地球物理测井课件第3章1节

1、,第3章 核测井,地球物理测井,第3章 核测井,一、自然伽马测井 二、密度测井 三、中子测井,总 述,核测井也称作放射性测井，是以测量井内介质的各种核物理性质为基础，进而研究地质剖面、寻找石油、天然气及其它矿产、并解决钻井和采油过程中各种工程问题的一类地球物理测井方法。,核测井的定义：,放射性是原子核衰变过程中放出射线的一种性质。,放射性：,核测井方法很多，但是常用的主要两大类：,伽马射线测井,核测井分类：,核测井,中子测井,伽马射线测井,自然伽马测井,自然伽马能谱测井,密度测井,岩性密度测井,放射性同位素测井,中子测井,热中子测井,超热中子测井,中子伽马测井,中子寿命测井,自然伽马测井是通过测量岩层的自然伽马射线的强度来认识岩层的一种放射性核测井方法。 它是在井内测量岩层中天然存在的放射性元素核衰变过程中放射出来的伽马射线的强度。,3.1 自然伽马测井,最常用的核测井方法 方法简单，易于测量 与岩石中的含泥量关系密切，是判断岩石 性质最常用的资料 伽马射线能穿透套管,特点：,3.1.1 自然伽马测井基础,组成物质的基本单位是原子,1、原子结构,一、原子与原子核,2、原子核,原子核,中

2、子,质子,质子和中子统称为核子。质子是一个带正电的基本粒子，其荷电量和电子的电量相当，实际上就是氢的原子核；中子不带电。,3、核素与同位素,原子核的质子数与核外电子数相等，称做原子序数Z。原子的核子数称做质量数A，因此中子数NA-Z。,具有相同质子数Z和中子数N的一类原子核，称为一种核素，或把具有相同原子序数Z和质量数A的一类原子核，称为一种核素。,3、核素与同位素,核素是用它所属的化学元素的符号按下列方式表示： X是元素符号 例如： 是氧元素的一种核素。,原子序数Z相同而质量数A不同的原子核所组成的元素称做同位素。如,原子核所具有的能量有高低之分，处于最低能级的叫基态；此时原子核稳定，叫做稳定核素。 原子核处于高能级时叫激发态；此时原子核不稳定，叫做不稳定核素。,概念：,二、稳定核素和放射性核素,依据能量守恒定律，不稳定核素的原子核，在其向低能态的转变过程中，部分能量以某种射线形式释放，这种现象称作放射性。不稳定核素也称放射性核素。同时，原子核发生的变化则称作原子核衰变。,1、放射性的性质与天然放射性,放射性核素分类：,天然,人工,放射性核素放射出的射线主要有三种：,2、放射性射线的

3、性质,射线带正电； 射线带负电； 射线不带电。,粒子是氦的原子核； 粒子就是电子；射线为波长极短的电磁波。,射线的电离能力最强，但穿透能力最差，在空气中仅穿透2.611.3cm；在岩石中只有10-3cm. 射线的电离能力较弱，但穿透能力稍强，在金属中穿透0.9mm。 射线的电离能力最小，但穿透能力很强，在空气中穿透几百米，在岩石中几厘米到几十厘米。,结论： 测井中主要用射线,放射性核素的核衰变不受外界条件的影响，各原子核之间也无任何联系。因此，对某一原子来说，衰变完全是偶发事件，只能用统计规律研究一群原子核的衰变情况。,三、放射性核素的衰变规律,1、核衰变定律,放射性核素的衰变是按指数规律进行的,温度、压力,衰变系数,半衰期T是指放射性核素的原子核数衰变至初始值一半时所需的时间。T表示衰减的快慢程度，不能表示生存时间。,2、半衰期和平均寿命,每个原子核的平均寿命：,（1）放射性强度单位 放射性强度(活度)指放射性物质在单位时间内发生衰变的原子核数。 （2）放射性的浓度单位 单位质量或单位体积的物质放射性强度。,四、放射性强度的探测,1、放射性强弱的表示,居里(Ci),Cig,（3）放射

4、性的剂量单位 （4）API单位 对于GR测井，表示物质伽马射线总强度。,1、放射性强弱的表示,伦琴(R),（1）放电计数管 利用放射性辐射使气体电离的特性来探测伽马射线。结构简单，一个充气的玻璃管，内壁一层金属作为阴极，中间为阳极，在阴阳两极间加高压。,2、放射性强度的探测,放电计数管工作原理图,当伽马射线进入计数管时，它从金属阴极上打出电子来，这些具有一定动能的电子在管内运动，引起管内气体电离，产生带负电的电子和正离子，在高压电场的作用下，电子被吸向阳极，并受电场的加速作用，电子获得很大的动能，在它运动的过程中又使其它分子发生电离，产生电子和正离子，这些离子也被电场加速。这样就有大量的电子产生并到达阳极，引起阳极放电。,放电计数管工作原理图,通过计数管就有一个负脉冲电流产生，使阳极电压降低，形成一个电压负脉冲，被测量线路记录下来，接着又有伽马射线进入计数管，又形成一个电压负脉冲被记录。这种放电计数管的效率12。,（2）闪烁计数器 由光电倍增管和碘化钠晶体组成。它是利用物质被伽马射线照射使物质发光的现象来探测伽马射线的。,当伽马射线进入NaI晶体时，伽马射线从晶体打出电子来，这些电子具

5、有较高的能量，它们在晶体中运动，又使被它们碰撞的原子激发，激发态的原子在回到稳定的基态时，就放出闪烁光即光子，这些光子射到光阴极上，发生光电效应而产生电子。光电子在电场的作用下趋向阳极。在到达阳极的中途，经过聚焦电极和多个打拿极。由聚焦电极将电子聚焦在第一个打拿板上，从打拿极上打出比入射电子更多的电子来，由极性相同、电压递增的几个打拿极逐渐加快电子的速度，并从打拿极上打出数量逐级倍增的电子来，倍增后的大量电子进入阳极，形成脉冲电流，使阳极电压下降，产生电压负脉冲，输入测量电路予以记录。,弱,强,岩石中含有天然的放射性元素，它们在衰变的过程中放出大量的射线，所以岩石具有自然放射。可以在井内测量到穿透力很强的伽马射线。 不同的岩层，放射性元素的含量和种类不同。岩石的放射性元素含量与岩石的岩性及其形成过程中的各种条件有关。,五、岩石的自然放射性,沉积岩,变质岩,火成岩,沉积岩放射性强弱,一般情况下，沉积岩的放射性主要取决于岩层的泥质含量。这是因为： 1、泥质颗粒细，具有较大的比面，使得它吸附放射性元素的能力较大； 2、沉积时间长，吸附的放射性物质多，有充分时间使放射性元素从溶液中分离出来与泥

6、质颗粒一起沉积下来。,泥岩放射性较强的原因,测量装置由井下仪器和地面仪器组成。下井仪器有探测器(闪烁计数器)、放大器、高压电源等。,3.1.2 自然伽马测井原理,当自然伽马射线穿过钻井液和仪器外壳进入探测器经过闪烁计数器，将伽马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。地面仪器把每分钟电脉冲数转变成与其成正比例的电位差进行记录，并下仪器沿井身移动，就连续记录出井剖面上自然伽马强度曲线，称GR。,1987.3.14,探测范围为3045cm,3.1.3 自然伽马测井曲线特点,(1)曲线与地层厚度有关 当h3d时极大值(或极小值)随厚度增加而增大(或减小)。 当h=3d时，曲线与层厚无关。,1、理论计算结果,(2)当h3d时 半幅点不能确定界面。 (3)当h=3d时 地层界面与曲线半幅点对应。 曲线对称地层中点，地层中心位置的平均值为地层的伽马射线强度值。,2、GR曲线的影响因素,（1）地层厚度的影响,（2）井的影响,钻井液、井径、套管、水泥环,（3）放射性涨落误差的影响,在放射性源强度和测量条件不变的情况下，在相同的时间间隔内，对放射性射线的强度进行反复测量，每次记录

7、的数值不相同，而且总是在某一数值附近变化，这种现象叫放射性涨落。,（3）放射性涨落误差的影响,它和测量条件无关，是微观世界的一种客观现象，并且有一定的规律。这是由于放射性元素的各个原子核的衰变彼此独立，衰变的次序是偶然原因造成的。这种现象的存在，使得自然伽马曲线不光滑，有许多起伏的变化。 各种放射性测井都存在涨落误差。,（4）测井速度的影响,应用,划分岩性,地层对比,计算泥质含量,3.1.4 自然伽马测井曲线的应用,根据不同的岩性自然伽马射线强度不同可以划分岩性。在砂泥岩剖面，纯砂岩GR最低，粘土最高，泥质砂岩较低，泥质粉砂岩和砂质泥岩较高。即自然伽马随泥质含量的增加而升高。,1、划分岩性,在碳酸盐岩地层中，纯石灰岩和纯白云岩最低，泥岩和页岩最高，泥灰岩较高，泥质石灰岩，泥质白云岩界于它们之间，也是随泥质增加曲线数值增高。,膏盐剖面中，石膏层的数值最低，泥岩最高，砂岩在二者之间。,2、地层对比,2、地层对比,2、地层对比,用自然伽马曲线进行地层对比有如下几个优点：(1)一般与孔隙流体无关。储层含油、含水或含气对曲线影响不大，或根本没什么影响，用自然电位和电阻串进行对比，同一储层由于合流体性质不同差别很大。含水时自然电位异常幅度大，电阻率低。含泊气时异常幅度小，电阻串高。(2)与地层水和钻井液的矿化度关系不大。(3)很容易识别风化壳，薄的页岩等，曲线特征明显。(4)在膏盐剖面及盐水钻井液条件下，自然电位和电阻率曲线变化较小，就显示出了 GR曲线对比的优越性。（5）套管井也可以地层对比。,2、地层对比,一般情况下，泥质是控制自然伽马射线强度的主要因素，所以在一个地区通过岩心分析，用统计的方法可以找到自然伽马射线强度和泥质含量之间的关系，利用这种关系 可以由GR确定泥质含量。,3、计算泥质含量,北美第三系地层：GCUR=3.7; 老地层：GCUR=2,

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