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1、第4章 /、放射性测井第1节 放射性测井核物理基础 1、康普顿效应： 伽马射线通过物质时，康普顿散射会导致伽马射线强度减弱，其减弱常以散射吸收系数 表示： -为一个电子的康普顿散射截面 -为阿伏加德罗常数 2、中子源分类： 同位素中子源（连续性中子源，放射性中子源）、加速器中子源（脉冲中子源） 3、中子与物质的作用：a、非弹性散射（碳氧比能谱测井就是测量这种非弹性散射伽马射线。） b、弹性散射（氢是所有元素中最强的中子减速剂） c、辐射俘获（氯比沉积岩中一般元素的俘获截面大得多即俘获能力最强） 4、伽马射线探测器：放电计数管、闪烁计数器（既能探测粒子的强度，又能探测其能量）第2节 自然伽马测井
2、（GR）1、 按放射性浓度高低可将沉积岩分为以下几类： (1) 放射性高的岩石：粘土岩及钾岩等。 (2) 放射性中等的岩石：泥质砂岩、泥质碳酸盐等。 (3) 放射性低的岩石：石膏、硬石膏、盐岩、纯的石灰岩、白云岩和石英砂岩等。2、沉积岩的自然放射性一般有以下变化规律： (1) 随泥质含量的增加而增加； (2) 随有机物含量的增加而增加,如沥青质泥岩的放射性很高； (3) 随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。3、 自然伽马测井原理：自然伽马射线由岩层穿过泥浆、仪器外壳进入探测器，探测器将射线转化为电脉冲信号，经放大器把电脉冲放大后由电缆送到地面仪器进行记录。4、 自然伽马测井应用：1 划分岩性
3、和储集层：随泥质含量的增加而GR值升高 纯白云岩、石灰岩（碳酸盐岩）、岩盐、石膏层（膏岩）、纯砂岩的GR值最低，粘土 岩、泥岩和页岩的GR值最高2 地层对比：自然伽马地层对比具有以下优点 GR与地层流体性质（油、水或气）无关，储层含油、含水或含气对GR曲线影响不大，但用自然电位和电阻率进行对比，同一储层由于含流体性质不同二曲线差别很大。 GR与地层水和泥浆矿化度无关，其幅度主要决定于地层中的放射性物质。 容易识别对比标准层，通常选用厚度较大的泥岩作标准层，进行油田范围或区域范围内的地层对比。 可用于膏岩剖面。 可以在套管井中进行地层对比。3 确定地层泥质含量 为目的层自然伽马值； 、 为纯泥岩
4、、纯砂岩的自然伽马值； 自然伽马相对值； 泥质含量； 为Hilchie指数。在新地层取值 3.7, 对于老地层取值 2.0。5、 自然伽马测井曲线的影响因素：1 层厚的影响：地层变薄会使泥岩层的自然伽马测井曲线值下降，砂岩层的自然伽马测井曲线值上升。2 井参数的影响：泥浆、套管、水泥环一般来说会使自然伽马测井读数降低。3 放射性涨落的影响： 放射性涨落：在放射性源强度和测量条件不变的条件下，在相等的时间间隔内，对放射性的强度进行重复多次测量，每次记录的数值是在某一数值附近上下变化。 产生的原因：放射性元素的各个原子核的衰变彼此是独立的，衰变的次序是偶然的。4 的影响。第3节 自然伽马能谱测井1
5、、 自然伽马能谱测井测出的是铀、钍、钾的计数率及总计数率。2、 自然伽马能谱测井的应用1 研究生油层2 识别页岩储集层3 确定高放射性碎屑岩和碳酸盐岩储集层4 研究沉积环境和确定粘土矿物类型5 估算泥质含量第四节 密度测井（DEN） 1、地层密度测井的基本原理：（康普顿效应） Z为原子序数，A为原子量， 为阿伏加德罗常数， 为介质体积密度， 为一个电子的微观散射截面， 为质量吸收系数。L是源距。I为达探测器的伽马射线强度。仪器：伽马源和伽马射线探测器装在滑板上，测井时滑板被推靠到井壁上。伽马源和伽马射线探测器中点间的距离称为源距。伽马源放出的伽马射线分别由长源距和短源距的两个探测器接收经过岩石
6、散射后未吸收而到达探测器的散射伽马射线。（双源距可以补偿泥饼的影响）。也称这种双源距测井为补偿密度测井。2、密度测井曲线的应用：1 确定地层岩性（无孔隙泥岩密度通常比砂岩低，硬石膏明显的高值，煤层密度明显低值）2 确定地层孔隙度 ma 为骨架密度； 为空隙流体密度； 底层密度。 ma 的取值如下：砂岩为2.65；钙质砂岩或砂质石灰岩为2.68，石灰岩为2.71；白云岩为2.87。 的取值如下：在没有较多残余气的情况下，淡水泥浆=1.0；盐水泥浆=1.1。 3 划分含气地层：含气地层密度低于该地层完全含水的密度值，而其孔隙度值明显大于该地层完全含水的孔隙度值。4 与其它孔隙度测井组合3、 密度测
7、井的影响因素：1 泥饼影响：密度测井的探测深度不大，一般局限在冲洗带内，所以仪器和井壁之间的泥饼等介质对测井结果有较大影响，2 井眼影响：随着井径加大，井的影响也增大。测量的地层密度偏低，孔隙度偏大。3 岩性影响：以石灰岩为标准刻度的密度测井仪器，只有对石灰岩地层测量的密度为真密度，如果岩性不同时对砂岩地层求出的孔隙度比实际孔隙度大，而对白云岩求出的孔隙度比实际孔隙度小。第五节 岩性密度测井1、岩性密度测井的基本原理：将伽马光子分成高能谱段（即H谱段）和低能谱段（即S谱段）利用H谱段的伽马射线计数率测量地层密度 ，利用S谱段和H谱段的伽马射线计数率的比值求出光电吸收截面 。岩石的质量光电吸收截
8、面定义为岩石中一个电子的平均光电吸收截面。 U为体积光电吸收截面指数；电子密度指数第六节 中子测井一、热中子测井1基础： 中子减速主要靠氢，俘获主要靠氯。 测井采用都是正源距，即含氢量大的地层测得的热中子计数率低，含氢量小的地层测得的热中子计数率高。 含氢指数为单位体积物质的氢核数与同体积淡水氢核数的比值，用HI表示 由于泥质孔隙含有束缚水，所以含泥质越多含氢量越高。 普通热中子测井反映地层孔隙度受地层水含氯量的影响，为了消除含氯量的影响，多采用补偿热中子测井（CNL）即采用双源距探测器，仪器根据长、短源距计数率比值计算出中子孔隙度测井曲线。不仅能消除氯含量的影响还大大减小了井眼参数（井中氢)
9、的影响。 补偿中子测井仪器是在饱含淡水的纯石灰岩刻度井中进行刻度2、原理：同位素中子源发出快中子（平均能量4MeV）在地层中经过多次弹性散射变成热中子，探测器记录热中子的强度。二、超热中子测井1、基础： 为了选择性记录超热中子，采取两项技术措施： 在探测器外加屏蔽（镉），使热中子到达探测器之前被吸收； 在屏蔽与探测器之间加减速剂（石蜡），使穿过屏蔽层的超热中子迅速变为热中子，以提高计数效率。2、 原理：同位素中子源发出快中子在地层中经过多次弹性散射变成热中子，探测器记录超热中子的强度。中子源和探测器装在同一滑板上，用推靠器使滑板紧贴井壁，称为井壁超热中子测井（SNP或SWN）。地层含氢量越大，
10、记录的超热中子计数率越小。 仪器也是饱含淡水的纯石灰岩刻度的。 3、 热中子和超热中子测井曲线的应用1 划分岩性：一般规律是：含泥质越多，孔隙度越大，中子测井计数率越低；含钙质越多，孔隙度越小，中子测井计数率高。 致密砂岩、致密石灰岩、白云岩计数率最高。2 划分气层由于天然气的含氢指数远小于水和油的含氢指数，所以对于含气地层，测量的中子孔隙度低（另一个原因是挖掘效应）。中子密度曲线重叠划分气层更可靠。3 确定地层孔隙度 式中： 为岩石骨架的含氢指数； 为孔隙流体的含氢指数。 对于补偿中子，砂岩骨架含氢指数为-0.05，石灰岩骨架含氢指数为0，白云岩骨架含氢指数为0.085，淡水泥浆含氢指数为1
11、。三、中子伽马测井 1、原理：中子源向地层发射快中子，快中子经过多次弹性散射，变成热中子，热中子继续在地层中扩散，会不断地被吸收，放出伽马射线，在离源一定的距离处装有一伽马射线探测器，连续记录中子伽马射线。这就是中子伽马测井（NGR）。中子伽马测井值主要反映地层的含氢量，同时又与地层的含氯量有关。2、 中子伽马测井的应用1 划分岩性：读数随孔隙度增大和泥质含量增高而降低。白云岩、石灰岩、硬石膏为高值，泥岩、泥灰岩为低值。2 寻找气层和划分气水界面：气层的中子伽马计数率为高值。（对于泥浆滤液侵入不深的气层，在中子伽马探测范围内尚有天然气存在于孔隙中。由于天然气的含氢指数远小于水和油的含氢指数，气
12、层的含氢指数低于油水层的含氢指数）3 划分油水界面：高矿化度水层的中子伽马计数率相对较高,用中子伽马测井可识别高矿化度水层。中子伽马测井不能区分油层和淡水层 3、基础：探测深度：中子伽马补偿中子井壁中子。 四、脉冲中子伽马能谱测井 1、原理：脉冲中子伽马能谱测井是利用脉冲中子源向地层发射14MeV的快中子，分别测量地层非弹性散射伽马能谱和俘获伽马能谱。不同能量的伽马光子及其强度，标志着地层中特定的核素种类和浓度，从而根据所测量特征伽马射线的强度确定特定核素的含量。由于这一测井方法经常是测定地层碳和氧的比值，而后再求出含油饱和度，所以常称碳氧比能谱测井，简称碳氧比测井。2、应用：1 确定含油饱和
13、度2 定性指示油水层3 其它应用 2）Si（Si+Ca）指示岩性（俘获，非弹） 3） H（Si+Ca）指示孔隙度（俘获） 4）Fe（Si+Ca）铁指示（俘获），反映套管、铁矿物、泥质含量 5） ClH指示流体矿化度（俘获） 6） S（Si+Ca）指示含膏量（俘获） ，划分石膏、硬石膏层3、基础： 利用C/O可区分油层、水层，C/O越大，含油饱和度越高。对于石英砂岩，Si/Ca较大，而对于石灰岩，Si/Ca较小。 C/O测井确定So的优点是几乎不受地层水矿化度的影响。其缺点是当孔隙度大于15%时，才能取得明显的地质效果五、中子寿命测井 1、基础： 热中子寿命是指热中子从产生的瞬时起到大部分被俘获
14、的时刻止所经过的平均时间 物质的热中子宏观俘获截面 是1cm3的体积中所有原子核的微观俘获截面之和。 地层的 与孔隙度有关，由于除硼以外，氯的微观俘获截面最大，所以 主要取决于氯的含量。 2、原理：脉冲中子源在向地层发射14MeV的快中子，经过地层原子核的散射减速为热中子，直至被俘获，产生俘获伽马射线。在发出脉冲中子之后的间歇时间内，选取两个适当的延迟时间 和 ，分别测量热中子被俘获后放出的俘获伽马射线，计算出伽马射线计数率N1和N2 其中， 为热中子速度，与地层的温度有关，在25时， cm/s； 为岩石的宏观俘获截面，以 cm-1为单位。 3、应用：1 定性划分油气层和水层 气层的 为低值，
15、 为高值；地层水矿化度比较高的水层的 为高值， 为低值；油层介于两者之间。2 监测油水或气水界面的变化 油层在采油过程中含水饱和度不断变化，油水界面向上移动。利用不同时间的中子寿命曲线可以了解油水或气水界面向上移动的速度。3 确定含油饱和度第3章 、声波测井第一节、基础： 1、对于沉积岩，声波速度和下列地质因素有关：1 岩性：声波速度一般随岩石密度增大而增大。 2 岩石的结构：一般，沉积岩的密度随其孔隙度的增大而线性减小，因此，沉积岩的孔隙度增大声波速度减小。3 地层埋藏深度及地层地质时代：埋藏越深声速越大；老地层比新地层声速大。（岩石的杨氏模量加大的缘故）。 2、 时差：声波速度测井就是测量
16、滑行波在地层中传播一米所用的时间3、 临界角：使折射角为直角的入射角。第二节、声波速度测井 一、声波速度测井原理： 1、井下仪器包括：声系（发射探头和接收探头组成，是仪器的主体）、电子线路、隔声体（在仪器外壳上刻上许多槽）。 2、单发双收声系由一个发射器、两个接收器组成。发射器发射声波，声波由泥浆向地层传播。接收器只接收记录初至波滑行波，排除掉续至波。 如果两接收探头间对应井段井径无明显变化，且仪器居中则有： 其中 l为仪器间距l t为时差 地层声速2、 声波速度测井曲线的影响因素：1、地层厚度 1）厚层（hl）：在曲线中部有一异常，异常峰值是时差真值，半幅点对应地层界面，可用其划分地层界面。
17、 2）薄层（hRt称为泥浆滤液高侵，高侵地层电阻率的径向变化称为高侵剖面, 淡水泥浆(RmfRw)的水层一般形成典型的高侵剖面。（Rxo：冲洗带电阻率）低侵：RxoRt称为泥浆滤液低侵, 低侵地层电阻率的径向变化称为低侵剖面。注：一般油气层具有低侵剖面特征,部分水层（RmfCmf时，在泥 浆和泥岩的接触面上，泥浆带正电荷，泥岩带负电何，这时叫吸附电动势。四、自然电位曲线特点： 1）对称性：地层、泥浆均匀，围岩相同，曲线以地层中心对称。 2）半幅点分层：当地层厚度四倍井径，可用半幅点确定地层界面。 3）UspLL3s油气层：低侵，正差异 LL3D微梯度时，叫正幅度差，反之，叫负幅度差。 2、渗透
18、层在曲线上有幅度差，因为渗透层有冲洗带、泥饼，一般RXO5Rmc，所以探测深度不同的两条曲线有幅度差，一般为正幅度差，其大小决定于Rmc/RXO以及泥饼的厚度。3、非渗透层无幅度差或正、负不定的幅度差。三、微梯度和微电位的对比：结构名称原理电极距L探测深度主要反映的介质AMN微梯度RMG0.0375m 2L渗透层非渗透层泥饼电阻率地层 A M微电位RMN0.05 2L冲洗带电阻率地层四、微电阻测井的应用：1、确定岩层界面，划分薄层 在深度比例为1：200的曲线上可划分出20cm厚的薄层。 2、判断岩性及确定渗透性地层 首先利用是否有幅度差，区分渗透层和非渗透层，再根据幅度大小和幅度差的大小详细
19、划分岩性. 砂岩：幅度中高，有幅度差。 泥岩：幅度低平，无幅度差或有很小的正负不定的幅度差。 致密砂岩或钙质砂岩：幅度特别高，常呈锯齿状或刺刀状。 生物灰岩：幅度很高，幅度差大。 粉砂岩：幅度较低，有较小的幅度差。 孔隙性灰岩：幅度比致密灰岩低得多，有明显的幅度差3、确定井径扩大井段 在井内如有井壁坍塌形成的大洞穴或石灰岩的溶洞时，微电极系的极板悬空，所测视电阻率曲线幅度降低，接近Rm。 4、确定冲洗带电阻率和泥饼厚度 冲洗带电阻率Rxo是一个重要的参数，可以用图版进行确定。下面图版是北京石油学院用西仪厂的微电极系通过实验绘制的。（Rmc=1.5Rm,Rmf=0.75Rm） 第五节 感应测井一
20、：感应测井的原理：它是利用电磁感应原理测量地层电阻率的一种测井方法。发射线圈通以20KHz的正弦交变电流，线圈周围的导电地层中产生一次磁场，该交变的一次磁场在地层中产生感应电流，它是以井轴为中心的环流，称涡流。交变的涡流产生二次磁场，交变的二次磁场在接收线圈中产生感应电动势，该电动势的大小和环流强度有关，环流强度取决于地层的电导率。所以测量接收线圈中感应电动势，便可得到地层的电导率（电阻率）。 二、如何减少无用信号？ 1、采用补偿线圈。 2、采用相敏检波电路。三、双感应: 1、深感应：ILDRt 2、中感应：ILMRi四、感应测井的应用：1、划分岩层界面2、判断油水层3、确定地层电阻率理论基础各导电介质之间的联接关系适用的井况适用的地层条件感应电磁场理论并联油基泥浆、淡水泥浆、空气钻井低电阻率地层（15m）侧向直流电场理论串联盐水泥浆高电阻率地层