放射性测井4.ppt

1、2020/8/6,长江大学工程技术学院,1,放射性测井 radioactivity log,授课人：王功军,2020/8/6,长江大学工程技术学院,2,三、超热中子测井资料的应用 1、求孔隙度 体积模型求孔隙度,要从上式中解出,与其它测井组合解释,第五章 中子测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,3,近似计算,a)砂岩灰岩混合岩石,b)灰岩白云岩混合岩石,c)灰岩白云岩混合物,2020/8/6,长江大学工程技术学院,4,2、中子密度测井组合判断岩性,第五章 中子测井,图5-3中子密度测井组合判断岩性,2020/8/6,长江大学工程技术学院,5,补偿中子测井（CNL）是双源距热中子测井，

2、它探测热中子也称热中子测井。 1 热中子通量的空间分布 均匀无限大介质中,其中：Lt ,Dt:热中子扩散长度，扩散之数取决热中子俘获特性 Le：热中子减速长度 由此可见，热中子通量不仅取决于底层减速特性也取决于俘获特性。,第四节 补偿中子测井 Compensated Neutron Log, CNL,第五章 中子测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,6,2 测量原理 热中子测井有两种类型测井仪器即 （1）一个热中子探测器 （GNT） （2）两个热中子探测器 (CNL),第五章 中子测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,7,3 CNL曲线,CNL曲线,图5-4 CNL测井曲线,第

3、五章 中子测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,8,4、CNL的应用 （1）求孔隙度 （2）中子密度测井组合识别气层,N (补偿中子孔隙度) - D (密度孔隙度) 曲线重叠法是基于中子- 密度曲线重叠法的引申,目的是进一步提高判识精度。补偿中子对天然气敏感,而天然气的存在也对密度测井有一定的影响。因此,可以将这2 种测井曲线经过井眼和泥质校正,计算出各自的孔隙度值.由于天然气中含氢量比起水和油来说更少,因而一般在储气层显示补偿中子孔隙度低值,同时,由于“挖掘效应”的存在,以及钻井液侵入地层对长短源距探测器计数率产生不同程度的影响,其降低更趋于明显。同时又由于天然气的密度低于水和油的密

4、度, 因而含气层测得的密度孔隙度值将偏高。因此,当储层含气时补偿中子孔隙度 偏低,密度孔隙度 偏高,而含水时补偿中子孔隙度值却相应增高。,第五章 中子测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,9,应用实例,1.碎屑岩储层气层、干层的判识,图5-5 是G井的测井解释综合成果图。该井位于陕西靖边地区的1 口气开发井, 储层为二叠系山西组砂岩。在山22 储层第29 层3215.14 -3227.16 m深度段,自然伽马26.03 API , 显示岩性纯;深侧向电阻率值154.91 m;自然电位负异常幅度较大, 显示渗透性较好; 补偿中子3.69 p u. ,补中低值,含气性好;声波时差值为204

5、.54 s/ m ,显示物性较好;密度2.49 g/ cm3 ; N = 5.27 %, D =11.24 %, S = 7.57 %,可见ND 、N S , 此时可判得该储层含气。此时可判得该储层含气。该深度段砂体厚度较大,岩性纯,物性好,并且气测值也显示较好。根据上述判识方法,在该深度段中子曲线和密度曲线重叠后呈现了明显的“正异常”(中子- 密度曲线重叠法中将密度曲线位于左方,中子曲线位于右方称为“正异常”) ,N曲线和D 曲线重叠后也均呈现了明显的“正异常”( N - D 曲线重叠法中将N 曲线位于左方D曲线位于右方称为“正异常”) ;而在第28 层处中子曲线和密度曲线重叠后以及N曲线和

6、D曲线重叠后均显示了正负异常不定的重叠区域, 且重叠面积较小。,第五章 中子测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,10,图5-5 中子密度测井组合识别气层,第五章 中子测井,根据上述判识方法原理,结合对该层曲线的其它综合分析,第29 层应定性解释为气层,第28 层应定性解释为干层。在3 218.0-3 220.0 m 井段射孔,获无阻流量6.659 5 104 m3 / d , 与解释结论一致。可见应用中子- 密度曲线重叠法N 及D曲线重叠法综合判识气层、干层效果良好。,2020/8/6,长江大学工程技术学院,11,2.碎屑岩储层水层的判识,图5-6 是榆井的测井解释综合成果图。该井位

7、于陕西榆林地区的1 口气探井, 储层属二叠系下石盒子组砂岩,图5-6 中子密度测井组合识别水层,第五章 中子测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,12,3. 碳酸盐岩的气层、水层判识,图5-7 是G 井的测井解释综合成果图, 该井储层为奥陶系马家沟组碳酸盐岩储层。,图5-7中子密度测井组合识别气、水层,第五章 中子测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,13,中子伽马测井（NG）是沿井与记录中子伽马射线强度的测井方法，NG一般与GR同时测量。 中子源造成中子伽马射线强度空间分布比较复杂，主要与地层减速特性，俘获特性以及仪器参数有关。,第五节 中子伽马测井,第五章 中子测井,202

8、0/8/6,长江大学工程技术学院,14,高矿化度地层水时，油水中氯含量不同，含水NG高于含油。图5-8 中子伽马测井曲线应用,中子伽马测井（Neutron Gama）,图5-8 中子伽马测井曲线应用,第五章 中子测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,15,第一章 放射性测井概述 第二章 放射性测井基础知识 第三章 伽马测井 第四章 密度测井 第五章 中子测井 第六章 中子寿命测井 第七章 碳氧比能谱测井 第八章 核磁共振测井,放射性测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,16,第六章 中子寿命测井 Neutron Lifetime Log,NLL. The Neutron Lif

9、etime logging technique employs a pulsed neutron source which is periodically actuated(激励）to produce short bursts（脉冲） of neutrons and is quiescent between bursts. During the interval between bursts, the neutrons (as well as the various types of radiation which always result from neutron interactions

10、) die away. Their average lifetime can be measured by measuring the length of time required for the neutron population at a particular instant to die away to half value. The radiation intensity is measured in each of two preselected intervals and, by intercomparing these measurements, determine thc

11、rate of neutron die-away.,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,17,This measured rate has been shown both by theory and experiment to be a measure of the thermal-neutron capture cross section of the medium in which the neutrons are captured. The thermal-neutron capture cross section per unit of volume of f

12、ormation material is referred to as S. It is related to L, termed the lifetime of neutrons in a material, by the equation,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,18,Thermal neutrons are captured mainly by the chlorine present. Hence the tool responds to the amount of salt in formation waters. Hydrocarbons re

13、sult in longer lifetimes than salt water. Tool measurements are porosity-dependent and sensitive to clay content. Can be used in cased holes where resistivity logs cannot be run or to monitor reservoir changes to opt-imize production. Resembles a resistivity log with which it is generally correlatab

14、le. Neutron Lifetime Log is a Dresser Atlas registered trademark.,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,19,第六章 中子寿命测井,第一节 中子寿命测井的基本原理 第二节 中子寿命测井的应用 第三节 硼中子寿命测井及应用,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,20,第一节 中子寿命测井的基本原理,中子寿命测井也称热中子衰减时间测井（Thermal-neutron Decay Time Log,TDT），它记录热中子在地层中的衰减时间与深度的关系。,第六章 中子寿命测井,2020/8

15、/6,长江大学工程技术学院,21,由此为测量中子寿命只需在地层减速区，选两个观测时间进行测量,图6-1 俘获射线计数率,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,22,设 n1,n2分别为t1,t2时刻热中子密度,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,23,实际上测井中不测热中子密度而只测量与n1,n2成正比的俘获射线的计数率N1，N2,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,24,第六章 中子寿命测井,中子寿命测井与地层水矿化度有关,2020/8/6,长江大学工程技术学院,25,第六章 中子寿命测井,如图6-2所示,图6-2

16、Halliburton TMD-L 中子寿命测量时序,2020/8/6,长江大学工程技术学院,26,第二节 中子寿命测井的应用,1：划分油水层,图6-3 中子寿命测井识别油、气水层,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,27,2：监视油水或气水界面的移动,图6-4 不同时间的曲线对比图,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,28,3：确定剩余油饱和度,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,29,第三节 硼中子寿命测井及应用,第六章 中子寿命测井,由中子寿命测井原理可以知道, 地层水矿化度对其测井结果影响较大。为了方便测井,

17、 人们习惯以地层水矿化度(5 10000 mg/ L) 为标准划分高、低矿化度地层。高矿化度地层的测井方法主要有常规测井方法、时间推移测井和测-注(淡水) -测、测-吐-测等方法。低矿化度及淡水地层的测井方法主要有测-渗(硼) -测、注(较咸) -测-注(咸水) -测等方法。现场实践证明, 当孔隙度大于25 %时, 地层水矿化度在(23) 10000mg/ L 的情况下时间推移测井也适用。,2020/8/6,长江大学工程技术学院,30,现场施工的关键是根据地层水矿化度优选测井方法、注入液, 作好施工技术设计。对于高矿化度地层, 测-注-测工艺的注入液选择低矿化度水尤为最佳, 既经济又环保; 对

18、于低矿化度地层, 测-注-测、测-渗-测工艺注入液需选择盐水或硼化物溶液, 或其他示踪剂。目前, 公认硼化物溶液作为注入液(示踪剂) 最佳。,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,31,中子测井的物理基础 二、硼中子测井解释方法 三. 硼中子测井资料解释 四 施工工艺,第三节 硼中子寿命测井及应用,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,32,一. 中子测井的物理基础,(一): 成岩元素的地球化学和核物理性质 (二): 地层内流体油水和天然气的扩散特性 (三)：沉积岩矿物骨架扩散特性,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,3

19、3,(一): 成岩元素的地球化学和核物理性质,在计算岩石中子特性和测井资料的定量解释时（特别在利用非连续伽马能谱法时），必须考虑化学成分的可能变化。 通常岩石本身是复杂的化学元素（同位素）组成的。其中含有的微量元素（稀有或分散的元素，基本成岩元素的微量同位素），它们具有异常的中子特性。有些元素（同位素）的较低浓度显著影响中子的空间能量分布，同时在岩石内影响中子伽马射线的能谱和强度。,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,34,沉积岩的组成元素:,沉积岩的组成元素,地壳内分布最广的元素是氧，约占50%，岩石大部分是由氧化物组成的，主要是硅、铝、钙、镁、钠和铁的氧化物。因此

20、对许多岩石来讲，Al/Si,Fe/Si和Mg/Si的变化范围很窄。 地壳内含硅、铝，以及丰富的钾，但含铁族元素较贫。八种元素（O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等）在形成地壳的物质中占98%。实际上，微量元素的地球化学特性不受地壳物质原子量的影响。,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,35,稀土族元素:,以上主要成岩元素都具有比较不算大的吸收截面（从十分之几到1巴）；一般来说，在岩石内具有异常大值的元素（镓、硼、铟）、以及稀土族元素（钆、钐、铕等）并不多。 稀土的主要成分聚集于酸性和碱性岩石中，但亦在某些沉积岩中。沉积岩的稀土族元素分布如下：泥岩中含60%，砂

21、岩中含20%，碳酸盐岩中含20%，在沉积岩中，钆和钐的含量并不多，但是它足以提高沉积岩的吸收截面，这本身就明显缩短了热中子寿命的时间。,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,36,沉积岩中的硼:,沉积岩中硼的富集与母岩中硼矿物的存在，以及水介质（盐水）中硼的浓度有关。因此，它被碎屑的泥质成分吸附，并存在于泥质矿物的晶格中，它亦可随着有机物沉积时聚集。在泥岩中硼的携带物为水云母、蒙脱石化矿物和高岭土。最好的含硼吸收剂是钾质水云母。硼矿物主要由含硼地下水的结晶过程中形成。地下水的硼源含有分散状原生硼酸盐的溶液沉积。,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学

22、院,37,沉积岩中的硼:,受沉降深度影响，由于水云母和绿泥石的出现，岩石中泥质矿物成分在于随着加深而蒙脱石和高岭土消失。在高岭土向绿泥石过渡中释放出硅酸盐。它促使接触它的岩石硅化。在含油地层中，泥质矿物主要是高岭土，而水云母起次要作用。在水层中观察到相反的关系。 在泥岩和白云岩中硼含量比地壳中的平均值高1015倍。比火山岩几乎高100倍。在沉积岩内硼存在于电气石（砂质岩石）中和伊利石（泥岩）中，同样存在于钙镁硼酸盐中（含盐岩石）。,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,38,(二): 地层内流体油水和天然气的扩散特性,沉积岩由固体矿物的骨架和在孔隙内的流体油、水和气两部

23、分组成。如果已知固相和地层流体的扩散特性，以及地层的岩石物理参数：孔隙度、含水、含油和含气饱和度，总体上即可计算出岩石扩散特性。,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,39,油的扩散性:,热中子的油扩散参数由实验来确定（表1-1）。,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,40,油的扩散性:,理论计算与值与实验数值符合得较好。因此正常条件下，在凝析油（脱气油）内，热中子寿命时间和扩散系数实际上和淡水内相同。除了扩散冷却系数外，可解释为水和油的分子结构不同。这样可以推断：油内扩散系数的温度关系式不同于水内中子扩散系数相应的温度关系式。 在石油内含有少

24、量的硫并不影响值。然而在石油内含有少量的硼（约 10-4 至 10-5 %），因此在液态碳氢化合物内，热中子的基本吸收剂是氢。 氢具有比碳大100倍的热中子俘获截面，石油的值几乎全部由氢含量来确定。,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,41,地层水的扩散特性:,确定地层水的化学成分的因素较多：地层扩散成分、水文地质环境特点、热动力条件等等。热中子扩散系数实际上不受水矿化度的影响，但是盐的存在明显地改变热中子寿命时间。地层水中具有较大吸收截面的氯离子的变化却造成较大的影响。 在计算地层水内热中子寿命时间时，必须注意：束缚水和自由水的成分与矿化度可能具有明显的差别。 由于

25、岩石内束缚（残余）水与孔隙度（通过渗透率）有对比关系，甚至在不同孔隙度的同类岩性地层内矿化度可能不同。,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,42,天然气的扩散特性:,天然气的中子特性明显地受其成分和热动力条件地层压力和温度的影响。石油和天然气产层的地层条件很不相同,因此在计算气体(总的来讲含气岩石)的中子参数时考虑到压力和温度就具有特别重要的意义 地层压力p对天然气中子特性影响最大,随着p的增加,急剧降低。当p不变时,随着温度的提高,值增大。,第六章 中子寿命测井,2020/8/6,长江大学工程技术学院,43,(三)：沉积岩矿物骨架扩散特性,含粘土矿物的中子寿命时间比纯矿物的中子寿命时间低;而中子寿命愈低,则粘土矿物含量愈增加(图1-1所示)。,第六章 中子寿命测井,图6-5 矿物骨架的中子寿命与泥质含量的关系,2020/8/