《地球物理测井》ch11.密度和岩性密度测井.pdf

地球物理测井 主讲人：刘军锋 长江大学 地球物理与石油资源学院 第 11章 地层密度和岩性密度测井 © 2014 Yangtze University Production Logging Lab. 第 11章 地层密度和岩性密度测井 地层密度测井 (Formation Density Log):利用人工伽马源（ 137Cs）发射的伽马射线与地层相互作用发生康普顿散射效应的原理，测量进入探测器的散射伽马射线的强度，从而确定地层密度 . 岩性密度测井 (Litho-density Log):利用人工伽马源（ 137Cs）发射的伽马射线与地层相互作用发生康普顿散射和光电效应的原理，用能谱分析方法分能带测量进入探测器的散射伽马射线的强度，进而获得岩石体积密度和光电吸收截面指数，最终确定岩性和孔隙度 . 两者都是利用 伽马射线和地层介质 发生各种效应来研究地层性质的因两者所用的轰击粒子和探侧的对象都是伽马光子，故通称 伽马－伽马侧井 第 11章 地层密度和岩性密度测井 © 2014 Yangtze University Production Logging Lab. 岩石体积密度是单位体积岩石的质量 ,单位是g/cm3.岩石体积密度是表征岩石性质的一个重要参数 . 密度测井与声速测井和中子孔隙度测井一起 ,构成岩性 -孔隙度测井系列 . 第一节 密度测井基本原理 过程： 放射性源向地层发射中等能量的伽玛射线（即高速中子）与地层中的电子碰撞，产生康普顿效应（散射），发生次生伽玛射线。

接收器记录，换算为地层密度 测井仪器： 补偿双源距地层密度测井仪 补偿测量原理： 近探测器用于校正远探测器测量结果中的泥饼和井眼不规则影响 第 11章 地层密度和岩性密度测井 © 2014 Yangtze University Production Logging Lab. 地层中常见矿物和流体的密度 矿物或流体 密度 ( 克 / 立方厘米 )石英 2.65方解石 2.71白云石 2.87钾盐 1.98盐岩 2.165石膏 2.32无烟煤 1.4-1.8烟煤 1.2-1.5淡水 1盐水 (200000ppm) 1.146原油 0.85 左右天然气 1.325 空气～ 0.188第一节 密度测井基本原理 1、 康普顿效应与 介质密度的关系 伽马射线与物质的相互作用包括： 光电效应 （ 10-1） 康普顿效应 （ 10-2） 电子对效应 （ 10-3） 吸收系数： 表征单位厚度的介质对伽马射线的吸收能力。

由上三式可见，只有 康普顿效应与介质密度关系比较简单 10-2）式表明康普顿散射引起的伽马射线减弱程度与介质密度 或电子密度 成正比 （ 10-2）式是对单一元素物质表示的，对于多种化合物也同样遵循这一关系，例如对于多中原子构成的矿物，其关系为： （ 10-4） 概念：电子密度 （ 10-5） 电子密度指数 （ 10-6） 将式（ 10-4）代入，可得电子密度指数为 （ 10-7） 表（ 10-1）列出了地层中常见矿物的真密度与电子密度指数的关系从表中可看出 ,地层中常见矿物及流体的比值 均接近 1,就有 . 矿物的密度数据表 矿物 分子式 密度 /g · cm- 3电子密度指数 视密度 /g · cm- 3石英 Si O2 2.654 0.9985 2.650 2.648 方解石 CaCO3 2.710 0.9991 2.708 2.710 白云石 CaM g( CO3)2 2.870 0.9977 2.863 2.876 硬石膏 CaSO4 2.960 0.9990 2.957 2.977 钾盐 K Cl 1.980 0.9657 1.916 1.863 岩盐 NaCl 2.165 0.9581 2.074 2.0 32 石膏 CaSO4· 2H2O 2.32 1.0222 2.372 2.351 无烟煤 1.400 1.800 1.030 1.442 1.852 1.355 1.796 烟煤 1.200 1.500 1.060 1.272 1.590 1.173 1.514 淡水 H2O 1.000 1.1 101 1.1 10 1.000 矿化水 H2O + NaCl 1.146 1.0797 1.237 1.135 原油 N(CH2) 0.85 1.1407 0.970 0.850 甲烷 CH4ρ ( CH4) 1.247 1.247 ρ ( CH4) ρa( CH4)  MZn ii /)(2 由此推论 ,任何岩石的体积密度与其电子密度指数都有确定的关系 .而电子密度指数完全取决于电子密度 ,后者又决定于康普顿吸收系数 ,因而可以根据康普顿效应来测量岩石密度 . 为了能够使伽马射线与物质的作用以康普顿效应为主 ,要保证伽马光子能量在 0.1－ 1.022MeV之间。

测出电子密度就能确定体积密度 2、密度测井信息提取方法  选用 Cs137为伽马源，发射能量为 0.661MeV的伽马光子 用伽马射线探测器，记录散射伽马计数率，且探测起始能量定为 0.1－ 0.2MeV，能在很大程度上避免光电效应的影响 伽马源与伽马射线探测器中点间的距离称为源距 贴井壁测量，消除泥浆影响 源与探测器间有伽马吸收物质（铅） 密度测井存在问题：泥饼的影响、不规则井眼、贴井壁不好 发生的核衰变方程如下： 体积密度的确定： 康普顿效应（散射）的碰撞次数与地层中的物质的 电子密度 （电子数 /平方厘米）有关，而电子密度与岩石的 体积密度 有关（岩石密度与岩石骨架成份、孔隙流体、孔隙度大小等有关），有： －岩石密度； －电子密度； Z －原子序数； M －原子量 eb 探测器接收到的伽马射线强度包括两个过程： （ 1）伽马源发射的光子经地层多次散射后 能到达探测器 的光子数； （ 2）被探测器散射而 改变方向或被吸收的 光子数 图 10-1 密度测井计数率与源距的关系 当源距很小时，前一过程为主；当源距大时，后一过程为主。

这样，密度大的地层中计数率随源距变化要比密度小的快见上图）两条直线的交点对应的源距称为 零源距（ d0） ，表示仪器失去对密度的灵敏度小于零源距叫 负源距 ，大于零源距叫 正源距 ，密度测井都采用正源距实际距离与零源距之差称为 视源距(da=d-d0) 一般而言，伽马光子会随着源距的增强而减小 则有： 因一般储集层都有泥饼，密度测井都采用不同源距的两个伽马射线探测器，以补偿泥饼对测量的影响，称为 双源距补偿密度测井 常用短源距为 15－ 25cm，长源距 35－ 40cm 伽马源 短源距探测器 长源距探测器 图 10-2 双源距补偿密度测井仪器结构 1、泥饼对计数率的影响（实验） （ 1）地层没有泥饼时，用长、短源距计数率都可得到地层密度，而且两者结果一致 （ 2）当存在泥饼时，长、短源距计数率将偏离正常位置 第二节 泥饼影响及密度测井仪刻度方法 图 10-3 无泥饼时的实验曲线 即长、短源距探测器计数率（对数坐标）呈线性关系，所确定的直线称为 “ 脊线 ”，其斜率为 AL/AS，该线与横轴的夹角称为“ 脊角 ” 图 10-4中，泥饼影响曲线称为“肋线”。

此图说明，不论泥饼密度和泥饼厚度大小如何变化，根据 和 在图上得到一点，然后沿该点附近肋线趋势移动到脊线上便得地层密度 图 10-4 双源距补偿密度测井脊肋图 2、补偿密度测井计算地层密度的方法 3、密度测井仪器刻度方法 密度测井仪器刻度至少要有两种不同密度的标准地层或刻度块作为刻度标准，其中一种地层还要分有泥饼和无泥饼两种情况 刻度标准有一、二、三级刻度器一般刻度井是已知密度和孔隙度的纯石灰岩，饱含淡水 第三节 密度测井的地质应用 1、计算地层的孔隙度 可将岩石分成两部分密度的加权平均值 根据不同模型，选用不同的响应方程来计算密度孔隙度 1.1187.271.265.2fffma盐水泥浆淡水泥浆性质选择孔隙流体密度，按泥浆白云岩石灰岩砂岩岩性选择岩石骨架密度，按已知fmashmashfmabma V2、划分岩性 考虑到以上特点，常将密度孔隙度与补偿中子孔隙度重叠显示以此来区分岩性 孔隙度增加 ---密度下降 密度值不能准确反映岩性 砂岩 =2.65, 灰岩 =2.71, 白云岩 =2.87 盐岩 =2.17, 硬石膏 =2.97, 淡水泥浆 =1.0 盐水泥浆 =1.1 g/ cm3 图 10-5 某层系的 LDT-CNL-GR曲线 3、划分裂缝带或气层 含气地层， ρ b降低，使用密度计算的孔隙度增大 ; 而中子曲线因气层的含氢量降低，使中子孔隙度变小 ; 所以利用密度测井和中子测井曲线重合可划分气层 . 第 11章 地层密度和岩性密度测井 © 2014 Yangtze University Production Logging Lab. 第四节 岩性密度测井（ LDL） 岩性密度测井是密度测井的改进和扩展形式。

它除了测量地层的 密度值 外，还能测量地层的 光电吸收截面指数 (Pe),该指数与地层中矿物类型有关（即可以反映地层岩性） 岩性密度测井仪和密度测井仪一样，有一个 极板 和一个 支撑臂 ，极板上有一个 伽玛源 和 两个探测器 不同的是， 岩性密度测井 的伽玛源发出的是 622keV的伽马射线，与地层碰撞后能量逐渐降低，最后到通过产生光电效应被吸收它测量从 中高能区 （大于 150keV）经 康普顿效应 散射伽玛强度（测岩石密度），再测 低能区 经光电效应 吸收后的伽玛射线强度（光电 吸收截面指数 ） ，而密度测井只测量前者 DEN+PEF曲线 第 11章 地层密度和岩性密度测井 © 2014 Yangtze University Production Logging Lab. 第四节 岩性密度测井（ LDL） 1)宏观光电吸收截面  ： 单位体积的岩石对一个伽马光子的吸收概率 A： 一个伽马光子与一个原子核的核外电子发生光电效应的概率 A=k z4.6 =(z/10)3.6 z ； k(仪器常数 )=10-3.6 =A*N0*b/A= e *(z/10)3.。