自然伽马测井.ppt

1、自然伽马测井,中海油服油田技术事业部 2003年1月10日,主要内容 一、 概况 二、 理论基础 三、 自然伽马测井 四、 自然伽马能谱测井 五、 地质应用,1. 概况 1935年，Dresser Atlas研究中心的前身即井下服务公司，研制了第一批能在井中记录地层自然放射性的实用仪器，后来发展成为自然伽马测井。它是第一个能在套管井中分析地层岩性的测井方法。 1940年，自然伽马测井已经成为石油工业在勘探开发中的一个主要资料来源。 二十世纪60年代，又推出自然伽马能谱测井。,2. 理论基础,原子原子核电子: ZXA 原子核质子中子 质子数决定于元素在周期表中的位置。 然而，具有相同质子数(Z)

2、的元素可以不只一种，例如1H1（氢）、1H2 （氘）和1H3（氚）；铀92U235 、92U234和92U238等。1H1、1H2 和1H3（或92U235、92U234、92U238）在元素周期表中占据同一位置，具有相同的电子壳层，同样的化学性质，但是由于原子量(A)不同，具有不同的物理性质。这些在元素周期表中占据同一位置的不同元素称为同位素。,同位素,有些同位素是稳定的，即它们的结构和和能量不会发生改变。自然界中还有一些同位素则不稳定，它们能自发地改变结构，放射出射线，并变成其它元素的同位素。这种不稳定的同位素称为放射性同位素。,放射性同位素,物质的自然放射性,1896年，法国物理学家贝克

3、勒尔(Becquerel)在研究铀盐时，发现它们不断地放出一些射线。这些射线不可见，但可以穿过可见光不能穿透的物体（如黑纸），也能使照相底片感光。 自然放射性：不经人工作用，元素就能自发地放出射线。 1898年，居里夫妇发现了两种新的放射性元素镭和钋。后来又发现了钍元素具有放射性。其实，在元素周期表中原子序数大于81的重元素和少量的中等质量的元素如钾，都具有放射性。,放射性同位素通过放射出射线而从不稳定到稳定的过渡，称为放射性同位素的核衰变。 第一种:衰变 原子核ZXA放出粒子（即氦核2He4）,形成新元素Z2YA4 第二种:衰变 原子核ZXA放出粒子（即电子）,形成新元素Z1YA,放射性同位

4、素衰变的两种形式,放射性物质的三种射线,进一步研究表明，放射性物质能放射出三种本质不同的射线：,各种射线的电离和穿透特性,可见,来自井下地层中的放射性射线中,只有伽马射线才具有可探测性。,岩石和矿物均不同程度地具有一定的放射性。在自然界存在的65种放射性元素中，大部分非常稀少。所以，岩石的放射性几乎全部是由放射性元素铀、钍、锕以及放射性同位素19K40在其中存在并衰变的结果。 铀、钍、锕这三个放射性系列，分别由半衰期较长的铀的一种同位素92U238、钍元素90Th232和铀的另一种同位素92U235开始衰变，产生一系列新的放射性同位素，并继续衰变直至变成稳定元素。 所有这些放射性元素在衰变过程

5、中，原子核中多余的能量以高能电磁波的形式辐射出去，即放射出伽马射线（或称为“光子”）。,放射性的本质元素的衰变,放射性强度 定义：单位时间内发生衰变的原子核 的数目。 放射性强度与其中所含某种放射性元素的含量有关。 单位：居里 （curie），即 每秒钟内有3.7107次核衰变。,自然放射性的能量 不同的元素放出的伽马射线的能量是不同的。如钾同位素19K40发射1.46MeV单一能量的伽马射线。其它放射性系列发出多种能量的伽马射线。 沉积岩的自然放射性既取决于其中所含这些放射性元素的数量,也取决于其类型。,自然放射性与测井 自然伽马测井: 研究岩石放射性元素的相对含量,即探测自然伽马射线总强度

6、。 自然伽马能谱测井： 既测量自然伽马射线强度，也分析在一定能量范围内自然伽马射线的强度即伽马射线能谱，以区分岩石中放射性元素的类型及其实际含量。,主要沉积岩的自然放射性,沉积岩中放射性物质的来源 通常认为，放射性元素最初存在于火成岩中。当火成岩风化以及地表水的作用，一部分易溶的放射性物质便以溶液的形式搬运，而不易溶解的则在水中与胶体和岩石及矿物的碎屑一起搬运，最后随同沉积岩一起沉积下来。,自然放射性与沉积岩中泥质的关系 除了钾盐外，沉积岩的自然放射性与岩石中的泥质含量有密切的关系。岩石含泥质越多，自然放射性就越强。这是因为： 1.构成泥质的粘土颗粒较细，有较大的比面积，在沉积过程中能够吸附较

7、多的溶液中放射性元素的离子。 2.泥质颗粒沉积时间较长，有充分的时间同放射性元素接触和进行离子交换。 这是利用自然伽马测井曲线区分岩石性质、进行地层对比，以及定量估计岩石中泥质含量的依据。,3. 自然伽马测井,自然伽马测井原理 1.井下仪器: 伽马射线探测器(将接收到的伽马射线转换成电脉冲) 高压电源(供给探测器) 放大器(对探测器输出的电脉冲进行放大) 2.地面仪器: 地面面板(将来自井下的一连串电脉冲转换成连续电流) 记录仪 电源,自然伽马测井原理图,自然伽马测井仪器,(1311),自然伽马测井仪的主要技术规范,(1309),自然伽马测井计量单位标准 在休斯顿大学的刻度井中，规定最高和最低

8、放射性地层自然伽马读数之差为200个API单位。于是，其它地层即可按其自然伽马实际读数得出相应的API值。 这样刻度的自然伽马数值，使北美中部大陆页岩的平均测井值大约为100API。 所有主要测井服务公司的自然伽马测井仪器,都要在这一刻度井中用API单位进行标准化。,自然伽马测井现场刻度 在每一口井中上，将一放射性刻度源放在离探测器的指定距离上进行现场刻度。刻度源代表确定的API单位数。这一数值是通过比较每个仪器在API刻度井中和对该刻度器的读数而获得的。 在测井之前，先建立零值参考线，再记录天然地面辐射（本底）。相对于自然伽马探测器，将刻度器放在正确的位置上，记录产生的偏移值。 测完后重复这

9、一刻度过程，以便检验在测井过程中仪器刻度是否一直稳定。,自然伽马测井曲线 1. 曲线缩写名称：GR 2. 单位：API（美国石油学会规定）。 3. 一般的横向比例尺：0150API； 第二横向比例尺： 150300API 。 4. 存在统计起伏。 5. 砂泥岩剖面：GR高则泥质含量高；反之亦然。,自然伽马测井 质量控制,重复性: 10API 测量速度: 9米/分钟 (感应系列、 侧向系列、 中子-密度系列); 3米/分钟 (自然伽马能谱测井);,自然伽马测井层厚的影响,地质应用 1. 岩性识别：这是它的主要用途。 盐、硬石膏、石膏、煤等：GR很低； 纯的碳酸盐岩（石灰岩、白云岩）：GR低； 砂

10、泥岩：随着泥质含量的增加GR增大； 火成岩和生物碎屑：GR很高。 2. 估算泥质含量： ， 3. 地层对比：利用多口井的GR资料井下综合对比，以了解某油田或某区块的地下地质面貌（层厚、岩性的纵向和横向变化，进一步研究地下构造、岩相和断层等）。,BZ34-1S-1,残雪-3井主要目的层的数据处理成果图,南海西部，泥质砂岩，含气含水电阻率差别小，不易分辨，CMR可直接测量束缚水，可识别可动水和残余水，可预测纯油气的产出，图中两个泥质砂岩层段，电阻率类似，CMR指示，上部水几乎全为束缚水，故为气层，而下部层可动水占大部分，为气水同出，被测试结果证实。,南海X井测井处理成果图,4.自然伽马能谱测井,自

11、然伽马能谱测井简介 自然伽马能谱测井是Atlas公司（Spect ralog）和Schlumberger测井公司（NGS）的测井项目。 它是基于对地层产生的伽马射线进行能谱分析,以确定地层中常见放射性元素（铀、钍、钾）的含量。 这一测井技术在识别火成岩及其类型、判断粘土类型及其含量、研究沉积以及在碳酸盐盐中区分泥质层和识别张开裂缝等方面具有独特的作用。,基本原理： 天然放射性有三个来源： 钾族元素：射线能量1.46MeV； 钍族元素：射线能量2.614MeV； 铀镭族元素：射线能量1.764MeV。 利用它们彼此能量的不同，在钾、钍、铀能量峰值附近开能量窗口，通过刻度井确定的系数求解线性方程组

12、，由自然伽马能谱测井曲线可以得到地层中的上述三种放射性元素的含量。,自然伽马能谱图,K,U,Th,GRK+U+Th,10,能量（MeV）,W1,W2,W3,W4,W5,(1329),自然伽马能谱测井仪,自然伽马测井仪的主要技术规范,自然伽马能谱测井曲线 它测有5条测井曲线： K钾 （）； U 铀 （ppm）； Th 钍（ppm）； SGR 总的自然伽马强度（API）； CGR 无铀的自然伽马强度（API）。,自然伽马能谱测井 质量控制,重复性: 钾曲线 10； 铀曲线 7ppm； 钍曲线 7ppm 测量速度: 3米/分钟 测量值：钾曲线 无负值； 铀曲线 无负值； 钍曲线 无负值,地质应用 1. 定性分析：这是它的主要用途。 地层对比； 不同相的岩石的识别； 高渗透性裂缝识别； 确定出水层段的位置。 2. 定量分析： 估算泥质含量： ； 泥质地层的生油岩特性； 评价钾、铀矿藏等。,自然伽马能谱测井曲线,粘土矿物中的钍、铀、钾含量,钾钍交会分析粘土矿物,识别和划分风化壳(确定岩性及层位) 369