胜利石油管理局测井公司放射性测井技术测井技术分类v声波测井v偶极横波测井v超声波成像测井v侧向、感应测井v阵列感应测井v阵列侧向测井v方位电阻率测井v微电阻率扫描成像测井v组合式地层测试声电核力一 放射性测井的概述二 伽马测井三 中子测井四 元素俘获（ECS)测井五 过套管密度、中子和元素俘获测井六 核磁共振测井简介放射性测井技术 放射性测井是根据岩石及其孔隙流体的核 物理性质，研究井地质剖面，勘探石油、天然 气、煤以及铀等有用矿藏，研究石油地质、油 井工程和油田开发的地球物理方法，是地球物 理测井的一个极重要的分支。 放射性测井的概述放射性测井是二十世纪三十年代末发展起来的。美国和苏联首先采用自然伽马测井法测量地层的自然放射性。从五十年代末期开始，放射性测井得到了极其迅速的发展。我国的放射性测井工作是1956年在玉门油田开始的，继而在其它地质勘探部门也陆续采用了放射性测井技术。放射性测井的概述放射性测井方法，按其使用的放射性源或测量的射线类型以及所研究的岩石核物理性质，大致可分为三大类，即研究伽马辐射为基础的伽马测井法、以研究中子与岩石及其孔隙流体相互作用为基础的中子测井法、利用核磁现象研究地层流体性质和孔隙结构的核磁共振测井。放射性测井的概述v伽马测井：自然伽马测井、自然伽马能谱测井、 地层密度测井、岩性密度测井以及各种放射性同位 素示踪测井等v中子测井：超热中子测井、热中子测井、中子伽 马测井、脉冲中子伽马能谱测井、中子寿命测井以 及各种活化测井等。v核磁共振测井放射性测井的概述在油气勘探和开发中，放射性测井的主要应用包括：与电法、声波等测井资料进行综合解释，对油、气、水层作出完善的地层评价。1、岩性分析，即判断井剖面的岩石性质。2、计算地层的泥质或粘土含量、岩石的主要矿物成分及其含量。3、计算储集层参数，其中包括有效孔隙度、缝洞孔隙度、渗透率、含油气饱和度、油气密度等。4、储集层综合评价，即划分油、气、水层、确定地层产液性质、可动油气量、含油气率，综合评价地层的产能。放射性测井的概述5、在油气田开发中，测注水井的吸水剖面。6、在生产井中测分层产液量、分层含水率、液体平均密度。7、研究油层的水淹状况和注水井的推进情况，确定剩余油饱和度及其分布，评价储集层的产液性质及产能。8、评价管外水泥面高度及串槽井段。9、检查封堵水层、压裂、酸化的效果等。放射性测井的概述放射性测井的特点：、裸眼井、套管井内可进行测井；、在油基泥浆、高矿化度泥浆以及空气的井中可测井；、能够在井下快速分析和确定岩石及其孔隙流体中各种 化学元素含量的有效方法。但是它的测速慢，成本高，需要专门的核防护措施。由于生产和解释方法的改进，放射性测井解决生产问 题的范围不断扩大，成为一项重要的测井方法。特别是核 磁共振测井仪的研制成功和应用，更加扩大了放射性测井 的应用范围。放射性测井的概述一 放射性测井的概述二 伽马测井三 中子测井四 元素俘获（ECS)测井五 过套管密度、中子和元素俘获测井六 核磁共振测井讲课内容 伽马测井的核物理基础 自然伽马测井 自然伽马能谱测井 地层密度和岩性密度测井一、原子核的衰变及其放射性、原子的结构矿物、岩石、石油和地层水都是由分子组成的，分子又是由原子组成的。原子的中心是原子核，离核较远处核外电子按一定的轨道绕核运动。原子核由质子和中子组成。伽马测井的核物理基础、核素和同位素v核素：是指原子核中具有一定数目质子和中子并在同一能态上的同类原子，同一核素的原子核中质子数和中子数相等。核素可以表示为ZXA，X为元素符号，Z和A分别为原子序数和质量数。v同位素：是指核中质子数相同而中子数不同的核素，它们在元素周期表中占同一位置。例如：氢1H1、氘1H2、氚1H3。一种元素的核物理性质是由该元素中包含的所有核素的核物理性质及其丰度决定的。伽马测井的核物理基础、核衰变核素有稳定核素和放射性核素。放射性核素的原子核自发发生分解，转变成另外某种原子核，并放出放射性射线，这种现象叫核衰变，放出放射性射线的性质叫放射性。例如：钾的19K40能自发地由核中发射一个粒子（电子），而转变成钙的原子核。19K40 20Ca40+ -伽马测井的核物理基础、放射性射线的性质 射线：是氦的原子核流，氦的原子核是 2He4， 因其质量大，易引起物质的电离或激发，被物质吸收 ，所以它在物质中运动时，射程很小，在空气中为 2.5cm左右，在岩石中和金属矿层中，约为数十万分之 一米，因射线穿透能力很差，所以在井内探测不到射 线。电离能力强，危害性特别大。伽马测井的核物理基础 射线：是高速运动的电子流。它在物质中的射程也较短。 射线：是频率很高的电磁波（波长为3x10-1110-9cm）或光子流，不带电荷，但其能量很高，一般在几十万电子伏特以上，并且有很强的穿透能力，例如要使给定的射线强度减弱到一半，则需要穿过12.7mm厚的铅层(铅的吸收能力很强)，所以该射线在放射性测井中能被探测到而被利用。伽马测井的核物理基础二、伽马射线与物质的作用组成伽马射线的能量一般在0.55.3MeV之间。在这一能量范围内，伽马射线穿过物质时，与构成物质的原子发生的相互作用主要有：电子对效应，康普顿效应，光电效应。伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础1、应电子对效应 （大于2MeV)2、康普顿效应 （0.1-2MeV)3、光电效应 （小于0.1MeV)正电子 e+入射光子 原子e-负电子 射线的能量大于两个电 子的静止质量能（2m0C2 1.022MeV）当伽马光子的能量较核外 束缚电子的结合能大得多 且为中等数值时，它与原 子核外轨道电子相互作用 。入射光子 光电子e 原子伽马量子将其所有能 量交给电子，使电子 脱离原子而运动形成 光电子，伽马量子本 身则整个被吸收。三、伽马射线的探测伽马射线与物质相互作用中，主要通过前述 的三种效应产生次极电子。这些电子能引起物质 中原子的电离和激发，绝大多数仪器都是利用这 两种物理现象来探测伽马射线的。在激发作用中，受激的原子在退激发过程中 能放出光子，发生闪光（荧光）。收集荧光的探 测器是闪烁计数器。由光电倍增管和NaI晶体构成的计数器具有计 数效率高，分辨时间短的优点，在放射性测井中 已被广泛应用。伽马测井的核物理基础闪烁计数器由光电倍增管和NaI晶体组成，利用被激发物质的 发光现象来探测射线。当射线射到NaI晶体上时，就从它的原子中 打出电子，这些电子具有较高的能量，以至它们在晶体内运动时足 以把它们碰撞的原子激发，被电子激发的原子回到稳定状态时就放 出光子。光子射到光阴极上时，就放出光电子，光电子在电场作用 下就趋向阳极。D为聚焦电极，把从光阴极放出来的光电子聚焦到 D1电极上，D1到D8是相同的电极，而电压是递增的，从每一级电极 上打出来的电子立即被加速到后一级电极上去，这样产生更多的电 子。此过程继续下去，可将原先光阴极上发射的电子倍增到极大的 数目，最后收集到阳极A,从阳极输出至记录线路。伽马测井的核物理基础伽马测井放射性同位素测井伽马能谱测井密度测井自然伽马测井一 放射性测井的概述二 伽马测井三 中子测井四 元素俘获（ECS)测井五 过套管密度、中子和元素俘获测井六 核磁共振测井讲课内容 伽马测井的核物理基础 自然伽马测井 自然伽马能谱测井 地层密度和岩性密度测井自然伽马测井是用伽马射线探测器测量岩石总的自然伽马射线强度，以研究井剖面地层性质的测井方法。单位：API主要放射性核素：U238、Th232、K40自然伽马测井一、自然伽马测井测量原理测量装置由井下仪器和 地面仪器组成。下井仪器有 探测器（闪烁计数管）、放 大器和高压电源等几部分。 自然伽马射线由岩层穿过泥 浆、仪器外壳进入探测器， 探测器将射线转化为电脉冲 信号，经放大器把电脉冲放 大后由电缆送到地面仪器。自然伽马测井 二、自然伽马测井曲线影响因素1、层厚的影响。 a、上下围岩的放射性相同时，曲线对称于地层中点，在地层中 点处有极大值或极小值，反映该层放射性大小。b、当地层厚度h小于三倍的钻头直径d0 (h7；海相沉积、灰色或绿色页岩TH/U比值500KeV的中子。中子测井的核物理基础中子测井 2、中子源中子和质子具有很强的核力结合在一起，形成 稳定的原子核。要使中子从原子核里释放出来，就 必须供给一定的能量,并且能量要大于中子的结合 能。可以用粒子、氘核、质子或光子轰击原子核， 引起各种核反应，使中子从核内释放出来。这种产 生中子的装置称为中子源。经常选用一些轻原子核 作靶核，这是因为带电离子轰击靶核时，要受到核 库仑力的排斥，它们与重核的反应只有在能量较高 时才能实现。中子测井的核物理基础中子源分类（1）同位素中子源利用放射性同位素核衰变放出的高能粒子去轰 击某些靶物质，实现发射中子的核反应，这样的源 称为同位素中子源或放射性中子源。同位素中子源 的主要特点是体积小，制备简单。连续发射中子， 使用方便，故在中子测井中得到广泛应用。例如镅 铍（Am-Be）中子源，利用镅衰变产生的粒子 去轰击铍原子核，给铍原子核以能量，引起铍发生 核反应释放出中子来。中子测井的核物理基础（2）加速器中子源测井用的井下中子发生器是一种加速器中子 源。加速器是用人工方法使带电粒子获得较高能 量的装置。利用各类加速器所加速的带电粒子去 轰击某些靶核，可以引起发射中子的核反应。如 D-T加速器中子源，用加速器加速氘核（D）去轰 击氚核（T）产生快中子。与同位素中子源相比 较，这类中子源有下列特点：强度高，可以在广 阔能区获得单色中子，可以产生脉冲中子，加速 器不运行时，没有很强的放射性。产生的快中子 能量是14MeV。中子测井的核物理基础二、中子与地层的作用目前测井工作中使用的中子源发射能量为14MeV（ 井下中子发射器）及几百万电子伏特（同位素源）的 中子。这些中子射入地层，与组成地层的物质发生一 系列的核反应。中子在物质中运动，可与物质产生如下几种作用 ：1.快中子非弹性散射、2.快中子对原子核的活化、 3.弹性散射、4.热中子在岩石中的扩散和被俘获。中子测井的核物理基础1.快中子非弹性散射快中子先被靶核吸收形成复核，而后再放出一个能量较低的中子，靶核仍处于激发态（即处于较高的能级），这些处于激发态的核常以发射伽马射线的方式释放出激发能而回到基态，这种作用过程称为非弹性散射，由此产生的伽马射线称为非弹性散射伽马射线。以中子的非弹性散射为基础的测井方法，称为快中子非弹性散射伽马法。如高能快中子打到碳原子核、氧原子核上就会产生非弹性散射，并放出不同能量的伽马射线，C/O比能谱测井就是测量该伽马射线。中子测井的核物理基础2.快中子对原子核的活化除非弹性散射外，快中子还能与某些元素的原 子核发生（n， ）、（n，）（两者反应截面 大，可被测井应用)及（n，）(反映截面小)核反 应生成新的放射性核素，这种作用称为活化核反应 。活化形成的新核素，有一定的半衰期，其衰变产 生的射线称为活化伽马射线。硅、铝两种元素容易活化，以此为基础可以测 量地层的硅、铝含量，形成了铝测井和硅铝测井。 硅测井识别岩性，硅铝测井识别岩性和测定泥质含 量。中子测井的核物理基础3.快中子弹性散射高能快中子经过一、二次非弹性散射后，降低 了能量，中子已经没有足够的能量再发生非弹性散 射，它和原子核碰撞时就只能发生弹性散射而继续 减速。弹性散射时中子和原子核发生碰撞前后，中 子和靶核的总动能不变，中子损失的动能全部变成 了靶核的动能，而中子能量减小，运动速度降低并 发生散射。在弹性散射过程中，靶核越轻，它得到 的能量越多，中子损失的能量就越大，速度下降就 越大。氢是所有元素中最强的中子减速剂，这是中 子测井测量地层含氢量及解决与含氢量有关的各种 地层问题的依据。中子测井的核物理基础4.热中子在岩石中的辐射俘获快中子经过一系列的非弹性碰撞，能量