热中子计数率之比与地层的减速能力关系紧密，而与地层的俘获能力比与地层的减速能力关系紧密，而与地层的俘获能力关系较弱。计数率之比近似为：关系较弱。计数率之比近似为： 12()/1122( )( )srrLttN rreN rr（910） 从（从（9 91010）式看出，通过两个热中子探）式看出，通过两个热中子探测器记录到的热中子计数率比值，可以得到地测器记录到的热中子计数率比值，可以得到地层快中子的减速长度，即地层对快中子的减速层快中子的减速长度，即地层对快中子的减速能力。能力。 补偿中子孔隙度测井就是通过测量热中子补偿中子孔隙度测井就是通

31、过测量热中子计数率的比值，而后对数值刻度（利用完全含计数率的比值，而后对数值刻度（利用完全含水的纯灰岩刻度），得到地层的视石灰岩中子水的纯灰岩刻度），得到地层的视石灰岩中子孔隙度。孔隙度。4 4、补偿中子测井的输出、补偿中子测井的输出 用饱含水的石灰岩刻度的石灰岩孔隙用饱含水的石灰岩刻度的石灰岩孔隙度度 。如图。如图9 91111所示。所示。 N地层对快中子的相对减速能力越强地层对快中子的相对减速能力越强,其值越大其值越大.与地层岩性、孔隙流体性质、孔隙度有关。与地层岩性、孔隙流体性质、孔隙度有关。方解石方解石 淡水淡水石英石英白云石白云石泥岩泥岩石膏石膏硬石膏硬石膏图图9 910 10 常见

32、矿物的相对减速能力示意图常见矿物的相对减速能力示意图0 1.0 图图911 补偿中子测井曲线补偿中子测井曲线横轴：线性刻度横轴：线性刻度CNL(2) (2) 、 反映地层对快中子的反映地层对快中子的相对相对减速能力。减速能力。石灰岩中子孔隙度石灰岩中子孔隙度 的物理意义的物理意义CNLC N L（3 3）、地层对快中子的）、地层对快中子的相对相对减速能力越强，减速能力越强， 越大。反之，也成立。越大。反之，也成立。CNL（1 1）、方解石的）、方解石的 淡水的淡水的 0.0CNL1.0CNL二、含氢指数二、含氢指数 1 1、含氢指数、含氢指数HIK每个分子中氢原子的个数介质密度分子量规定：淡水

33、的含氢指数等于规定：淡水的含氢指数等于1 1。K K9 9 （9 91111）499164hhhI 天然气的含氢指数与密度的关系天然气的含氢指数与密度的关系表表9-4 9-4 天然气的含氢指数与密度的关系天然气的含氢指数与密度的关系hIh0.10.2250.20.450.30.6750.40.9注：注： 地层含氢指数越大，其中子孔隙度越高。地层含氢指数越大，其中子孔隙度越高。 当用含水纯灰岩刻度中子测井仪时，认为方当用含水纯灰岩刻度中子测井仪时，认为方解石的含氢指数等于零。石英的含氢指数小于解石的含氢指数等于零。石英的含氢指数小于方解石的含氢指数。白云石的含氢指数大于方方解石的含氢指数。白云石

34、的含氢指数大于方解石的含氢指数。解石的含氢指数。 泥岩的含氢指数比较大。（泥岩的含氢指数比较大。（0.30.4） 相同体积的流体，天然气的含氢指数最小。相同体积的流体，天然气的含氢指数最小。2 2、地层含氢指数、地层含氢指数 地层含氢指数大小与地层岩性、孔隙度地层含氢指数大小与地层岩性、孔隙度及孔隙流体性质有关。及孔隙流体性质有关。1 1）、含水纯地层的含氢指数）、含水纯地层的含氢指数( (视石灰岩中子孔隙度视石灰岩中子孔隙度) )fNmaNN)1 (（912）其中：其中：maNmaN地层骨架含氢指数；地层骨架含氢指数； fNfN 地层孔隙流体含氢指数；地层孔隙流体含氢指数； - -地层孔隙度

35、。地层孔隙度。2 2）、含油气纯地层的含氢指数）、含油气纯地层的含氢指数( (视石灰岩中子孔隙视石灰岩中子孔隙度度) )hNwwNwmaNNSS)1 ()1 (（9 91313）其中：其中：SwSw地层含水饱和度；地层含水饱和度； wNwN 地层水含氢指数；地层水含氢指数； hNhN-油气含氢指数。油气含氢指数。3 3）、含水泥质地层的含氢指数）、含水泥质地层的含氢指数( (视石灰岩中子孔视石灰岩中子孔隙度隙度) )fNshNshshmaNNVV)1 (（914）其中：其中：V Vshsh地层泥质含量；地层泥质含量； shN shN 地层泥质的含氢指数。地层泥质的含氢指数。 ）、含油气泥质地层

36、的含氢指数）、含油气泥质地层的含氢指数(视石灰岩中子孔视石灰岩中子孔隙度隙度)hNhwNwshNshshmaNNSSVV)1 (（9 91515）1 1、中子测井的探测深度、中子测井的探测深度 中子测井的探测深度指从中子源出发中子测井的探测深度指从中子源出发又能到达探测器的中子，在地层中所渗入又能到达探测器的中子，在地层中所渗入的平均深度。它与孔隙度、骨架岩性、中的平均深度。它与孔隙度、骨架岩性、中子源能量、强热中子吸收剂浓度、地层的子源能量、强热中子吸收剂浓度、地层的含氢指数及源距有关。含氢指数及源距有关。三、补偿中子测井的应用三、补偿中子测井的应用 图图9-12 9-12 中子和密度测井的

37、探测深度中子和密度测井的探测深度 （孔隙度为（孔隙度为35%35%的砂岩）的砂岩）相对频率相对频率深度（英寸）深度（英寸） 补偿中子测井响补偿中子测井响应对离井壁应对离井壁8-108-10英英寸内的地层灵敏。若寸内的地层灵敏。若其他因素相同，仪器其他因素相同，仪器探测的地层体积随含探测的地层体积随含氢指数的降低而增加。氢指数的降低而增加。补偿中子的探测深度补偿中子的探测深度大于井壁中子的探测大于井壁中子的探测深度，如图深度，如图9-129-12所示。所示。 2）、）、泥饼泥饼14/ )225. 0(825. 0735. 025. 0NmchANcorrA其中：其中： 为泥饼厚度（英寸）。为泥饼

38、厚度（英寸）。 mch（9-17）1 1）、井径）、井径 井径影响的校正公式为：井径影响的校正公式为： )875.703.01)875.7(885.0)875.7(016.01DDDcorr（9-16）其中：其中： D-D-井径（英寸）。井径（英寸）。 2 2、补偿中子测井响应的校正、补偿中子测井响应的校正3 3）、流体矿化度）、流体矿化度0.988(0.415)corrN（1）井内流体井内流体：105 ppm 氯化钠溶液氯化钠溶液2.52.510 05 5 ppm ppm 氯化钠溶液氯化钠溶液)245. 1(963. 0Ncorr（2 2）地层流体地层流体：10105 5 ppm ppm 氯

39、化钠溶液氯化钠溶液 Ncorr04. 1 2.5 2.5105 ppm ppm 氯化钠溶液氯化钠溶液 Ncorr105. 1(9-18)(9-19)4 4）、岩性影响）、岩性影响 （含水纯地层）（含水纯地层） 4Ncorr(1) 、砂岩砂岩例例: :含水纯砂岩地层的中子测井值含水纯砂岩地层的中子测井值15%.15%.求地层孔隙度求地层孔隙度. .解解:根据岩性校正公式根据岩性校正公式,得地层孔隙度得地层孔隙度:194154Ncorr所以所以, ,地层孔隙度为地层孔隙度为19%.19%.(9-20) （2）、白云岩：白云岩：6Ncorr10N当当10N1331. 0102. 00311. 02N

40、Ncorr当当(9-21)(9-22)例例: :已知两层含水白云岩地层的中子孔隙度分别已知两层含水白云岩地层的中子孔隙度分别为为13%13%、9%9%；求其孔隙度。；求其孔隙度。解：解：1、76136Ncorr2、3 .31331.09102.0990311.01331.0102.00311.02NNcorr所以所以, ,地层孔隙度分别为地层孔隙度分别为% %、3.3% 3.3% 。5 5）、油气影响）、油气影响 mfmfhhrCNCCS4 . 014 . 07 . 0CNNcorr 外部条件（压力、温度）相同时，天然气对外部条件（压力、温度）相同时，天然气对快中子的减速能力小于同等体积水和石

41、油的减快中子的减速能力小于同等体积水和石油的减速能力。速能力。(9-23)6 6）、泥质影响）、泥质影响 由于泥质的含氢指数大，当地层含泥质时，由于泥质的含氢指数大，当地层含泥质时，中子孔隙度增大。中子孔隙度增大。泥质含水地层：泥质含水地层：1CNLshshCNLCNcorrshVV（9 92424）05101520253035402.72.62.52.42.32.2a1a2a纯 地 层泥 质 地 层泥 岩密 度 （g/cm3）中 子 孔 隙 度 （%）211aaaaVshcorrNCN泥质含轻质油气地层：泥质含轻质油气地层： 1）、泥质校正；）、泥质校正； 2）、轻质油气校正。）、轻质油气校

42、正。(9-25)N泥质校正后的中子孔隙度。 其中：其中： 为邻近泥岩层的中子孔隙度测为邻近泥岩层的中子孔隙度测井响应。井响应。Nsh3、补偿中子测井的应用、补偿中子测井的应用 补偿中子测井的应用的应用与超热中子补偿中子测井的应用的应用与超热中子测井资料的应用基本相同。测井资料的应用基本相同。 1）、确定地层孔隙度）、确定地层孔隙度 2）、与声波时差或密度测井组合，确定）、与声波时差或密度测井组合，确定地层岩性及孔隙度。地层岩性及孔隙度。 图图9-13 9-13 密度与补偿中子曲线重叠识别气层图密度与补偿中子曲线重叠识别气层图 3 3）、与密度曲线重叠）、与密度曲线重叠，判断气层。如图判断气层。

43、如图9-9-1313、9 91414所示。所示。 水水层两条曲线基本重合层两条曲线基本重合。从左到右，密度刻。从左到右，密度刻度值增加；中子刻度度值增加；中子刻度值减小。在气层，两值减小。在气层，两条曲线明显分离。条曲线明显分离。中子孔隙度密度孔隙度井径GR气层气层油层油层水层水层图图9-14 9-14 密度与补偿中子曲线重叠识别气层图密度与补偿中子曲线重叠识别气层图气层的密度气层的密度- -中子孔隙度特征中子孔隙度特征电阻率正电阻率正差异差异;中子孔隙中子孔隙度低，密度低，密度低。度低。 GRRLLDRLLS补偿中子补偿中子试气试气：13104m3/d深感深感应应 密度密度中中子子气层测井曲

44、线特征低孔、低渗气层气层测井曲线特征低孔、低渗气层(电阻率正差异电阻率正差异)267326732676 m2676 m层段射孔层段射孔, , 并并进行了压裂求进行了压裂求产产, , 获天然气获天然气产量产量1.21.2104 4m m3 3/d/d。射孔射孔位置位置气层特征气层特征不明显不明显明显气明显气层特征层特征X X 井补偿中子时间推移测井结果对比井补偿中子时间推移测井结果对比试油：试油：6.40896.408910104 4 m m3 3/ d ,/ d ,裸眼井、套管裸眼井、套管井测井时间相井测井时间相隔隔2323天；中子天；中子孔隙度降低了孔隙度降低了3.5%3.5%。中子孔隙中子

45、孔隙度未改变度未改变中子孔隙中子孔隙度已改变度已改变Y Y井补偿中子时间推移测井结果对比井补偿中子时间推移测井结果对比该井该井2 2 号层出现了号层出现了明显的时间推移测明显的时间推移测井气层显示井气层显示, ,重复重复测井的补偿中子孔测井的补偿中子孔隙度比原测井结果隙度比原测井结果平均小平均小4 % 4 % 。经经COCO2 2 压裂试气压裂试气, ,该该层获得了层获得了56.2 56.2 10104 4 m m3 3/d /d 的高产的高产工业气流。工业气流。中子孔隙中子孔隙度未改变度未改变中子孔中子孔隙度已隙度已改变改变一、测井原理一、测井原理 1 1、井下仪、井下仪 井下仪由快中子源和

46、伽马光子探测器组成。井下仪由快中子源和伽马光子探测器组成。第四节第四节 中子伽马测井中子伽马测井 热中子被俘获，产生俘获伽马射线，接热中子被俘获，产生俘获伽马射线，接收记录俘获伽马射线强度的测井即为中子伽收记录俘获伽马射线强度的测井即为中子伽马测井。马测井。2 2、测量原理、测量原理 快中子源产生快中子，经过地层减速形成热快中子源产生快中子，经过地层减速形成热中子，扩散的热中子被地层俘获，产生俘获伽马中子，扩散的热中子被地层俘获，产生俘获伽马射线，中子伽马测井就是记录俘获伽马射线的强射线，中子伽马测井就是记录俘获伽马射线的强度，以对地层作进一步的解释。度，以对地层作进一步的解释。 记录到的俘获

47、伽马射线强度与俘获伽马射线记录到的俘获伽马射线强度与俘获伽马射线的空间分布、源距有关。图的空间分布、源距有关。图9-159-15为俘获伽马射线为俘获伽马射线计数率与源距的关系曲线。计数率与源距的关系曲线。零源距零源距：对于饱含淡水、孔隙度不同的地层，其：对于饱含淡水、孔隙度不同的地层，其计数率曲线相交一点，此点对应的源距。计数率曲线相交一点，此点对应的源距。 1）、源距相同，淡水源距相同，淡水的俘获伽马射线计数率的俘获伽马射线计数率低于盐水的俘获伽马射低于盐水的俘获伽马射线计数率；线计数率；2）、在正源距下，地在正源距下，地层含水孔隙度越大层含水孔隙度越大（含氢指数大，减速（含氢指数大，减速能

48、力强），俘获伽马能力强），俘获伽马射线计数率越低。采射线计数率越低。采用用正源距正源距测量。测量。图图9-159-15俘获伽马射线计数率与源距的关系俘获伽马射线计数率与源距的关系 计数率计数率源距源距 （cm)cm)正源正源距距1 1、划分气层、划分气层含气地层的含气地层的含氢指数低，减含氢指数低，减速能力差，中子速能力差，中子伽马计数率高。伽马计数率高。如图如图9-19-1、9 91818、9 91919所示。所示。 二、测井资料的应用二、测井资料的应用图图9-19-1用中子伽马测井曲线划分气层用中子伽马测井曲线划分气层 图图9-179-17用中子伽马测井曲线划分气层用中子伽马测井曲线划分气

49、层 两层投产后日两层投产后日产气产气 。431.6 10 m老资料：气层累计老资料：气层累计厚度厚度67.267.2米；米；新资料：原新资料：原67.267.2米气层米气层仅剩未水淹气层仅剩未水淹气层6 6米米/3/3层；层；日产气日产气3656036560立方米；立方米；累计产气累计产气 立方米。立方米。 71.8 10图图9-18 9-18 中子伽马测井曲线划分气层中子伽马测井曲线划分气层 气层厚度气层厚度2 2米。米。日产气日产气累计产气累计产气431.2 10 m731.4 10 m图图9-19-1 中子伽马测井曲线划分气层中子伽马测井曲线划分气层 气层中子伽马特征气层中子伽马特征油层

50、油层水层水层气层气层气层：气层：SPSP负异常；负异常；电阻率高；电阻率高；中子伽马计数率中子伽马计数率大大。油层：油层：SPSP负异常；负异常；电阻率高；电阻率高；中子伽马计数率中子伽马计数率低低。水层：水层：SPSP负异常；负异常；电阻率电阻率低低；中子伽马计数率中子伽马计数率低低。气层中子伽马特征气层中子伽马特征气层：气层：SPSP负异常；负异常；电阻率高；电阻率高；声波时差大；声波时差大；中子伽马计数率中子伽马计数率大大；声波孔隙度高；声波孔隙度高；中子伽马孔隙度低。中子伽马孔隙度低。曲线重叠法曲线重叠法分析气层分析气层水层水层密度密度- -中子孔隙度曲线基中子孔隙度曲线基本重合；声波时差本重合；声波时差- -中子中子伽马计数率曲线基本重合。伽马计数率曲线基本重合。气层特征图气层特征图-声感测井系列声感测井系列水层水层气层气层气层气层：SPSP负