9 自然伽马能谱测井
自然电位附自然伽马
自然电位测井方法原理 在早期的电阻率测井中发现：在供电电极不供电时，测量电 极M在井内移动，仍可在井内测量到有关电位的变化。这个电位 是自然产生的，故称为自然电位。使用图1所示电路，沿井提升 M电极，地面仪器即可同时测出一条自然电位变化曲线。 自然电位曲线变化与岩性有密切关系，能以明显的异常显示 出渗透性地层，这对于确定砂岩储集层具有重要意义。自然电位 测井方法简单，实用价值高，是划分岩性和研究储集层性质的基 本方法之一。 图 1 自然电位测井原理 一、井内自然电位产生的原因 井内自然电位产生的原因是复杂的，但对于油井，主要有以下两个原因：地层水的含盐量(矿化度)与泥浆的含盐量不同，地层压力和泥浆柱压力不同，在井壁附近产生了自然电动势，形成了自然电场。 1．扩散电动势(Ed)的产生 如图2所示，在一个玻璃容器中，用一个渗透性的半透膜将 其分隔开，两边分别装上浓度为Cl和C2(C1>C2)的NaCl溶液， 并且在两边分别放人一只电极，此时表头指针发生偏转。此现象 可解释为：两种不同浓度的NaCl溶液接触时，存在着使浓度达 到平衡的自然趋势，即高浓度溶液中的离子受渗透压的作用要穿 过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去，这一现象称为离子扩散。 在扩散过程中，由于Cl-的迁移率大于Na+的迁移率，扩散 结果使低浓度溶液中的Cl-相对增多，形成负电荷聚集，高浓度溶 图2扩散电动势产生示意图液中Na+相对增多，形成正电荷聚集。这就在两种不同浓度的溶 液间产生了电动势，所以可测到电位差。离子在继续扩散，高浓度溶液中的Cl-，由于受高浓度溶液中正电荷的吸引和低浓度溶液中负电荷的排斥，其迁移速度减慢；而高浓度溶液中的Na+，由于受高浓度溶液中正电荷的排斥和低浓度溶液中负电荷的吸引，其迁移速度加快，这使得电荷聚集速度减慢。当接触面附近的电荷聚集使正、负离子的迁移速度相等时，电荷聚集就停止了，但离子还在继续扩散，溶液达到了动平衡，此时电动势将保持一定值：这个电动势是由离子扩散作用产生的，故称为扩散电位(Ed)，也称扩散电动势，可用下式表示： mv g/L。 与上述实验现象一样，井内自然电位的产生也是两种不同浓度 的溶液相接触的产物。在纯砂岩井段所测量的自然电位即是扩散电 动势造成的，这是由于浓度为Cw的地层水和浓度为Cmf的泥浆滤 液在井壁附近接触产生扩散现象的结果。通常，Cw>Cmf，所以一般 扩散结果是地层水内富集正电荷，泥浆滤液中富集负电荷，如图3
自然伽马能谱测井曲线在地质上的解释与应用
自然伽马能谱测井曲线在地质上的解释与 应用 / 汐钎 一 第16卷第1期地学工程进展V o1.16No.1 1999年6月ADV ANCEINEARTHSCIENCEENGINEERINGJun?,1999 擅■通过实倒舟绍了放射性元素铀,钍,钾的地球化学特性和自然佃马能谱曲线在地质上的解释与应用.提出6种有关解释应用的意见.1)商钾多为伊利石桔土岩和钾长 石砂岩,商蚀多由有机质造成.而商牡尉为^山岩有关堆层.2)平曩用钍,钾曲线可以计算 地层据质古量.3)铀异常曲线可以指示地层中流体运动.4)寻拽放射性矿层与异常带. s)研究生油岩.6)进行堆层对比. 关■栩地球化学特性f自然伽马瞎谱曲线}铀,钍,钾异常f解释应用 数控测井中一个必不可少的测井项目自然伽马能谱测井已在世界各地的深井～超深井中 得到广泛采纳和使用,它可在裸眼井和套管井中进行测量,并提供自然伽马射线总计数钾 (),铀(x10)和钍(×10)测量的连续记录.70年代中期,自然伽马能谱铡井首先用于英国北海地区,当时主要为了确定云母和计算粘土含量,作为一种比较有效的测井方法已广泛用 于碳酸盐岩和砂泥岩地层,它不仅有助于评价地层泥质含量,岩性变化.而且可用于操测放射 性矿物,进行地层对比,研究沉积环境.同时还可做为研究生油层的重要资料.
1放射性元素铀,钍,钾的地球化学特性 在自然界中铀有三种同位素(u,U",U),且都具有放射性,铀在地壳中的浓度大约 为3×10～,也是来源于硅酸火戚岩,而且主要戚分为放射性矿物.在自然界中铀以+4和+6 两种离子价的状态而存在.四价铀盐通常不溶解但易变戚六价铀.六价铀盐不仅存在于溶液 中,而且易氧化形戚uO,其氧化物极易溶解且具有很大的流动性.常和有机物碳酸盐岩结合 在一起. 钍同位素Th"是自然界中一种稳定的元素,其他只作为铀系的一部分,很不稳定如Th 和Th,钍在地壳的平均浓度为12×10～.钍来源于硅酸火戚岩以+4价形式存在,形成化舍 物Th(OH),在自然界中由于物理风化作用容易水解.故具有一定的流动性.由于Th"有较 大的离子半径且易被牯土矿物所吸附.除蒙脱石钍含量较低外,绝大部分粘土矿物都有较恒定 收稿日期l1999-O4-l2 作者筒舟橱蕾忙,男-53岁t工程柙,现在中国新星石油公司华北石油局三瞢录井坫工作 用 应 癣 ^^日¨上 质墼地 缀一 曲塑炳舢 I油澳盯 谱醋
第7章 GR和放射性同位素测井
放射性测井 放射性测井（核测井）是测量记录反映岩石极其孔隙流体的核物理性质的参数，研究井剖面岩层性质的一类测井方法。 特点：不受井眼介质限制，在裸眼井和套管井、各种钻井泥浆的井中均可测，能进行套管井的地层评价，能够快速分析和确定岩石及其孔隙流体各种化学元素。 分类：按使用的放射性源或测量的放射性类型分 1、伽马测井：以研究伽马辐射为基础，包括GR、NGS、地层密度、岩性密度、放射性同位素示踪测井等。 2、中子测井：以研究中子与岩石及孔隙流体相互作用为基础，包括热中子、超热中子、中子伽马、脉冲中子非弹性散射伽马能谱、中子寿命及活化测井等。 第七章自然伽马测井和放射性同位素测井岩石中含有天然的放射性核素主要是铀系,钍系和钾的放射性同位素. 自然伽马测井：用伽马射线探测器测量岩石总的自然射线强度，以研究井剖面地层性质； 自然伽马能谱测井：在井内对岩石自然伽马射线进行能谱分析,分别测量层内铀、钍、钾含量来研究井剖面地层性质。 第一节伽马测井的核物理基础 一、放射性核素和核衰变 1.核素和同位素 核素：指原子核具有一定数目质子和中子,并处在同一能态上的同类原子。 同位素：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有同一位置。 2.稳定核素和放射性核素 稳定核素:不会自发衰变为另一种核. 放射性核素:原子核能自发地发生衰变,由一种核变为另一种核. 核衰变时发射的三种射线:γ、β、α。 γ——高频电磁波（光子流），穿透能力强，较被测井仪测定（放射性测井探测的主要对象）
β——高速电子流，带负电，穿透能力差； α——氦核组成的离子流，带正电，穿透能力最差。 3.核衰变定律: 放射性核素——放射出带电粒子（β、α）——激发态的新原子核——辐射γ——稳太的原子核，这个过程称为核衰变。 放射性核数随时间减小而遵循一定的规律，即核衰变定律： t o e N t N λ-=)( N0—初始原子个数；λ—衰变常数（表示衰变速度的参数），表示单位时间每个核发生衰变的几率，λ越大，衰变速度越快。 半衰期: 放射性核素因衰变而减少到原来一半所需的时间。 λ693 .0=T ，常见放射性核素的半衰期见表7-1，117页。 4.放射性活度 活度(强度):一定量的放射性核素在单位时间内发生衰变的核素。 单位:1Ci(居里)=3.7X1010核衰变/秒 贝克:1Bq = 1 次核衰变/秒 比度(浓度):放射性核素的放射性活度与其质量之比。 二、岩石的放射性核素 1.主要放射性核素 起决定作用的是铀系，铀系和钾。 2.伽马能谱 不同的核衰变放出的γ能量不同，一般谱成分太多，只选择代表性的伽马射线来识别： 铀系选 92U 238 钍系选 90Th232 钾 19K 40 三、岩石的自然放射性与岩石性质的关系 1.总放射性 (1)沉积岩的放射性低于岩浆岩和变质岩； (2)沉积岩中自然伽马放射性随泥含量的增加而增加。 粘土中:蒙脱石，伊利石，高岭石，绿泥石(降低)
第一章 自然伽马测井和自然伽马能谱测井
‘0、核测井原理概述 核测井这门课程是和《原子核物理基础》是相互衔接的一门课程。本课程的重点是自然伽马测井自然伽马能谱测井，密度测井，中子测井以及核磁测井方法原理的讨论，资料的解释应用只稍作提及。 核测井，在核磁共振测井出现之前，我们又叫做放射性测井。放射性测井主要有三种方法：自然伽马测井测量地层的天然放射性；密度测井测量人工伽马源与地层作用后的γ射线；中子测井利用中子作用于地层作用，然后测量经地层慢化后的中子，或中子核反应产生的伽马射线。这些测井方法主要用于了解地层的岩性和测量地层的孔隙度。密度测井与中子测井结合也可用来判别储集层空间中的流体性质。 核磁测井严格地说不是放射性测井方法，核磁测井利用氢核具有核磁在外磁场作用下的共振吸收特性，测量地层中的氢核的状态和数目，进而求得地层的孔隙度，束缚水饱和度等参数。 第一章 自然伽马测井和自然伽马能谱测井 自然伽马测井测量地层中天然放射性矿物放出的伽马射线来了解地层的岩性等方面的特性。本章从五个方面来讨论：1.伽马射线的测量（自然伽马测井的物理基础）；2.岩石的放射性来源(自然伽马测井的地质基础)；3.井中自然伽马的测量；4. 自然伽马测井资料的应用;5.最后介绍自然伽马能谱测井的原理及其应用。 §1 伽马射线及其探测 1、 伽马射线及其性质 (1)伽马射线：处于激发态的原子核，回到基态时，放出伽马射线。伽马射线是一种能量很高，波长很短的电磁波。 γ+→X X A Z m A Z △E=h ν=h λ c 式中 h ν是伽马射线的能量，h 是普郎克常数，ν是频率，c 是光速，λ是波长。岩石地层中放出的伽马射线的能量范围为1kev~7Mev. (2)伽马射线与物质的相互作用 如前所述，伽马射线射入物质后主要与物质发生三种相互作用。 光电效应：伽马射线的全部能量转移给原子中的电子，使电子从原子中发射出来，
伽马测井
第四节伽马测井 一、自然伽马测井 1、岩石的自然伽马放射性 岩石的自然放射性就是由岩石中的放射性同位素的种类与含量决定的。岩石中的自然 放射性核素主要就是铀(U238)、钍(Th232)、锕(Ac227)及其衰变物与钾的放射性同位素K40等,这些核素的原子核在衰变过程中能放出大量的α、β、γ射线,所以岩石具有自然放射性。 沉积岩按放射性浓度可粗略分为三类:1)放射性高的岩石:包括粘土岩、火山灰、海绿石砂岩、独居石砂岩、钾钒矿砂岩、含铀钒矿的灰岩及钾盐等。深海相泥岩的放射性浓度常达90×10-12克镭当量/克;浅海相泥岩的放射性浓度为(20-30)×10-12克镭当量/克。钾盐中的K４０可达60×10-12克镭当量/克2) 放射性中等的沉积岩:包括砂层、砂岩与含有少量泥质的碳酸盐岩等,其放射性浓度为(1-8)×10-12克镭当量/克。 3)放射性低的沉积岩:包括石膏、硬石膏、岩盐、纯的石灰岩、白云岩与石英砂岩等。 根据实验与统计,沉积岩的自然放射性一般有以下变化规律: (1)随泥质含量的增加而增加。 (2)随有机物含量增加而增加。如沥青质泥岩的放射性很高。在还原条件下,六价铀能被还原成四价铀,从溶液中分离出来而沉淀在地层中,且有机物容易吸附含铀与钍的放射性物质。(3)随着钾盐与某些放射性矿物的增加而增加。 在油气田中常遇到的沉积岩的自然伽马放射性主要决定于泥质含量的多少。但必须注意:从问题的实质来瞧,岩石自然放射性的强度就是由单位质量或单位体积岩石的放射性同位素 的含量决定的,当利用自然伽马测井资料求地层泥质含量时应做全面考虑。 2、自然伽马射线强度分布 研究自然伽马射线在地层中与沿井轴的强度分布,就是自然伽马测井基本理论的重要组 成部分。现按几种情况分别进行讨论。 1)无限均匀放射性地层中伽马射线的强度为了便于研究,先考虑无限均匀放射性地层 的原始状态,即在尚未钻井之前地层中伽马射线的强度。设地层的密度为ρ， 每克岩石含q 克放射性物质(含有放射性核素的矿物或混与物),每克放射性物质平均每秒钟发射a个伽马光子,且地层对伽马射线的吸收系数为μ（平均值),那么所示的地层中,体积元div在M点造成的伽马射线强度为(9、4、2)采用球坐标系,dv=r2sinθdrdθdφ， 则上式写成: 对此式进行积分, (9、4、3)
自然伽马能谱测井原理及其应用
班级资工11101班学号 201107964 姓名陈强
目录 自然伽马能谱测井原理 (3) 自然伽马能谱测井分析与应用 (5) 关于自然伽玛能谱的几点认识与总结 (9)
自然伽马能谱测井原理及其应用 The Principle and Application of Natural Gamma Ray Spectrometry Logging 1 自然伽马能谱测井原理 1.1 自然伽马能谱测井的理论基础 地层中存在的放射性核素，主要是天然放射性核素，这些核素又分放射系和非放射系的天然放射性核素。放射系为钍系、铀系和锕铀系，但锕铀系的头一个核素235U在自然界中的丰度很低，其放射性贡献甚微，不予考虑。非放射系的天然放射性核素如表1所列。从表中可见，主要是87Rb和40K，但是87Rb无伽马辐射。所以，在研究地层中的自然伽马能谱主要是238U、232Th放射系和40K放射的伽马射线能谱。
因为地层岩石的自然伽马射线主要是由铀系和钍系中的放射性核素及40K产生的。而铀系和钍系所发射的伽马射线是由许多种核素共同发射的伽马射线的总和，但每种核素所发射的伽马射线的能量和强度不同，因而伽马射线的能量分布是复杂的。而40K只能发射一种伽马射线，其能量1．46Mev的单能。如果我们把横座标表示为伽马射线的能量，纵座标表示为相应的该能量的伽马射线的强度。把这些粒子发射的伽马射线的能量画在座标系中，那么就得到了伽马射线的能量和强度的关系图，这个图称为自然伽马的能谱图。铀系和钍系在放射性平衡状态下系内核素的原子核数的比例关系是确定的，因此不同能量伽马的相对强度也是确定的，因此我们可以分别在这两个系中选出某种核素的特征核素伽马射线的能量来分别识别铀和钍。这种被选定的某种核素称为特征核素，它发射的伽射线的能量称为特征能量，在自然伽马能谱测井中，通常选用铀系中的214Bi发射的1．76MeV 的伽马射线来识别铀，选用钍系中的208Tl发射的2. 62MeV的伽马射线来识别钍，用1．46MeV的伽马射线来识别钾。当我们把伽马射线按我们所选定的特征能量分别计数，那么这就叫测谱。测谱测出的结果打印成数据表或绘成能谱图。因而将测得的自然伽马能谱转换成地层的铀、钍、钾的含量，并计录在磁带上或以连续测井曲线的形式输出，这就是自然伽马能谱测井。要用自然伽马能谱测井，必须满足两个条件：(1)地层岩石中必须存在具有7辐射的放射性核素，或者说，岩石中的放射性核素必须具有7辐射；(2)放射性核素在地层岩石中的分布必须具有特异性。
自然伽马能谱操作手册
自然伽马能谱（SL1318XA） 操作手册
一、仪器简介 1318XA能谱测井仪是一种自然伽马测井仪，能定量地辨别自然放射性的三种主要来源：钾（K）40、铀系核素和钍系核素。 基本能谱测井曲线为四条深度函数曲线，一条为总伽马射线强度（按API单位刻度），其余三条为地层中测得的钾（按百分比刻度）、铀（按ppm刻度）和钍（按ppm刻度）的浓度。还能得到这些曲线中任意两条的比值。 1318XA能谱测井仪可以使用单芯电缆或多芯电缆，可用150V D.C.或180V A.C.供电（马龙头电压）。 二、仪器技术指标 部件号：112226 仪器长度：7.0ft（2.13m） 外壳直径：3.63in（9.22cm），最大3.70in（9.398cm）。 重量：115LB(52.2Kg)。 最大耐压：20 000PSI（1406Kg/cm2或137.9MPa）。 电缆头供电电压：150V D.C.；45－50mA。 180V A.C.；45－50mA。 最大测速：10ft(3m)/min；（推荐值） 测量基准点：从后堵头尖端至探测器晶体 12in（30.48cm）。 缆芯用法：2，10－150V D.C.；（开关S1在D.C.处）。 4， 6－180V A.C.；（开关S1在A.C.处）。 7－信号输出。 10－地。 探测器： 型号：钠活化碘化铯晶体。 长度：12in（30.48cm）。 直径：2in（5.08cm）。 温度：400°F（持续4小时）。
三、仪器外形尺寸 仪器外形尺寸图 四、所需设备 1、9204信号恢复面板内的1、 2、3号插板。 2、1318XA能谱测井仪刻度筒。 五、信号流程 六、开关档位设置 9206面板：“7芯/临时/测试”开关置“7芯”档。 “测井/马达/扩展”开关置“测井”档。 “7芯/非标准/扩展Ⅲ”开关置“7芯”档。 “测井/模拟/扩展Ⅱ”开关置“测井”档。 9204面板：“INT/EXT”置“INT”。