中子测井原理及应用
医学专题第10章脉冲中子测井3444
到各种条件的限制，一般认为测井得到的中子寿命 和地层的宏观俘获
截面 称为视值，而不是真值。
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四 中子寿命(shòumìng)测井测量 和 的方法
1、固定门测量法
中子的脉冲宽度、发射频率、各个计数门的延迟时间和
宽度都不变。
(1)中子脉冲宽度50us；每2500us发射一次中子脉冲；
其中： Σk —油气(yóuqì)的宏观俘获截面； 整理得：
SW
ma (ma h ) (W h )
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六 中子(zhōngzǐ)寿命测井的应用
式中： Σma——岩石的宏观(hóngguān)俘获截面；
Σw——水的宏观俘获截面； ф ——孔隙度 （上述值均可查表求得） (2) 含泥质地层中：
后200～300us才开始计数，则空间所有的快中子都变成了热
中子，因而，在下次脉冲来之前，热中子的产生率为0。
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三 中子(zhōngzǐ)寿命测井的基本原理
泄漏率是指进出某一体积内的中子数相抵消后造成的 中子密度的变化率。在离源较近的区域，进的少而出 去(chū qù)得多，对于较远区域，则是进得多而出去(chū qù) 的少，选择合适的源距，则可使泄漏率为零。则中子 密度的变化率只取决于吸收率
测得的，长虚线；
TDT3——投产三年后又停产四个 月测得的，为小点线。
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六 中子寿命(shòumìng)测井的应 用
3. 求孔隙度
第四章核测井—中子测井
(四)热中子扩散与被俘获 形成热中子后, 中子不再减速, 热中子与周围介质的 原子核处于热平衡状态，热中子不停地运动着，中子与物 质的作用进入扩散与被俘获阶段。 1.热中子的扩散 热中子在介质中的扩散与气体分子的扩散相似，即从 热中子密度大的地方向密度小的地方扩散，一直到被原子 核俘获为止。 2.俘获核反应 靶核俘获一个热中子而变为处于激发态的复核，恢复到 基态时，以辐射射线方式释放能量，这种反应叫做辐射俘 获反应，或称（n,γ）反应。
由地层对中子减速和俘获的两个特性可知，中子- 伽马 射线强度决定于岩层的含氢量和含氯量，其中含氢量多少 反映岩层的孔隙度大小，含氯量反映地层水的矿化度高低。 这就是中子－伽马测井研究煤层特性的原理。
二、中子-伽马射线与源距的关系 由于计算公式较复杂，通常采用实验的办法来定量研 究，下面讨论不同源ห้องสมุดไป่ตู้的情况下，中子-伽马射线的特点。
(二)中子源 由于自由中子的平均寿命较短，自然界中往往不存在 自由中子 ,所以必须通过核反应获得中子。 比较简单的中子核反应有(α,n)、(d,n)、(p,n) 及(γ,n) 等。 1.中子源的主要性质 通常选用一些轻原子核作为靶核，这是因为带电粒 子轰击靶核要受到库仑力的排斥，它们与轻核反应时能 量不需要太高，较易实现。测井中所用的中子源常选用 9 3 4 Be和1 H作靶材料。 描述中子源主要特性除了本篇第三章第一节已讲的 活度、半衰期、能量外，还经常用到“产额”这个概念。 所谓产额，就是每个轰击粒子在靶上产生的中子数。
线称为次生活化伽马射线。 对测井有实际意义的活化核反应有硅化核反应和铝 化核反应，称为硅、铝测井, 用以识别岩性和测定泥质 含量。
(三)快中子的弹性散射和减速过程 1.快中子的弹性散射 快中子由中子源发射出来后，在与原子核发生1～2 次 非弹性散射中，很快就失去很大的能量而不能发生非弹 性碰撞和(n,p)核反应，这时中子与原子核的作用转入了 以弹性碰撞为主散射过程。
第九章__中子测井
第九章中子测井(Neutron log)利用中子与地层相互作用的各种效应，来研究钻井地质剖面的一类测井方法统称中子测井。
它是利用岩石的另一种特性，即岩石中的含氢量来研究岩石性质和孔隙度等地质问题。
这种测井方法在于将装有中子源和探测器的井下仪器下入井中，由中子源→中子→进入岩层,同物质的原子核发生碰撞将产生减速、扩散和被俘获几个过程，到达探测器。
在这些过程中，探测器周围的中子分布状况，以及中子被俘获后所放出的伽马射线强度，与仪器周围的岩石性质，特别是岩石的含氢量有关。
而储集层的含氢量又取决于它的孔隙度，因此，中子测井是目前广泛使用的一种孔隙度测井。
根据中子测井的记录内容：可以将它分为中子-中子测井和中子-伽马测井。
根据仪器的结构特点，中子—中子测井又可分为中子-超热中测井（SNP）—井壁中子测井中子-热中子测井（CNL）—补偿中子测井一、中子测井的核物理基础1 中子和中子源中子是组成原子核的一种不带电荷的中性粒子，其质量与氢核的质量相近。
中子与物质作用时，能穿过原子的电子壳层而与原子核相碰撞，所以它对物质的穿透能力较强。
通常中子与质子以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。
如果使原子核获得的能量大于中子结合能，中子就可能从核中发射出来。
可以用α粒子、氘核d、质子p或γ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中子源。
一、中子测井的核物理基础因为不同能量的中子与原子核作用时有着不同的特点，所以通常根据中子的能量大小，可以把它分成几类：高能快中子：能量大于10万电子伏特；中能中子：能量在100电子伏特—10万电子伏特之间；慢中子：能量小于100电子伏特；其中0.1—100电子伏特的中子为超热中子；能量等于0.025电子伏特的中子为热中子。
一、中子测井的核物理基础1 中子和中子源中子测井所用的中子源有两类：即同位素中子源和加速器中子源。
地球物理测#(第三章)中子测井
中子测井的优缺点分析
优点
能够测量地层的孔隙度、含油饱 和度等参数，不受地层水矿化度 影响，测量精度较高。
缺点
对地层岩性敏感度较低，不适用 于所有地层，且对放射性同位素 源依赖较大。
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中子测井的实际应用
油气勘探中的中子测井
确定地层孔隙度
中子测井通过测量地层中热中子的衰 减程度，可以推算出地层的孔隙度， 进而评估油气储量。
智能化和自动化
利用人工智能和机器学习技术，实现中子测井数据的自动解释和异常 检测。
中子测井与其他地球物理方法的结合
与电阻率测井结合
利用中子测井和电阻率测井的互补性，提高对地层性质的识别精 度。
与地震勘探结合
将中子测井与地震勘探数据相结合，提高对地下构造和油气藏的探 测精度。
与磁力勘探结合
利用中子测井与磁力勘探的联合测量，实现对地层和油气藏的全方 位探测。
中子源的选择与使用
放射性同位素源
常用的有镅-241和铯-137等，具有稳定、安全、 寿命长的特点，但需定期更换。
加速器源
能够产生高能中子，适用于深井和复杂地层，但 设备成本和维护成本较高。
混合源
结合同位素源和加速器源的特点，具有较好的综 合性能。
中子探测器的设计与选择
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探测器材料
常用有锗、硅等半导体材 料，要求具有高灵敏度、 低噪音和稳定性。
识别油气层
确定地层岩性
中子测井通过测量地层中热中子的速 度和扩散系数，可以推断地层的岩性 和矿物组成，进而评估油气勘探的潜 力。
中子测井能够检测到地层中的油气层， 通过测量地层中氢的含量和分布，判 断油气层的存在和分布情况。
煤田勘探中的中子测井
中子测井原理及应用
授课人：李品 单位：武汉地大华睿地学技术有限责任公司
常规中子孔隙度测井
• 一、中子测井的一般原理
• 二、中子-中子测井
• 三、中子-伽玛测井
一、中子测井的一般原理
（一）弹性碰撞中的快中子能量损失
在实际的弹性散射过程中，中子与靶核并不总是正面碰撞，因此，每次碰撞 后，中子损失的能量并不相同，这与散射角有关。当快中子与原子核碰撞多次，使 中子能量降低为0.025ev时，这时的中子为热中子。中子变为热中子时，就像分子 热运动一样在物质中进行扩散，当它再与原子核发生碰撞时，失去和得到的能量几 乎相等。 对于初始能量为2Mev的快中子，在不同元素中减速为热中子所需的评价碰撞次 数如下表所示
例如用补偿中子测井得出视石灰岩孔隙度14%，对于石灰岩即为
地层的真孔隙度；对于白云岩，地层的真孔隙度为7%；对于砂岩， 地层的真孔隙度为18%，如图2-20中标有的虚线所示。单独用中子 测井确定孔隙度时。。。！
2)中子-密度、中子-声波组合确定地层 孔隙度和判断岩性 图2-21是中子-密度测井确定岩性和孔 隙度的交会图。通过补偿密度测井和补偿 中子测井读数,在图中得出交会点,由交会点 的位置即可得出相应的岩性和孔隙度。
直接反映着孔隙度的大小，因此，中子-热中子测井读数同岩石的孔隙度之间
具有如下的关系：
lgN=−aφ +b
式中：N为热中子计数率
（2-26）
a为与井径、源距等有关的系数， b为仪器常数
二、中子-中子测井
（一）中子-中子测井原理
1、中子-热中子测井
利用式（2-26），可以在已知系数a和b的情况下，由中子 -热中子测井读数求得探测地层的孔隙度。但是，当含氢量一定 的岩石中还含有俘获能力很大的元素（如氯元素时），由于热 中子被强烈吸收，使热中子密度明显降低（见图2-13）.此时， 测井读数将不再是岩石含氢量的单衣反映，由此计算的岩石孔 隙度将产生较大的误差。
随钻中子测井数据校正分析
随钻中子测井数据校正分析随钻中子测井是一种常用的地质测井方法，它可以获取地层的中子密度信息，并用于地层的物性分析、岩性划分、油气藏评价等领域。
随钻中子测井数据在实际应用中往往会受到多种因素的影响，需要进行数据校正和分析，以确保数据的准确性和可靠性。
本文将针对随钻中子测井数据的校正分析进行详细探讨。
一、随钻中子测井原理随钻中子测井技术是利用中子射线在地层中的散射和吸收特性，测定地层的中子密度，并由此推算地层的孔隙度、含水量和饱和度等信息的方法。
测井工具在井眼中下放至感兴趣地层，通过向地层发射中子射线，并测定地层中子散射和吸收反应的强度，由此得到地层的中子密度信息。
1. 温度校正在实际应用中，井下地面温度和地层温度可能存在一定差异，而中子测井数据会受到温度的影响。
需要对测得的中子密度数据进行温度校正，以消除温度带来的影响。
一般而言，温度校正可以采用测得的地层温度与标定温度的差值进行修正，以得到精确的中子密度数据。
2. 地层参数校正地层参数校正是针对地层岩石成分和孔隙结构的校正分析。
由于地层的岩石成分和孔隙结构可能存在多样性，导致中子密度数据的变化。
在进行中子密度数据解释时，需要对地层参数进行校正，以确保数据的准确性。
地层参数校正可以通过岩心分析、地震资料解释等手段进行，以获取地层的真实物性参数。
3. 仪器响应校正随钻中子测井仪器的不同型号和品牌，其响应特性可能存在一定的差异，需要进行仪器响应的校正分析。
通过对不同型号仪器的标定和比对，可以获得仪器的响应曲线，并校正实际测得的中子密度数据，以消除仪器带来的误差。
地层环境的变化也可能会影响中子测井数据的准确性，例如地层水含量、钻井液性质、孔隙流体等因素都会对中子密度数据造成影响。
需要对地层环境因素进行校正分析，以确保中子密度数据的准确性。
5. 数据融合校正数据融合校正是指将不同测井方法获取的地层信息进行融合校正，以提高数据的可靠性和精度。
可以将中子密度数据与声波测井、电阻率测井等数据进行对比分析，通过数据融合的方式，获得更为准确的地层信息。
中子密度测井
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。
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井壁中子测井
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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。
1）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。
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2、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16积内的H核素成正比。
第九章中子测井
三、 中子的探测
目前主要用于慢中子探测的核反应有：
5
B 0 n 3 Li α 2.792MeV
10 1 7
3
Li 0 n 1 H
6 1
3 1 3
3
α 4.780MeV
He 0 n 1 H p 0.765MeV 2
利用以上反应产生的α或p粒子使探测器的计数 管气体电离形成电脉冲信号，或使探测器的闪 烁体形成闪烁荧光产生电脉冲信号，记录中子。
中子测井仪是在饱含淡水的纯石灰岩刻度井 中将热中子或者超热中子计数率刻度为孔隙度， 记为N，常称中子孔隙度（即含氢指数）: 对饱含淡水的纯石灰岩： N = 对饱含淡水的纯砂岩： N < 对饱含淡水的白云岩： N >
5.与有效孔隙度无关的含氢指数 （1）泥质：因含束缚水和结晶水，因而有很 高的含指数。大小由泥质孔隙体积和矿物成分 决定。 （2）石膏： CaSO
V1（石灰岩）
V1( 石灰岩）
V2 （石灰岩）
V3（水）
V2(气)
V3(水)
N= V3 Hw= 3
N< V3 Hw= 3
二、补偿中子孔隙度测井 1.仪器 同位素中子源：产生5MeV快中子
近探测器（35 40cm）
远探测器（50 60cm） API单位
比值
得到热中子计数率
中子孔隙度
H S xo H w (1 S xo ) H h
但测井时会出现 ：
N SXO=XO
也就是说：当Hh=0,即把含天然气的孔隙体积当 做岩石骨架处理时N还小于XO，这说明天然 气对快中子的减速能力比石灰岩骨架还低，所 以显示为负的含氢指数，把天然气对中子测井 的这种影响称为挖掘效应。
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中子测井原理及应用
中子测井是油气勘探和开发领域常用的测井工具，它通过检测埋藏层中的中子强度变化来获取有关岩石成分、流体含量和孔隙结构等信息。
本文将对中子测井的原理和应用进行详细介绍。
中子测井的原理主要基于中子与原子核相互作用的特性。
中子是核反应中不带电荷的粒子，可以穿透厚度较大的岩石层，并与原子核发生弹性散射或非弹性散射。
当中子穿过地层时，会与原子核发生散射，其中弹性散射使中子的能量损失，而非弹性散射会引起中子与原子核碰撞后释放出γ射线。
中子测井主要有三种类型：全反散射中子测井、氢反散射中子测井和共振中子测井。
全反散射中子测井是最常用的中子测井方法。
测井仪器发射中子束入井，中子在地层中与核子发生弹性散射，并回到测井仪器。
仪器检测到回散射的中子数，通过测量散射中子的能量损失来计算出地层中的处于中子束路径上的原子核的密度。
氢反散射中子测井主要是测量地层中氢的含量，因为氢含量与流体含量有关。
仪器发射中能量较高的中子入井，中子在地层中与氢发生非弹性散射，失去一部分能量，被探测器检测到。
通过测量散射中子的能量损失来计算地层中的氢原子的密度，从而估计出岩石中的流体含量。
共振中子测井是利用中子与原子核共振能级耦合的原理。
测井仪器发射中子束入井，中子在与地层中的原子核相互作用时，落入共振能级，通过共振吸收释放出γ射线。
测量这些γ射线的能量和强度，可以获取地层中特定原子核的密度和含量信息。
中子测井在油气勘探中有着重要的应用价值。
首先，中子测井可以提
供岩石成分和密度信息，从而帮助确定地层的岩石类型和性质，判断潜在
油气储集层的存在和质量。
其次，中子测井可以测量地层中的氢原子密度，从而帮助估计油气水饱和度和流体类型。
此外，中子测井在解释地震数据
和构建地层模型时也发挥重要作用。
除了油气勘探领域，中子测井还广泛应用于地下水勘探、地质工程和
环境行业。
例如，用于地下水勘探时可以通过测量含水层的水含量和孔隙
度来评估地下水资源量和流动性。
在地质工程中，中子测井可以用于评估
隧道和井筒的稳定性，判断岩石的坚硬程度和裂缝情况。
在环境行业中，
中子测井可以用于辐射监测和核废料处理等领域。
总之，中子测井作为一种有效的测井技术，广泛应用于油气勘探和开
发以及其他地质领域。
通过测量中子与地层中原子核的相互作用过程，可
以获取有关岩石成分、流体含量和孔隙结构等信息，为勘探和开发工作提
供重要参考。