(3)测井方法原理-放射性-声波测井(测井解释培训教材-COSL)

2、放射性剂量单位
单位质量的物质被射线照射时所吸收的能量来度量射线强度 为放射性剂量。用伦琴表示。而测井用的单位是微伦琴/小 时，单位时间内的射线剂量为剂量率。
伽马测井的核物理基础
3、条件单位
测井时记录的是单位时间的脉冲数，不同的仪器记录器在统 一标准下刻度。 采取相同的单位：微伦琴/小时 API
当泥质含量高时：
I sh
GR GRmin GRmax GRmin
2 gcur Ish 1 2 gcur 1
gcur=2(老地层） gcur=3.7(新地层）
Vsh
自然伽马测井
3、进行地层对比 用GR曲线进行对比的优点： 与岩石孔隙中的流体性质（油或水）无关 与地层水和泥浆矿化度无关 在 GR 曲线上容易找到标准层
自然伽马测井
自然伽马测井
四、影响因素
1、岩层厚度的影响
岩层厚度增加或减小，GR曲线减小或增大。
2、井参数影响
裸眼井对GR吸收增加，但泥浆中所含一定 的放射性补偿了一部分，影响小
d增加
套管井：水泥环厚度增加-----GR减小
自然伽马测井
3、统计涨落误差
由于涨落误差的存在，
实测的GR曲线出现许 多“小锯齿”
高放射性碎屑岩储集层
纯的碎屑岩储集层K、Th、U的含量 均很低。但当这些岩石中含有高放射性 矿物（如独居石、锆石等）时，纯砂岩 的K、Th、U含量也能显著增高。右图中 420-490ft 之间的膨润土和凝灰岩薄层 显 示 为 低 含 钾 、 高 含 铀 和 钍 。 775900ft 之间为高含铀的砂岩地层。故总 计数率不能作为泥质指示曲线用。
地球物理测井—核测井
自然伽马测井
GR重点：
沉积岩的自然放射性有什么变化规律 GR曲线的解释与应用（地层对比、泥质含量的计算）
自然伽马能谱测井（NGS）
自然伽马能谱测井的地质依据，是U、Th, K在矿物和 岩石中的分布规律与岩石的矿物成分、成岩环境和地下 水活动有关。 一般说来，普通粘土岩中钾和钍含量高，而铀的含量 较低（相对于钾和钍）。据 Belk-nap, W. B. 等人由 200 块不同种类的粘土岩取得的分析数据，粘土岩中放射性
（套管、水泥等）的核物理性质，研究钻井地质剖面，寻找有用 矿藏，研究油田开发工程的一类测井方法。
核测井的适用条件：一般的泥浆井、油基泥浆井、 高矿化度泥浆井、空气钻井（裸眼井、套管井） 它是唯一能够确定岩石及 核测井的优点： 其孔隙流体化学元素含量 的测井方法。
伽马测井的核物理基础
一、原子核的衰变及放射性
上述计算说明，以石灰岩为标准刻度的仪器，如果忽略了岩性的 影响，对砂岩地层求出的孔隙度比实际孔隙度大，而对白云岩求 出的孔隙度比实际孔隙度小。当岩石骨架中含有重矿物时，用密 度测井求出的孔隙度总比实际孔隙度小。 由此可得出以下两点结论： (1)用密度测井值求孔隙度时，应根据岩性确定其视密度，而 后分别计算孔隙度。 (2)利用非石灰岩地层的“石灰岩孔隙度”与实际孔隙度的差 别可以识别岩性。
高放射性碳酸盐岩储集层
和碎屑岩储集层一样，纯的碳酸盐岩 储集层 K 、 U 、 Th 的含量都很低。但当地层 中有钾碱、长石和粘上矿物时、K含量会明 显上升；而在还原条件下，地层水中的铀 在渗透带沉积，可使地层的U含量高达 20ppm。 因此在碳酸盐岩剖面中，自然伽马能 谱测井有助于区分岩性，对剖面进行详细 对比，更可靠地估算泥质含量，寻找高产 裂缝带及确定施行增产措施的层位。
电子
原子核
+e -e
伽马射线
地层密度测井
2、康普顿效应 (0.2Mev＜E＜1.02Mev)
电子
康普顿散射吸收系数：
当伽马射线能量为中等时，伽马射 线与原子的外层电子发生作用，把 一部分能量传给电子，使电子从某 一方向射出，此电子称为康普顿电 子，损失了部分能量的射线向另一 方向散射出去，这种效应称为康普 顿效应。
除了钾岩及骨架含放射性元素的岩石外，岩石的GR强
度随岩石颗粒变细而增加。 通常情况下：地层的GR值的高低主要取决于泥质含量
自然伽马测井
沉积岩的自然放射性有以下变化规律：
a.随泥质含量的增加而增加；
b.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和钍的放射性物质； c.随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。
元素的平均含量约为：钾2%，铀6ppm，钍12ppm 。
自然伽马能谱测井（NGS）
纯的砂岩和碳酸盐岩放射性元素含量很低，但有些地层也可 能具有很高的放射性，这些高放射性地层又可能是储集层，此类 储集层用普通自然伽马测井是无法识别的，而用自然伽马能谱测 井却往往能成功地将其和泥岩区别开。 渗透性地层中 U含量的增高与地层水的活动有密切关系。有 些储集层还由于岩石骨架中含有放射性重矿物而显示为高放射性 地层。 还应指出，岩石中钍和铀的含量比（通常称为钍铀比）具有 重要的地质意义，利用它可以解决一系列地质问题。据统计，粘 土岩的Th/U为2.0-4.1；碳酸盐岩的Th/U为0.3-2.8；砂岩的铀
单位体积中岩石的电子数。
e
b
A
N0Z
Z:原子序数 A：质量数 N0：阿伏加德罗常数
密度测井仪器是用纯石灰岩为标准岩性进行刻度的，岩性不同时其骨 架会造成附加孔隙度。 砂岩：孔隙度为零的纯石英砂岩，视密度为2.65克/厘米。用石灰岩刻 度的仪器骨架密度ρｍａ取2.71克/厘米3，得 φ=(2.71-2.65)/(2.71-1.0)=0.035 即孔隙度为零的砂岩，当以石灰岩为标准进行处理时，会显示为3.5% 的孔隙度。习惯上把这个孔隙度值称为孔隙度为零的砂岩的“石灰岩 孔隙度”。 孔隙度为φ的砂岩，若孔隙度中充满淡水，其密度为 ρｂ＝2．6５-1．6５φ 它的“石灰岩孔隙度”为 Ф＝0.035＋0.965φ 白云岩：白云岩骨架密度为2.87克/厘米3。孔隙度为零的白云岩其 “石灰岩孔隙度”为: φ＝(2.71-2.87)/(2.71-1.0)=-0.094
三、核衰变的统计涨落
同一放射性元素在相同的时间间隔内，衰变次数不完全相同， 总是围绕一平均值上下起伏。 统计涨落是由核衰变本身的特性所决定的，与环境和人的因素 无关。
自然伽马测井
GR测量的是岩层的自然放射性强度（不用任何放射性源）
一、岩石的自然放射性
岩石中主要的放射性元素： 238 232 40 92U 90Th 19K
地层密度测井
四、补偿密度测井（FDC）
主要用途：可利用长短源距的测量结果来计算有泥饼影响条件下 被测岩石的真实密度值。
1、基本原理
1个放射性源 两个探测器 贴井壁测量
仪器的放射源和探测器装 在压向井壁的滑板上。测 井时伽马源向地层发射伽 马光子，经地层散射吸收 后，有部分经过散射的光 子由离源不同距离的两个 伽马射线探测器所接收。 源和探测器之间由屏蔽隔 开，使源发射的伽马光子不能直接射到探测器。仪器背向地层的一方 也屏蔽起来，以减小井的影响。离源近的探测器叫短源距探测器，离 源远的另一个叫长源距探测器。地层的密度不同，对伽马光子的散射 和吸收能力不同，探测器记录到的读数也不同。
放射性测井讲座 主讲人：刘建新
中海油田服务股份有限公司 油田技术事业部资料解释中心

2010年1月
1
目
录
一 二 三
自然伽马测井 密度测井 中子测井
伽马测井的核物理基础
核测井（放射性测井）：以物质的原子核物理性质为基 础的一组测井方法。它是根据岩石及其孔隙流体和井内介质
1、原子的结构
原子：由原子核及其核外电子层组成的一种很微小的粒子。
原子核由质子和中子组成 2、同位素
同位素：质子数相同的同一类原子。 例：氢的同位素：氕、氘、氚
伽马测井的核物理基础
3、核衰变
核衰变：放射性元素的原子核自发地释放出一种带电粒子 （或），蜕变成另外某种原子核，同时放射出伽马（） 射线的过程。
地层密度测井
一、伽马射线与物质的相互作用
射线的能量<30Mev，则与物质相互作用的三种形式： 1、电子对效应 (E>1.02Mev)
当伽马射线能量较高时，射线粒 子与物质的原子核发生碰撞，从 原子核中打出一正一负两个电子， 称为电子对。射线能量降低，射 线与物质的这种作用过程称为电 子对效应。 电子对吸收系数：t
原子核
伽马射线
地层密度测井
伽马源的选择：
密度测井选用CS137为伽马源，它发射能量为0.661MeV
的伽马光子，这就排除了形成电子对的可能性。如果 将记录伽马射线的阈值定在0.1-0.2MeV，也就是说只 记录那些能量较高的一次散射或多次散射伽马射线。
地层密度测井
三、密度测井的原理（FDL）
1、电子密度的定义（e）
自然伽马能谱测井（NGS）
在还原环境中，尤其当粘土岩中含有机物和硫化物时，粘土 对铀离子的吸附力增强，粘土的铀含量明显增高。
自然伽马能谱测井（NGS）
2、研究生油层
研究发现：岩石中的有机物对铀的富集起着重要作用。 有机碳含量与U/K存在线性关系 、 计 数 率 比 有机碳含量 U U/K
U、U/K越高，生油能力越强
放射性： 自发地释放出、 ， 射线的性质
放射性核衰变的规律：放射性核数随时间按指数递减的规律 变化。 即：
N N0 e
t
t:时间 ：衰变系数 N:放射性元素个数
伽马测井的核物理基础
二、常用GR强度：单位时间内发生衰变的原子核数。 1居里=1克镭的源强=1克镭当量/克（每克物质的放射性强度 单位相当于1克镭）=3.7*1010次/秒
GR 泥 岩 砂 岩
碳酸盐岩剖面相同
泥 岩
H
砂 岩
自然伽马测井
给定岩性剖面，请定性的画出GR曲线。 GR 泥灰岩 灰岩 泥岩 回 的忆 大岩 小石 关的 系 GR