七放射性测井课件

七放射性测井七放射性测井七放射性测井伽马测井核物理基础核衰变及其放射性放射性强度与活度伽马射线(γ)与物质的相互作用2伽马测井核物理基础核衰变及其放射性放射性强度与活度伽马射线(γ)与物质的相互作用2核衰变及其放射性放射性核素的发现过程

△放射性核素核素是指原子核中具有一定数量的质子和中子并在同一能态上的同类原子,同一核素的原子核中质子数和中子数都相等.

判断1H1、1H2、1H3是否为同一核素？？元素？？同位素？？放射性同位素？？3放射性核素及其核射线1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀的化合物能使包在黑纸里的胶片感光，由此发现了天然放射性核素。放射性核素及射线??4三种射线α:2He4组成的粒子流β:电子流γ:波长很短的电磁波镭源γ射线α射线β射线磁场5Eγ=1.17MevEγ=1.33Mev+6+++Eγ=1.46Mev

放射性核素指原子核能自发地发生衰变的核素7放射性活度、强度及比度放射性活度一定量的放射性核素，在单位时间里发生衰变的核数（核的数量）。放射性强度一定量的放射性核素，在单位时间里放出某种射线的数量。放射性比度指放射性核素的活度与其质量之比（亦称比放射性、比活度或放射性浓度）。8伽马射线与物质的相互作用光电效应康普顿-吴有训效应电子对效应(形成电子对)电子原子核光电子+e-e9光电效应吸收系数τ康-吴效应吸收系数σ形成电子偶吸收系数κ康-吴效应光电效应形成电子偶总效应吸收系数能量10伽马射线的探测放电计数管(G-M)闪烁计数管11阴极阳极输出0u12自然伽马(GR)和

自然伽马能谱(NGS)测井

(GammaRayandNaturalGRSpectrolog)岩石的自然伽马放射性测量原理曲线特征资料用途13岩石的自然伽马放射性自然界中的核素自然界中的放射性核素岩石的自然伽马放射性岩石自然伽马放射性特点14自然界中放射性核素的分布规律90余种元素273种为稳定核素据统计:A<209的核素,多数为稳定的,只有少数是放射性,如A>209的核素,全部为放射性核素300余种核素60余种为放射性核素15自然界中的放射性核素主要由

3种原子核（母元素）衰变而来铀系锕系钍系除此之外,还有不成系的,因此,岩石的GR强度,取决于铀系、钍系核素和钾40的含量。16岩石的GR强度分布规律不同岩类的GR强度分布规律火成岩GR强度沉积岩的GR强度分析碎屑岩沉积岩变质岩化学岩粘土岩17

在不含放射性矿物富集带的情况下，岩石的自然伽马放射性强度主要取决于其泥质含量181920GR测井资料的用途曲线特点资料用途划分岩性求地层泥质含量地层对比21高GR低GR高GR

GR曲线特点:1.当目的层上下围岩岩性相同时,曲线对称于地层中部；2.在高放射性地层中部,GR曲线出现极大值;3.在低放射性地层中部,‥‥‥;4.当h<3cal时,高放射性地层GR值随h减小而

减小;低放射性地层GR值随h减小而增大;4.分层‥‥‥22砂泥岩剖面：泥岩、页岩砂质泥岩泥质砂岩砂岩碳酸盐岩剖面：泥岩含泥质地层纯石灰岩、白云岩膏盐剖面：泥岩砂岩石膏、盐岩GR强度GR强度GR强度2324求地层泥质含量当泥质含量低时：当泥质含量高时：gcur=2(老地层）gcur=3.7(新地层）2526用GR曲线进行地层对比27自然伽马能谱（NGS）测井绪测量原理资料用途

自然伽马能谱（NGS）测井是一种测量地层铀、钍、钾含量的方法。其输出的4条曲线分别是总计数率（GR）、铀、钍和钾含量曲线。28NGS测量原理普通的GR测井测量的是地层所有自然伽马放射性造成的总的计数率.总计数率只反映仪器探测范围内介质全部放射性核素的总效应,而不能区分这些核素的种类.NGS不但测量自然放射性造成的总计数率,而且伽马射线的能量进行分类,根据射线能量的信息,可以确定地层中(铀)Th(钍)K(钾)的含量.293031NGS资料的用途确定地层泥质含量研究生油层寻找高放射性储集层寻找页岩储集层用Th/U研究沉积环境确定粘土矿物类型32U/K计数率比有机碳含量%研究生油层:有机物铀的富集

NGS33研究生油层生油层在能谱曲线上的特征是K和U的含量很高,尤其是U的含量特别高;中部为较纯的致密灰岩,特点???下部为典型的页岩,K和Th含量很高,U含量也为高值,但比上部页岩的U含量要低得多34寻找页岩储集层

富含有机物的高放射性黑色页岩,在局部地段有裂缝、燧石、粉砂或碳酸盐岩夹层时，可能成为产油层，其特点是K、Th、U35寻找高放射储集层

该类储集层的特点：总计数率高、U含量高、而K和Th含量较低。36该图所示井段在低放射性的A井段射孔,虽然厚度很大,但日产油只有0.48m3,后根据NGS测井,在上部U含量明显升高的B、C射孔，虽然厚度很小，但日产油提高到2.86m3.碳酸盐岩储集层实例37美国科罗拉多州高放射性储集层实例。该图全井段都是泥岩，U、Th、K含量都相当高，而其中部U含量和总放射性异常高，已证明是泥岩裂缝性储集层。38研究沉积环境利用Th/U比值研究沉积环境：根据统计资料：Th/U>7时，陆相沉积、氧化环境、风化层；2<Th/U<7,海相沉积、灰色或绿色页岩；Th/U<2,海相黑色页岩、磷酸盐岩。3940求泥质含量利用总计数率求泥质含量利用Th含量求泥质含量利用K含量求泥质含量41

密度测井（FDL/DEN）和岩性密度测井（LDL）（FormationDensityLogandLitho-DensityLog）DEN和LDL测井基础知识岩石的体积密度

岩石的电子密度指数岩石的光电吸收截面指数岩石的体积光电吸收截面

NA-阿伏伽德罗常数Ne-电子密度42矿物名Pe(b/电子)ρb(g/cm3)U(b/cm3)石英方解石白云石硬石膏盐岩淡水油气盐水(20万ppm)1.815.053.145.084.650.35≦0.121.22.652.712.872.962.1651.00<11.1464.8013.688.9915.029.640.39<0.121.48常见矿物和流体的Pe、ρb和U值43密度测井原理密度测井资料的用途划分地层及岩性求地层孔隙度密度测井(DEN)44密度测井原理LN0N计数率(反映伽马射线强度)45密度测井资料的用途划分地层及岩性,识别气层砂岩?

石灰岩?

白云岩?确定岩层的孔隙度

46474849岩性密度测井绪基本原理测量参数50岩性密度测井资料的用途识别岩性

因为Uma>>Uf,所以计算储集层的泥质含量识别气层及重矿物5152随钻方位密度测井原理与常规密度测井原理相同特点可同时测得同一深度处4个方位的密度值,而非某一深度处的密度平均值.53放射性同位素示踪测井(RTS)

(RadioactiveTracerSurvey)基本原理资料用途54RTS资料用途向井内注入活化液确定窜槽位置55检查封堵效果向井内注入活化水泥56检查压裂效果向井内注入活化砂57确定吸水剖面,计算相对吸水量向井内注入活化固相载体58中子测井(NL)（NeutronLogs）中子测井的核物理基础中子和中子源中子与物质的相互作用中子探测器热中子测井超热中子测井中子伽马测井59中子与物质的相互作用快中子的非弹性散射快中子对原子核的活化快中子的弹性散射热中子的扩散和俘获60中子的分类快中子En>0.5Mev慢中子En<1KevEnEn=0.025ev热中子En

中能中子超热中子冷中子61快中子的非弹性散射

中子原子核靶核复核中子(En)原子核(激发态)原子核(基态)62快中子对原子核的活化硅活化铝活化钙活化氯活化等63快中子的弹性散射中子靶核中子(En)靶核获得动能,但仍处于基态

中子每散射一次,都要损失一部分能量,速度减慢,即中子被减速.哪种物质对中子的减速作用最强呢???64减速长度LS快中子核素名称散射截面最大能量损失平均热化次数Ca9.58371Cl1010316Si1.712261O4.221150C4.828115H4510018热中子65靶核中子中子靶核66H(Φ)减速能力减速长度Ls67热中子扩散和俘获热中子的扩散扩散长度Ld物质对热中子的俘获(辐射俘获核反应)俘获截面:微观俘获截面和宏观俘获截面热中子寿命从热中子生成开始到其被吸收时刻止,所经过的平均时间叫热中子寿命,也叫扩散时间.热中子被俘获元素总截面10-24cm2吸收截面10-24cm2散射截面10-24cm2元素总截面10-24cm2吸收截面10-24cm2散射截面10-24cm2HHeBeBCNONaAlSi20～801.566.97224.812.74.24.51.61.860.320.0080.0097180.00451.5<0.00090.460.220.1620～801.556.93.84.811.24.24.01.351.7PSClCaFeNiZrCdInPb10.91.6434.413.5228.435001938.50.30.47330.422.54.50.435001910.210.61.1104.011.017.58.06.52.28.368H:25%H:20%H:10%计数率N源距L零源距长源距短源距在离源较近时,在离源较远时,测井时,使用长源距,故计数率越低,反映岩层含氢量越高69中子及中子伽马测井补偿中子(热中子)测井(CNL)井壁中子(超热中子)测井(SNP)中子伽马测井(n-γ)CNLCompensatedDual-SpacingNeutronLogSNPSidewellNeutronPorosityLogProximityLog??Permeability??Saturation??70基本原理计数率含氢指数H石灰岩孔隙度仪器以石灰岩为标准刻度的孔隙度单位71中子及中子伽马测井资料的用途求岩层孔隙度划分岩性及地层识别气层7273中子测井孔隙度关系式石灰岩的Hma=0砂岩的Hma=-0.035白云岩的Hma=0.0574曲线重叠法判断岩性75曲线重叠法识别岩性中子孔隙度ΦN和密度孔隙度ΦD重叠曲线关系近似差值%可能的岩性

ΦD＞＞ΦN40盐岩ΦD＞ΦN5~6砂岩ΦD＝ΦN石灰岩ΦD＜ΦN8.13白云岩ΦD＜ΦN16硬石膏ΦD＜＜ΦN10~20泥岩ΦD＜＜ΦN28石膏注意:此处ΦN和ΦD均为石灰岩孔隙度76曲线重叠法判断气层777879中子寿命测井(NLL)

(热中子衰减时间测井(TDT))

(NeutronLifetimeLog

ThermalDecayTime)中子寿命中子寿命测井原理中子寿命测井资料的用途80NLL测量原理

N0:开始衰减时的热中子密度N:经过时间T的热中子密度

τ:岩石的热中子寿命(即从热中子产生到63.7%被俘获所经历的平均时间)

81

τ测量方法中子寿命测井的应用82NLL资料的用途划分油水层含Cl较高的水层对热中子的俘获截面大,显示的曲线幅度较小8384观察油水或气水界面的变化85判断气层(计数率曲线重叠法)双源距中子寿命测井的长、短源距计数率曲线在水层基本重合,而在孔隙较高的纯天然气层,两条曲线则明显分离8687检查酸化效果酸化前后分别进行中子寿命测井，若酸化效果好，则两次的俘获曲线会出现明显的幅度差。若两条曲线基本重合，则说明酸化无效88计算储层含水饱和度89碳氧比能谱测井绪C/O能谱测井原理C/O能谱测井资料的用途90C/O资料的用途

1.确定含油饱和度2.划分水淹层

9192核磁共振测井(NMRL)

(NuclearMagneticResonanceLog)绪基本原理资料用途核磁共振是指处在某一静磁场中的原子核系统，受到相应频率电磁波作用时，在它们的磁能级之间发生的共振跃迁现象。93

核磁共振测井资料的用途

可提供岩石孔隙度、渗透率、和岩石孔径分布等参数，其所测孔隙度不受岩性影响，同时能捕获毛细管束缚水和粘土束缚水的孔隙体积，比传统的依赖骨架参数评价孔隙度更为准确。在识别低孔渗透层、低阻油层、稠油层的评价及复杂岩性的评价方面非常有效。94

原子核的磁性

原子核除了具有质量和电荷两个基本特性之外，实验表明，许多原子核如同陀螺一样围绕着某个轴作自身旋转运动。95进行自旋运动的原子核都具有一定的自旋角动量，它是一个矢量，用p

表示，它的方向与自旋轴重合，根据量子力学，自旋角动量的绝对值由下式决定式中:h为普朗克常数，I为自旋量子数AZI奇奇或偶半整数：1/2、3/2、5/2、…偶偶0偶奇整数：1、2、3、…96

原子核的磁性

具有自旋角动量的带电原子核如同一个磁化的小“陀螺”，具有磁矩μ。由原子核磁矩和角动量的绝对值之比，定义为原子核的磁旋比γ。它是表征原子核核磁性质的重要参数。当原子核处于磁场强度为B0的稳定磁场中时，磁矩μ将受到一个转矩使之按B0定向，但由于自旋角动量P与磁矩μ是共轴的，将受到自旋角动量的反抗，于是产生绕B0的进动，进动的角速度为：进动频率为：称f为拉莫频率B097原子核系统的磁化强度原子核磁化强度矢量M0

一般情况下，系统中个原子核磁矩的方向是杂乱无章的，因此矢量和等于零。B0如果把原子核系统放入磁场当中，原子核磁矩就要围绕磁场方向产生进动。这时磁矩的方向不再杂乱无章，而是有一定规律的。因此M0不再等于零，也就是原子核系统被磁化。在加静磁场B0的情况下，矢量M0与B0方向一致。98核磁共振现象：

对于被磁化的自旋系统，若再施加一个与静磁场垂直的交变磁场B1，此时就会发生核磁共振现象（从量子力学的角度说，此时交变磁场的能量等于质子能两个能级的能量差），即处于低能态的核磁矩吸收交变磁场提供的能量，跃迁到高能态，磁化强度相对于外磁场发生偏转，这种现象被成为核磁共振。

交变磁场可以连续施加，也可以以脉冲的形式施加，现代核磁测井大多数采用脉冲方法。脉冲有900和1800之分99XYZB0MθXYZB0M900900脉冲XYZB0M1800脉冲1800100磁化强度的弛豫过程在静磁场中，MZ=M0,M⊥=0M0B0当原子核系统再受到另一个电磁场的作用，磁场强度就会偏离平衡位置，则MZ≠M0,M⊥≠0MZM⊥MB0ZT2T1

当外加电磁场去掉之后，原子核系统的不平衡状态并不能维持下去，要向平衡状态恢复。但恢复过程并不能马上完成，需要一定的时间。把原子核系统从不平衡状态向平衡状态恢复的过程成为弛豫过程。101实验表明，对于大多数不太粘的流体，MZ分量与M⊥分量向平衡位置的恢复速度与它们离开平衡位置的程度成正比，即102驰豫：

在射频脉冲施加以前，自旋系统处于平衡状态，磁化矢量与静磁场方向相同；射频脉冲作用期间，磁化矢量偏离静磁场方向；射频脉冲作用完后，磁化矢量又将通过自由进动，朝Bo方向恢复，使该自旋从非平衡态分布恢复到平衡状态分布。恢复到平衡态的过程叫驰豫。横向驰豫时间T2纵向驰豫时间T1103横向驰豫时间T2：非平衡态磁化矢量的水平分量M⊥衰减至零的过程称为横向驰豫过程，驰豫速率用1/T2表示,T2被称为横向驰豫时间。纵向驰豫时间T1：磁化矢量的纵向分量MZ恢复到初始磁化强度M的过程，称为纵向驰豫过程，驰豫速率用1/T1表示，T1叫做纵向驰豫时间。104同位素磁旋比进动信号振幅同位素天然丰度核磁共振频率H142.571.099.982.178Li716.551.294×10-292.570.827Be95.9871.39×10-21000.299C1310.711.59×10-21.110.503O175.7722.91×10-23.7×10-20.288Na2311.2679.27×10-21000.563Mg252.6062.68×10-210.50.130Al2711.100.2071000.554V5111.215.53×10-21000.599Mn5510.560.1781000.527Co5910.110.2811000.506Cu6311.310.11669.090.564Rb8713.970.17727.20.696Ag1971.316.69×10-261.350.086核磁测井测量原理105核磁测井测量原