密度测井-第一版

密度测井和岩性密度测井二零一四年七月二十五日勘探开发工程监督管理中心密度测井和岩性密度测井是由伽马源向地层发射伽马射线，经与地层介质相互作用后，再由伽马探测器接收（即为伽马-伽马测井），地层不同，探测器记录的读数也不同，从而被用来研究地层性质。勘探开发工程监督管理中心（FormationDensityLog,FDL）（LithoDensityLog,LDL）密度测井：根据伽马射线与地层的康普顿效应（ComptonEffect）测定地层密度（Density）的测井方法。岩性密度测井：利用伽马射线与地层的光电效应（PhotoelectricEffect）和康普顿效应（ComptonEffect）同时测定地层的岩性（Lithology）和密度（Density）的测井方法，是密度测井的改进和扩展。勘探开发工程监督管理中心一、密度测井的地质物理基础二、密度测井三、岩性密度测井目录四、曲线分析五、监督控制节点勘探开发工程监督管理中心一、密度测井的地质物理基础岩石的体积密度ρb1康普顿散射吸收系数Σ3伽马射线与物质的作用2勘探开发工程监督管理中心岩石的密度是单位体积岩石的质量，单位是g/cm3，代表符号是ρb，也称为岩石的体积密度。岩石的体积密度ρb是代表岩石性质的一个重要参数，它不但与岩石的矿物成分及含量有关，还与岩石孔隙度和孔隙中流体的类别、性质和含量有关。因此，测量岩石体积密度是很有必要的。一、密度测井的地质物理基础岩石的体积密度ρb1勘探开发工程监督管理中心一、密度测井的地质物理基础岩石的体积密度ρb1（1）、组成岩石的骨架矿物不同，ρma不同。如石英为2.654，方解石为2.710，白云石为2.870，对于相同孔隙度得到的体积密度也就不同，由此可以判断岩性；另一方面，利用体积密度计算孔隙度时，必须得先确定岩性。（2）、孔隙性地层的密度小于致密地层，且随着φ的增加ρb减小，由此可求φ勘探开发工程监督管理中心一、密度测井的地质物理基础岩石的体积密度ρb1孔隙中饱含淡水的纯石灰岩的体积密度与孔隙度的关系如下式：fmab)1(ρma—岩石骨架的密度ρf—孔隙流体的密度Φ—岩石孔隙度勘探开发工程监督管理中心一、密度测井的地质物理基础岩石的体积密度ρb1康普顿散射吸收系数Σ3伽马射线与物质的作用2勘探开发工程监督管理中心（1）、光电效应γ射线穿过物质与原子中的电子相碰撞，并将其能量交给电子，使电子脱离原子而运动，γ光子本身则整个被吸收，被释放出来的光电子，如图7-1（a）所示。这种过程叫光电效应。图7-1（a）一、密度测井的地质物理基础伽马射线与物质的作用2原子核电子伽马射线勘探开发工程监督管理中心（2）、康普顿效应γ射线的能量为中等数值，γ射线与原子的外层电子发生碰撞时，把一部分能量传给电子，使电子从某一方向射出，此电子称之为康普顿电子，损失了部分能量的射线向另一方向散射出去称为散射γ射线。如图7-1（b）所示。这种现象称为康普顿效应。图7-1（b）一、密度测井的地质物理基础伽马射线与物质的作用2原子核电子Φ伽马射线散射伽马射线勘探开发工程监督管理中心（3）、电子对效应当入射伽马光子的能量大于1.022MeV时，它与物质作用就会使伽马光子转化为电子对，其本身被吸收。如图7-1（c）所示。称为电子对效应。图7-1（c）一、密度测井的地质物理基础伽马射线与物质的作用2原子核电子+e-e伽马射线勘探开发工程监督管理中心γ光子和物质的这三种作用的几率和γ光子的能量有关，低能γ光子和物质作用以光电效应为主，中能γ光子和物质发生康普顿效应的几率最大，而电子对效应则发生在伽马光子的能量大于1.022MeV时。低能光电效应中能康普顿效应大于1.022MeV电子对效应一、密度测井的地质物理基础伽马射线与物质的作用2勘探开发工程监督管理中心图7-2伽马射线与物质的作用与伽马射线的能量的关系cm2·g-1μmΣ/ρτ/ρ一、密度测井的地质物理基础伽马射线与物质的作用2勘探开发工程监督管理中心一、密度测井的地质物理基础岩石的体积密度ρb1康普顿散射吸收系数Σ3伽马射线与物质的作用2勘探开发工程监督管理中心一、密度测井的地质物理基础康普顿散射吸收系数Σ3中等能量的伽马射线与介质发生康普顿散射，散射的结果使伽马射线的强度减小，用康普顿散射吸收系数Σ来表示。ANZbAe对于沉积岩来说，大多数核素Z/A均接近于0.5，常见的砂岩、石灰岩、白云岩的Z/A也近似等于0.5，所以对于一定能量范围的伽马射线（σe为常数），∑只与ρb有关。密度测井利用此关系，通过记录康普顿散射的射线来测量岩石的密度。勘探开发工程监督管理中心几种核素Z/A值康普顿散射吸收系数Σ3三种岩石的Z/A平均值核素HCONaSiClCaMgZ/A0.4920.4990.5000.4790.4980.4790.4990.495岩性主要成分Z/A砂岩SiO20.499石灰岩CaCO30.500白云岩CaMg（CO3）20.499一、密度测井的地质物理基础勘探开发工程监督管理中心一、密度测井的地质物理基础二、密度测井三、岩性密度测井目录四、曲线分析五、监督控制节点勘探开发工程监督管理中心二、密度测井密度测井的基本原理1密度测井资料的应用2勘探开发工程监督管理中心右图是常用的一种密度测井仪示意图，它包括有一个伽马源，两个接收伽马射线的探测器，即长源距探测器和短源距。它们安装在滑板上，测井时推靠在井壁上。在下井仪器的上方装有辅助电子线路。二、密度测井密度测井的基本原理1铯－137伽马源短源距探测器长源距探测器勘探开发工程监督管理中心目前密度测井使用的伽马射线源，一般是铯－137（55Cs137）或钴－60（27Co60），其放出的伽马射线的能量不是太高。如铯－137辐射的伽马射线能量为0.66MeV。因此，它与岩石作用时，主要产生康普顿效应，并产生伽马射线。二、密度测井密度测井的基本原理1铯－137伽马源短源距探测器长源距探测器勘探开发工程监督管理中心二、密度测井密度测井的基本原理1由于地层的密度不同，则对伽马光子的散射和吸收的能力不同，探测器接收到的伽马光子的计数率也就不同。我们一直通过距离为L的伽马光子的计数率为：N=N0e-μl勘探开发工程监督管理中心二、密度测井密度测井的基本原理1若只发生康普顿散射，则μ即为康普顿散射吸收系数，所以LKNLNNNeNNAZeNNbbAeLNLANZbAebAe00200ln2lnln5.0/则由于沉积岩的一般源距选定后对仪器进行刻度。找到N与ρb的关系则记录散射γ计数率N就可以得到地层的密度ρb=1/A(㏑N-B)勘探开发工程监督管理中心二、密度测井密度测井的基本原理1实际测井中，泥饼影响不可忽视，为此，采用双源距探测器的补偿密度测井仪，其中长源距的计数率受泥饼影响小，短源距受影响大，用长源距得到一个视地层密度ρb’，再由长短源距计数率得到泥饼校正值△ρ，则地层密度ρb=ρb’+△ρ。最终得到随深度变化的一条ρb曲线和△ρ曲线勘探开发工程监督管理中心图8-5、长、短源距计数率与泥饼厚度、地层密度的关系地层密度计数率泥饼厚度增加泥饼密度地层密度测井值地层密度泥饼密度地层密度测井值地层密度当泥饼密度不同于地层密度时，泥饼影响随泥饼厚度的增加而增大。勘探开发工程监督管理中心（1）当地层密度与泥饼密度相同时，源距相同、泥饼厚度不同的直线相交于一点，泥饼厚度不影响计数率；（2）当地层密度大于泥饼密度时（交点右侧），随泥饼厚度的增加，计数率增大，测量的地层视密度减小（小于地层密度）；（3）当地层密度小于泥饼密度时（交点左侧），随泥饼厚度增加，计数率减小，测量的地层视密度增大（大于地层密度）。为了补偿泥饼的影响，测量时，将长、短源距的探测器测量的伽马光子的计数率合并，以求出经过校正的地层密度和泥饼影响校正值。这在很大程度上补偿了泥饼的影响，同时在有限范围内补偿了井壁不平产生的影响。二、密度测井密度测井的基本原理1b勘探开发工程监督管理中心仪器长度17英尺10英寸5.44米直径4.875英寸12.38厘米最小井径6英寸15.24厘米垂向分辨率1英尺7英寸0.48米最大压力20000psi137.9兆帕测量速度30英尺/分钟9.1米/分钟探测深度8英寸20.32厘米最高温度350F177C阿特拉斯测井公司的补偿密度测井仪主要技术规范二、密度测井密度测井的基本原理1勘探开发工程监督管理中心密度仪器的刻度刻度目的：将密度测井的计数率转换成密度值。刻度原理：一级刻度：在至少模拟三种不同密度地层的标准刻度井中进行。例如，美国休斯顿大学的刻度井中模拟三种不含泥的纯石灰岩地层：建立测井响应与灰岩密度测定值之间的关系。二级刻度：利用根据标准刻度井制作的刻度器（圆柱状或半圆柱状的铝块[2.7克/厘米3]或镁块[1.76克/厘米3]）对仪器进行室内刻度。三级刻度：利用一种便携式刻度器在现场对仪器进行刻度。这种刻度器带有标定源，放出的伽马射线强度已知，用以模拟某种密度地层的散射伽马射线强度。灰岩密度奥斯汀灰岩2.260克/厘米3印第安纳灰岩2.405克/厘米3伽太基灰岩2.680克/厘米3二、密度测井密度测井的基本原理1勘探开发工程监督管理中心二、密度测井密度测井的基本原理1密度测井资料的应用2勘探开发工程监督管理中心（1）、确定岩层的孔隙度确定岩层孔隙度是密度测井的主要用途。若有孔隙度为φ，骨架密度、孔隙流体密度和岩层体积密度分别为ρma、ρf、ρb的纯岩石，则其体积密度和孔隙度的关系是：不同的岩性，其骨架密度不同，砂岩一般为2.65，石灰岩为2.71，白云岩为2.87。fmab)1(fmabma二、密度测井密度测井资料的应用2勘探开发工程监督管理中心（1）、确定岩层的孔隙度在已知岩性和孔隙流体的情况下，就可由密度测井确定岩层孔隙度。它可以由公式计算，也可以应用图版求取。二、密度测井密度测井资料的应用2勘探开发工程监督管理中心（1）、确定岩层的孔隙度典型的泥岩和泥岩夹层的密度为2.2—2.65g/cm3。通常泥岩和储集层中泥质的密度较岩石骨架的密度小，所以在求含泥质岩层的孔隙度时，应考虑泥质的影响，否则求出的孔隙度偏大。密度换算孔隙度公式：Φ=(2.65-X)/1.65二、密度测井密度测井资料的应用2勘探开发工程监督管理中心地层的“石灰岩孔隙度”测井仪器是以饱含淡水的石灰岩为标准刻度的，骨架密度ρma=2.71g/cm3，孔隙流体密度ρf=1.0gcm3.当岩性或流体性质与刻度条件不同时，测井给出的孔隙度曲线值与地层孔隙度不同。真孔隙度为零的纯石英砂岩，密度为2.65g/cm3，按式计算得035.0171.265.271.2fmabmaD可见砂岩的密度孔隙度总是大于它的真孔隙度。二、密度测井密度测井资料的应用2（1）、确定岩层的孔隙度勘探开发工程监督管理中心同样，真孔隙度为零的纯白云岩，其石灰石孔隙度为094.0171.287.271.2fmabmaD可见白云岩的密度孔隙度总是小于它的真孔隙度总之，密度测井把一切密度小于2.71的地层都看成孔隙性地层，因而，在求孔隙度时，必须首先确定岩性。二、密度测井密度测井资料的应用2（1）、确定岩层的孔隙度勘探开发工程监督管理中心二、密度测井密度测井资料的应用2中线密度值2.4，孔隙度15密度值2.5，孔隙度9密度值2.6，孔隙度3中线密度值2.3，孔隙度21中线密度值2.2，孔隙度27中线密度值2.1，孔隙度33勘探开发工程监督管理中心二、密度测井密度测井资料的应用2（2）、交会图法确定孔隙度与岩性密度测井与声波测井或中子测井组合构成交会图，已知中子测井石灰岩孔隙度和密度测井的体积密度值，可以用图版来确定孔隙度与岩性。砂岩2.65g/cm3、石灰岩2.71g/cm3、白云岩2.87g/cm3、硬石膏2.98g/cm3、盐岩2.03g/cm3勘探开发工程监督管理中心勘探