中子密度测井

1密度测井2一、物理基础1、岩石的体积密度(即真密度）单位体积岩石的质量。ρb=ρma（1-Φ）+ρf*φ组成岩石骨架矿物不同，密度就不同，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，必须先确定岩性。孔隙性地层的密度小于致密地层，且随着Φ的增加，ρb减小，由此可以求Φ。利用伽马源（Cs137）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，探测器记录的读数不同，从而被用来研究地层性质。32、康普顿散射吸收系数中等能量射线与介质发生康普顿散射而使其强度减小的参数。密度测井就是利用此关系，通过记录康普顿散射的射线强度来测量岩石密度。3、岩石的光电吸收截面岩石的光电吸收截面指数Pe，是描述发生光电效应时物质对伽马光子吸收能力的一个参数，即伽马光子与岩石中一个单子发生光电效应的平均光电吸收截面，单位b/电子。Pe=a*Z3.6（Z为原子系数）A为常数，地层岩性不同，Pe有不同的值。Ca-20Mg-12Si-145如孔隙度为φ的纯砂岩的光电吸收截面为:体积光电吸收截面U与光电吸收截面指数Pe有近似关系:4、体积光电吸收截面也是描述发生光电效应时物质对伽马光子吸收能力的一个参数，它是指每m3物质的光电吸收截面。地层岩性不同，其光电吸收截面不同。岩石体积光电吸收截面：61、测井仪下井仪：极板型，贴井壁测量，其中：滑板由伽马源、探测器、屏蔽体三部分组成。伽马探测器是由单伽马探测器和双伽马探测器（即补偿密度测井仪，长短源距）组成。屏蔽体：使源发射的光子不能直接到达探测器。2、原理由伽马源Cs137发射0.661Mev的射线照射地层发生康普顿效应——散射射线到达探测器——计数率N。地层密度不同，对伽马光子的散射吸收能力不同，仪器记录的计数率不同，测井仪采用的正源距L下，ρ增加，N减小。二、地层密度测井7实际测井中，泥饼影响不可忽视，为此，采用双源距探测器补偿密度测井仪，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密度ρb’，再由长短源距计数率得到泥饼校正值Δρ，则地层密度ρb=ρb’+Δρ。最终得随深度变化的一条ρb曲线和Δρ曲线。3、应用识别岩性、计算孔隙度、识别气层。81.原理伽马源产生的单能γ射线照射地层，其高能谱段的γ，只受康普顿效应影响，低能谱段主要受光电效应影响。在高能区计数γ计数率，确定地层密度，采用长短两个探测器，得到地层密度和泥饼补偿值ρb和Δρ；低能区计数γ，以测量地层的光电吸收截面指数Pe。实际上是利用低能窗和高能窗计数率比值进行光电吸收截面指数计算的。2、应用识别岩性、计算泥质含量、识别重矿物（如重晶石Pe=266.8，锆石Pe=69.1）三、岩性密度测井中子测井2012.3中子测井原理井壁中子补偿中子中子伽马测井脉冲中子测井非弹性伽马能谱中子活化主要内容利用中子与地层的相互作用的各种效应，来研究井剖面地层性质的各种测井方法的总称。包括中子——热中子、中子——超热中子、中子——伽马测井、中子活化测井以及非弹性散射伽马能谱测井和中子寿命测井。测井时，中子源向地层发射快中子，快中子在地层中运动与地层物质的原子核发生各种作用，由探测器探测超热中子、热中子或次生伽马射线的强度，研究地层孔隙度、岩性及孔隙流体性质等地质问题。中子测井中子测井原理12快中子从发出到10-8~10-6秒内发生非弹性散射在10-6~10-3秒发生弹性散射。13井壁中子测井一、井壁中子测井：（源，探测器装在贴井壁的滑板上，测量超热中子计数率来反映地层含H指数）1、源距和超热中子探测超热中子计数率与源距关系类似于热中子与源距的关系：零源距，长源距，短源距。但零源距的大小比热中子的略小。其中：短源距对含H指数分辨率低，一般不用，源距增加，对含H量分辨率增加。探测器选择记录超热中子，采取两项措施：1、探测器外加中子吸收剂做屏蔽层，吸收热中子；2、屏蔽层与探测器之间加减速器，使穿过屏蔽层的超热中子迅速变为热中子。3、测量方式贴井壁测量通过中子源发射快中子，照射地层减速形成热中子或者超热中子，中子探测器探测热中子或者超热中子的密度。不同地层，减速能力不同，计数率不同，以此来寻找储集层、确定孔隙度的一类测井方法，包括热中子测井、补偿中子测井和超热中子测井（也称井壁中子），统称中子孔隙度测井。154、测量原理同位素中子源向地层发射快中子，与地层各种原子核发射弹性散射，而逐渐损失能量、降低速度，成为超热中子，探测超热中子密度，转化为计数率，以此寻找储集层、确定孔隙度的测井方法。5、仪器刻度原因：不同仪器（源距，探测器），导致计数率不同。休斯顿大学的API中子测井标准井：3个孔隙不同的纯灰岩地层井眼剧中，规定：把仪器零线与孔隙度=19%deindiana石灰岩的曲线幅度之差的千分之一规定为1个API中子单位。二、决定热中子计数率的因素1、岩性影响在孔隙度相同的情况下，不同岩性的地层，对快中子的减速长度不一样。162、孔隙度的影响地层中所有核素中，H核减速能力远远超过其他核素。因此，地层减速能力取决于地层总H含量，H主要存在于孔隙流体中，因此孔隙度增大，减速能力增强。3、源距对计数率的影响孔隙度、岩性不同，造成超热中子的空间分布不同。孔隙度增大，减速长度越小，则在源附近的超热中子越多；孔隙度越小，减速长度越大，则离源较远的空间超热中子越多。探测器离源较近：孔隙度越大，计数率越高探测器离源较远：孔隙度越大，计数率越低探测器离源某一位置：计数率与孔隙度无关，对应零源距。实际应用的均为长源距中子测井。4、地层含H指数氢是最重要的减速剂，因此，H含量的高低决定了地层的减速能力，实际应用含H指数来反映地层中H元素的多少。根据规定，淡水含H指数为1，而任何其他物质的含H指数将与其单位体积内的H核素成正比。171）饱和淡水纯石灰岩的含H指数H=Hma（1-por）+Hw*por中子孔隙度测井在饱和淡水的纯石灰岩刻度井中进行含H指数刻度，使它测量的含H指数即为饱和淡水纯石灰岩的por。饱和淡水地层：砂岩：φN略小于φ；白云岩：：φN略大于φ；石灰岩：：φN等φ；以上是骨架宏观减速能力不同造成（砂岩骨架的宏观减速能力小于石灰岩，白云岩骨架的减速能力大于石灰岩），这种差别是中子测井的岩性影响，也是识别岩性的依据。182）油气的含H指数液态烃含H指数与水接近，而天然气的很低，且随温度和压力而变化。3）与有效孔隙度无关的含H指数A、泥质B、熟石膏CaSO4.2H2O，孔隙度为0，得到的中子孔隙度为49%。C、岩性影响：纯砂岩的骨架含H指数为-0.01-0.05，白云岩0.01-0.085194）挖掘效应冲洗带有残余油气的纯石灰岩实际测井中，含气时，φN＜φxo，说明天然气含H浓度太低，以至于把含天然气的孔隙体积作为骨架还不足以说明天然气影响（天然气对快中子的减速能力比石灰岩骨架还低，将显示为负的含H指数），我们把油气对中子孔隙度测井的这种影响，称为中子孔隙度测井的挖掘效应。三、环境校正1、井径校正2、泥浆校正3、泥饼校正4、矿化度校正：氯根5、温度压力校正：高温使减速能力降低，高压使之增强。20四、孔隙度计算含水纯岩石中子测井响应方程：孔隙度计算：补偿中子测井贴井壁的滑板上安装同位素中子源和远、近两个探测器，用远、近探测器计数率的比值测量地层含氢指数。1、补偿原理热中子易被俘获，一次，热中子的空间分布不仅取决于地层的含氢量，还与含氯量有关，利用长短两个探测器分布记录两个计数率NL、NS，则其比值只与减速性质有关，只取决于含氢量。近探测器源距35-40cm远探测器源距50-60cm补偿中子测井Le为热中子的减速长度，当r1、r2，比值只取决于减速长度Le，即决定于岩石含氢量。可将比值转化为含氢指数或φcnl。真孔隙度确定对于含水纯岩石，可近似为Φcnl=（1-φ）φnma+φ*φnf求孔隙度Φ=（φcnl-φNma）/（φNf-φNma）2、划分岩性2.1与密度孔隙度曲线重叠，定性划分φD=（2.71-ρb）/（2.71-ρf）ΦN=（Φcnl-ΦNma）/（ΦNf-ΦNma）不同岩性曲线有不同的幅度差：砂岩：ΦD＞Φ；ΦN＜Φ；ΦD＞ΦN。白云岩：ΦD＜Φ；ΦN＞Φ；ΦD＜ΦN。石灰岩：ΦD=Φ；ΦN=Φ；ΦD=ΦN。2.2与密度测井或者声波时差测井作交会图，确定Φ、岩性和矿物百分含量。3.识别气层气层含氢量明显低于同孔隙度油水层。25中子伽马测井一、原理同位素中子源发射快中子照射地层（经减速、俘获）——辐射俘获伽马射线——伽马探测器记录俘获伽马射线强度——记录计数率，不同地层，计数率不同，得出一条随深度变化的中子伽马计数率曲线。中子伽马测井二、决定伽马计数率的因素1、中子伽马计数率与源距关系同热中子计数率与源距关系一样，但源距约为35cm，测井常用源距45-65cm。在长源距条件下：地层含氢量增加——伽马计数率减小致密岩石——伽马计数率增加气层——伽马计数率增加中子伽马测井2、地层中子伽马计数率伽马计数率与地层含氢量有关，也与地层含氯量有关（氯俘获截面很大，且放出的伽马光子也比氢多3.1个）高矿化度水层的伽马计数率很高；致密层、气层伽马计数率高；泥岩伽马计数率很低；记录单位：脉冲/分。3、应用3.1可以用伽马计数率划分地层，半幅点划分地层界面。记录单位：脉冲/分。3.2识别气层3.3识别高矿化度水层，划分油水界面，含盐量大于150g/l。水层中子伽马相对高，油层中子伽马相对低，与电阻率资料结合可划分油水过渡带。30脉冲中子测井31脉冲中子测井：脉冲中子源每隔一定时间发射一定宽度的中子，照射地层，通过研究中子与地层的相互作用，以研究地层性质。包括中子寿命测井、非弹性散射伽马能谱、中子活化测井等。32一、中子寿命测井Neutronlifetimelog，也叫热中子衰减时间测井。利用脉冲中子源发射高能快中子14Mev，脉冲照射地层，用伽马探测器探测经地层慢化产生的热中子被俘获放出的伽马射线，根据计数率随时间的衰减，进而计算热中子寿命和地层的热中子的宏观俘获截面，从而研究地层性质特别是含油性的一种测井方法。在地层中，宏观俘获截面和热中子寿命主要与氯的含量有关，与地层水矿化度有关。中子寿命测井NLL33二、热中子寿命与地层对热中子宏观俘获截面的关系1、热中子寿命τ是热中子从产生瞬间到呗俘获时刻所经历的时间。计算时，等于热中子中63.2%被俘获所经过的时间。2、宏观俘获截面Σ单位体积介质中所有原子核的微观俘获截面之和，单位cm-1，一般定义一个基本的宏观俘获截面单位为10-3cm-1，称作俘获单位，并记做c.u.。3、τ与Σ的关系其中A为某一特定的常数。两者成反比关系，即地层宏观俘获截面越大，中子寿命越小。344、岩石热中子寿命与宏观俘获截面常见岩石主要矿物俘获截面都很小，热中子寿命都很长，而孔隙流体热中子俘获截面比大部分骨架矿物大很多，因此受孔隙影响比较大。特别：硼和汞宏观俘获截面特别大。35三、测井基本原理中子从其产生，经过和地层原子核发生非弹性散射、弹性散射，逐渐减速为热中子，热中子被俘获产生俘获伽马射线。1、热中子寿命2、热中子的空间分布地层热中子密度按指数规律随时间衰减。3、测量原理任何时刻存在的俘获伽马射线的强度与仪器周围热中子的密度成正比。因此刻度以后，记录俘获伽马射线强度，可以求得热中子寿命。36T1时刻：T2时刻：375、中子寿命测井地质意义沉积岩中，氯核的微观俘获截面比其他核素大得多，也就是说岩石宏观俘获截面主要取决于地层中氯的含量，或者说取决于地层水矿化度。当地层水矿化度较高时，即氯的含量相对较高时，对于水层和油层来说，水层的宏观俘获截面要大于油层，而热中子寿命则小于油层。适合于伊拉克地区高矿化度地层。38四、测量方法1、热中子测量法（中子-中子）直接测量热中子数量随时间变化关系，PNN仪器就是采用此方法。2、伽玛射线测量法（中子-伽玛）在整个中子与地层的反应过程中，最大量的伽玛射线来自热中子被俘获时所产生的俘获伽玛射线。由于热中子的数量越