地球物理测＃(第三章)中子测井

1、地 球 物 理 测 井,第三章 核测井 （中子测井）,心胸有多大，事业就有多大 包容有多少，拥有就有多少,中子测井,中子测井也是一种核测井方法，它主要利用中子射线与地层的相互作用来划分储集层和确定地层孔隙度，并能用于区分气层。 中子测井可分为： 中子伽马测井、中子热中子测井、超热中子测井等,目前，主要用补偿中子测井和超热中子测井确定地层孔隙度。,中子测井,一、中子测井基础,1、中子源,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。,连续中子源（核衰变产生轰击离子，然后，轰击其它元素产生中子）人不可控制,脉冲中子源（用氘轰击氚产生中子）人可控制,中子伽马测井,中子寿命测井

2、,常用镅铍源,中子发生器,1）中子的分类,按能量分级：,快中子（0.5MeV）,慢中子（超热中子、热中子） （0-1keV）,中能中子（1keV0.5MeV）,热中子探测器：含硼盖革计数管 闪烁计数器（晶体含硼、锂）,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。,中子测井,2、中子和物质的相互作用,中子测井,2）快中子非弹性散射阶段,放出伽马射线（次生伽马射线）,基态原子核,快n,碰撞,激发态原子核（获得内能）,变成,n能量降低,碰撞后的中子,3）快中子弹性散射阶段（非弹性散射结束后）,快 n,n能量降低,基态原子核（获得动能）,基态原子核,中子测井,该过程的能量是守恒的,每次弹

3、性碰撞的平均能量损失：E=2AER/（1+A）2,A（被碰原子核的质量数）越小- E大， A越大- E小，元素周期表中，H的A最小，物质含H多，弹性散射时间短，减速能力强。,中子测井,4）热中子扩散阶段（热中子从产生到被俘获的阶段）,热n,激发态原子核（获得内能）,原子核俘获,放出伽马射线（次生伽马射线）,回至,快中子经多次弹性碰撞后减速，当能量减到0.025ev时，弹性散射阶段结束。能量为0.025ev的中子称为热中子。,扩散时,热n消失,中子测井,3、描述中子与物质相互作用各阶段的物理量,1)减速长度Ls：中子减速为热中子所移动的直线距离,2)扩散长度Ld：从热中子产生至其被俘获所移动的直

4、线距离,3)宏观俘获截面：1cm3物质中原子核俘获中子的几率之和,Ls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。所有元素中氢的减速能力最强。,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射线强度越大。,中子测井,测井原理：,中子源向地层发射快中子，快中子在地层中运动与地层物质的原子核发生各种作用，探测器将探测超热中子、热中子或次生伽马射线的强度，用来研究地层孔隙度、岩性以及孔隙流体性质等。,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

5、此，中子在空间的分布是和物质的减速性质及吸收性质有关。中子-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量的多少决定。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。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，例如氯、硼等。,中子测井,中子测井,二、超热中子测井SNP,（一） 超热中子测井的基本原理（贴井壁测量）,1、孔隙度与减速长度间的关系,2、超热中子的空间分布,相同-不同元素组成不同岩性的岩层-减速长度不同,中100%含水- -地层的减速能力 -减速长度,不同、

6、岩性不同-超热中子在中子源周围的分布不同。,中子测井, -含H -LS -超热中子在源附近分布 -,L源小，计数率低,L源大，计数率高,总结： 小源距：含氢量与记数率成正比 大源距：含氢量与记数率成反比,中子测井,（二）超热中子曲线的应用,1、确定岩层的孔隙度,2、交会图法确定岩性、孔隙度、骨架成分,3、中子-密度测井曲线重叠法确定岩性,4、估计油气密度,5、定性指示高孔隙度含气层,中子测井,视石灰岩孔隙度：,石灰岩的nma=0,砂岩的nma= -0.035,白云岩的nma=0.05,用石灰岩的nma=0算出的孔隙度是视石灰岩孔隙度。,而用岩石本身的骨架孔隙度算出的为真,中子测井,视石灰岩孔隙

7、度：以含淡水纯石灰岩为标准来刻度的孔隙度。,中子测井：,密度测井：,例题：如砂岩的孔隙度20%，ma2.65g/cm3，求该砂岩的密度测井视石灰岩孔隙度。,地球物理测井核测井,地层密度测井,中子测井,三、补偿中子测井CNL,1、补偿中子测井的原理 （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，经过适当的模拟装置自动把计数率的比值转换为相应的含H指数，最终输出一条含氢指数曲线，即常见的视石灰岩孔隙度曲线。,优点： 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获性能的影响。,中子测井,含氢指数单位体积岩石和纯水的含氢量之比。,2、用途（与SNP相同）,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。,补偿中子测井采用的是灰岩刻度，灰岩CNL值为0，水是100。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30%。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。 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，地层含气量越大，补偿中子值越低。,中子测井,中子测井,总结： 掌握中子测井的相关概念以及应用,特别：中子测井曲线对应气层有何显示，它如何