第八章密度测井新

第八章密度测井第八章密度测井（Formationdensitylog）用伽马射线源向地层发射伽马射线用伽马射线探测器测量伽马光子与地层的康谱顿效应产生的散射伽马射线的强度，得到地层的体积密度密度测井主要用于识别岩性、计算孔隙度、计算岩石的弹性及机械参数§1密度和岩性密度测井地质物理基础一、岩石的体积密度ρb每立方厘米体积岩石的质量叫岩石的体积密度，单位是g/cm3。孔隙中饱含流体的纯岩石的体积密度与孔隙度的关系：fmab1ρma矿物骨架密度。石英2.654，方解石2.710，白云岩2.870。中等能量的γ射线和物质发生康普顿散射，散射结果使γ射线的强度减小，用康普顿散射吸收系数Σ来表示。AZNbAe大多数沉积岩的核素，Z/A的比值接近0.5。入射的γ射线的能量在一定范围内是常数，康普顿散射吸收系数的大小，只与岩石的体积密度有关。二、康普顿散射吸收系数Σ1、岩石的光电吸收截面指数PePe是描述发生光电效应时物质对γ光子吸收能力的一个参数，它是γ光子与岩石中一个电子发生的平均光电吸收截面，和原子序数的关系三、岩石的光电吸收截面6.3ZaPePe对岩性敏感，可用来区分岩性。2、体积光电吸收截面U体积光电吸收截面是每立方厘米物质的光电吸收截面，以U表示。U和Pe一样对岩性敏感，可用来区分岩性。如孔隙度为φ的纯砂岩的体积光电吸收截面为niiiVUU1Vi相对体积fmaUUU1beUPU和Pe的关系中等能量的单色γ射线通过物质时，由于和物质发生光电效应和康普顿效应，部分γ光子会在发生光电效应中被吸收，γ射线的强度要逐渐减小而在发生康普顿效应中，则会使γ光子的能量逐渐下降，因为每个γ光子的康普顿散射次数不同，因而形成每种能量的γ光子的强度不同的能谱分布。四、伽马射线通过物质时的能谱能量为0.661Mev的中能γ射线打入密度相同而原子序数不同的三种地层介质的γ能谱曲线。低能区即光电效应区，随着原子序数Z的增加γ计数率下降。原子序数相同而密度不同，在高能区计数率将随着密度ρ的增加而下降。§2密度测井密度测井仪包括一个伽马源，两个接受γ射线的探测器，即长、短源距的探测器。它们安装在滑板上，测井时被推靠到井壁上。下井仪上方装有辅助电子线路。通常用CS137作伽马源，它发射中等能量的射线，用它只能产生康普顿散射和光电效应。由于地层密度不同，则对γ光子的散射和吸收能力不同，探测器接受到的光子的计数率不同。一、密度测井的基本原理通过距离为L的γ光子的计数率为LeNN0若只存在康普顿散射，则μ=Σ，有LAZNbAeeNN0LNbAeeNN20沉积岩的Z/A≈0.5LKNLNNNbbAe00ln2lnln两边取对数2/AeNK可见，探测器记录的计数率N在半对数坐标系上与ρb和L成线性关系。图8-4源距选定后，对仪器刻度找到ρb和N的关系，则记录散射γ光子的计数率N就可以测得地层的密度。当井壁上有泥饼存在时，因泥饼和地层密度不同，泥饼对测量值有一定影响。图8-5：当ρb＞ρmc时，若hmc增大，在ρb相同的地层中，γ光子的计数率增大。为了补偿泥饼的影响，采用两个探测器，得到两个计数率NLS和NSS利用长源距计数率得到一个视地层密度ρb〃由NLS和NSS，得到一个泥饼影响校正值Δρ，则地层密度ρb=ρb〃+Δρ密度测井同时输出ρb和Δρ两条曲线还可输出石灰岩孔隙度测井曲线二、密度测井资料的应用1、确定岩层的孔隙度确定岩层的孔隙度是密度测井的主要应用。若有孔隙度、骨架密度、孔隙流体密度和岩层体积密度分别为φ、ρma、ρf、ρb的纯岩石，则体积密度与孔隙度φ的关系是fmabmafmab所以1不同岩性的岩石，其骨架密度不同，砂岩2.65、石灰岩2.71、白云岩2.87。在已知岩性和孔隙流体的情况下，由密度测井的测量值可求得岩石孔隙度。也可以应用8-7图版求取。若岩层含泥质，则因岩石骨架的密度小，测得孔隙度大。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SiO22.6540.99852.6502.648方解石CaCO32.7100.99912.7082.710白云石CaMg(CO3)22.8700.99772.8632.876硬石膏CaSO42.9600.99902.9572.977钾盐KCl1.9800.96571.9161.863岩盐NaCl2.1650.95812.0742.032石膏CaSO4·2H2O2.321.02222.3722.351无烟煤1.4001.8001.0301.4421.8521.3551.796烟煤1.2001.5001.0601.2721.5901.1731.514淡水H2O1.0001.11011.1101.000矿化水H2O+NaCl1.1461.07971.2371.135原油N(CH2)0.851.14070.9700.850甲烷CH4ρ(CH4)1.2471.247ρ(CH4)ρa(CH4)MZnii/)(22、识别气层、判断岩性密度测井和中子测井曲线重叠可以识别气层，判断岩性。3、确定岩性求孔隙度密度—中子测井交会图法，可以确定岩性求解孔隙度。§3岩性密度测井岩性密度测井不仅利用了康普顿效应，也利用了光电效应，它可以用来确定地层密度求孔隙度，也可以更好的确定地层岩性。一、岩性密度测井的基本原理测井时井下仪的滑板被推靠到井壁上，装有铯源（CS137）和长短源距两个探测器。铯源（CS137）产生0.661Mev的单能γ射线射入地层。它的高能谱段的γ射线，只受康普顿效应的影响，到达探测器的γ射线的数量是地层介质的电子密度的函数，通常正比于地层的体积密度。在高能区设窗口的得到计数率NLS由此求得介质密度ρb〃。为了补偿泥饼影响，采用双源距探测器测得NLS和NSS，由此得到Δρ和ρb。在低能区射线主要受光电效应的影响，随着原子序数Z的增加，计数率会下降。在低能区设窗口得到计数率Nlith，测得地层介质的光电效应截面指数Pe。因为在低能区还受康普顿效应的影响，研究表明低能窗计数率和高能窗的计数率的比值Nlith/NLS与Pe有线性关系。通过软件函数形成器来计算输出Pe曲线根据Pe和U的关系，还可以输出U曲线。1、识别岩性体积光电吸收截面U和光电吸收截面指数Pe，都可用来识别岩层的岩性。对于纯地层U=（1-φ）Uma+φUf，考虑到Uma＞＞Uf且φ很小，可近似写成U=（1-φ）Uma所以1UUma还可以用图版来确定。二、岩性密度测井的资料应用2、计算储集层的泥质含量mashmashUUUUV1岩性已知Uma可知，由泥岩处的曲线读出Ush，由其它测井资料得到孔隙度φ，可计算得Vsh3、识别地层中的重矿物因为重晶石（Pe=266.8）、锆石（69.1）等重矿物的Pe比一般的矿物的Pe高若干倍，由此可识别重矿物。1、原子核衰变时能发射，和射线；其中射线不易被物质吸收，是放射性测井的主要探测对象。2、伽马射线与物质的相互作用主要有、、和，其中效应是地层密度测井的物理基础；而岩性密度测井是以和为物理基础的。3、解释概念：核素、核衰变、计数率、放射性涨落4、阐述闪烁探测器测量伽马射线的原理。5、利用自然伽马测井曲线进行地层对比的优点是什么？6、自然伽马能谱测井的依据是什么？7、试述放射性同位素测井测量吸水剖面的原理和解释方法。8、试说明岩石的光电吸收截面指数Pe，体积光电吸收截面U的意义及其在测井中的作用。9、写出体积密度与孔隙度的关系式。