密度测井
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地球物理测井密度测井及岩性密度测井
.Z
.(
NA A
. )
σ＝σe.ne
因此可得到物质的康普顿吸收系数与其体 密度之间的关系：
地球物理测井.放射性测井
若将伽马射线的能量限制在0.2～1.02MeV范围内，则可 使物质对伽玛射线的吸收系数以康普顿散射吸收系数为主。 这种情况下，一定强度的伽玛射线穿过厚度为L的物质后， 由于物质对散射的吸收而造成的射线强度衰减具有以下规律:
吸收系数：单位长度物质对伽马射线的吸收概率
分别以t、σ、τ表示电子对效应、康普顿效应、光电 效应的吸收系数，则物质对伽马射线的的总吸收系数为 三种吸收系数之和，即：
＝t+σ+τ
地球物理测井.放射性测井
二、伽马射线的吸收
具有一定能量，一定强度的伽马射线穿过厚度为L的物 质后，由于物质对射线的吸收而造成射线强度衰减。其衰 减遵循伽马射线强度衰减规律：
地球物理测井.放射性测井
（2）讨论泥饼对记数率的影响：
L
S
1 AL 1 ABL ) BS )
(ln
NL
BL )
AL AS
(ln
NS
BS )
b (a )L
显然，地层的真密度等于长源距测得的视密 度加上一个校正值。
其他部分和自然伽马基本相同
地球物理测井.放射性测井
伽马源的选择
我们知道，伽马射线与物质的相互作用主要有三种， 而只有康普顿效应才与地层的密度成正比关系。因此密度 测井的原理和技术手段首先要保证被探测的伽马射线的强 度主要反应伽马光子在地层中的康普顿效应。
因此密度测井选用Cs137为伽马源，它发射能量为 0.661MeV。这就排除了形成电子对的可能。如果将记录伽 马射线的阈值定为0.1，即只记录那些能量较高的一次散射 或多次散射伽马射线，这就避免了光电吸收的影响。
密度测井及岩性密度测井
探测器类似，单位时 间内产生旳电脉冲数 与γ射线旳强度成正 比。
2、密度测井（DEN/FDC)
原理
③ Cs主137 要产生中档能量旳伽马 光子，所以伽马光子与地层 之间主要发生康普顿效应.
④
e
zN A A
2、密度测井（DEN/FDC)
原理
Ⅰ对于单探测器
由 b 取f得(N旳)密度为
体积密度（体积密度测井 DEN）。 主要反应泥饼和冲洗带旳 密度。
Ⅱ光子旳能量为中档（ Er 0.1 ~）5m时ev，γ射线与物质旳 作用以康普顿效应为主。
Ⅲ光子旳能量较高（ Er 5m）ev时，伽马射线与物质旳 作用以电子对效应为主。
Ⅳγ射线穿过物质时，同步发生三种作用而减弱，
其吸收系数为
1、伽马射线与物质旳作用
试验证明：
I I 0e L
其中：I0-γ射线源产生旳γ射线旳强度； I-γ射线经过L厚度旳介质后旳强度
2、密度测井（DEN/FDC)
原理
Ⅱ 对于双探测器
NS 主要取决于泥饼旳密度 NL 主要取决于冲洗带及泥饼旳密度
由NS、NL共同拟定密度
b f (NL, NS ) 为补偿密度（补偿密度测井 FDC）主要反应冲洗带旳密度
2、密度测井（DEN/FDC)
原理
2、密度测井（DEN/FDC)补偿密度测井曲线
2、密度测井（DEN/FDC)
原理
仪器旳构造： γ源 探测器 源距
2、密度测井（DEN/FDC)
原理
γ源
C 137
55 s
137 56
Ba
0 1
e
(0.661mev)
即伽马源产生旳是中
档能量旳光子流，自然
它在穿过物质时，主要
2、密度测井（DEN/FDC)
原理
③ Cs主137 要产生中档能量旳伽马 光子，所以伽马光子与地层 之间主要发生康普顿效应.
④
e
zN A A
2、密度测井（DEN/FDC)
原理
Ⅰ对于单探测器
由 b 取f得(N旳)密度为
体积密度（体积密度测井 DEN）。 主要反应泥饼和冲洗带旳 密度。
Ⅱ光子旳能量为中档（ Er 0.1 ~）5m时ev，γ射线与物质旳 作用以康普顿效应为主。
Ⅲ光子旳能量较高（ Er 5m）ev时，伽马射线与物质旳 作用以电子对效应为主。
Ⅳγ射线穿过物质时，同步发生三种作用而减弱，
其吸收系数为
1、伽马射线与物质旳作用
试验证明：
I I 0e L
其中：I0-γ射线源产生旳γ射线旳强度； I-γ射线经过L厚度旳介质后旳强度
2、密度测井（DEN/FDC)
原理
Ⅱ 对于双探测器
NS 主要取决于泥饼旳密度 NL 主要取决于冲洗带及泥饼旳密度
由NS、NL共同拟定密度
b f (NL, NS ) 为补偿密度（补偿密度测井 FDC）主要反应冲洗带旳密度
2、密度测井（DEN/FDC)
原理
2、密度测井（DEN/FDC)补偿密度测井曲线
2、密度测井（DEN/FDC)
原理
仪器旳构造： γ源 探测器 源距
2、密度测井（DEN/FDC)
原理
γ源
C 137
55 s
137 56
Ba
0 1
e
(0.661mev)
即伽马源产生旳是中
档能量旳光子流，自然
它在穿过物质时，主要
测井原理10_密度测井
0.9985 0.9991 0.9977 0.9990 0.9657 0.9581 1.0222 266.8
4.786 13.767 8.999 14.948 16.305 9.580 8.112 1070.13 5
方解石 白云岩 硬石膏 钾盐 岩盐 石膏 重晶石
CaSO4
KCl NaCl
CaSO4 ⋅ 2 H 2 O
1、泥饼对计数率的影响（实验） （1）地层没有泥饼时，用长、短源距计数率 都可得到地层密度，而且两者结果一致。 （2）当存在泥饼时，长、短源距计数率将偏 离正常位置。
图10-3中的直线， 10-3 称为“脊线 脊线”，其斜 脊线 率为AL/AS，该线与横 轴的夹角称为“脊 脊
图10-3 无泥饼时的实验曲线
概念：电子密度 电子密度指数
（10-5） （10-6）
将式（10-4）代入，可得电子密度指数为 （10-7）
表（10-1）列出了地层中常见矿物的真密度与电 子密度指数的关系。从表中可看出,地层中常见矿 物及流体的比值 均接近1,就有 .
化合物 石 英
分子式
ρma ρ(g / cm3 )
ρ 电子/cm3 e
BaSO
4
化合物 分子式 无烟煤 烟煤 淡水 盐水 原油
C:H:O= 93：3：4 ： ： C:H:O= 82：5：13 ： ：
ρma ρ(g / cm3 )
3 2∑ ni Z i ρe电子/cm M
1.700 1.400 1.000 1.086 0.850
1.749 1.468 1.110
一般而言，伽马光子会随着源距的增强而减小。 则有：
因一般储集层都有泥饼，密度测井都采用不同源 距的两个伽马射线探测器，称为双源距补偿密度测 井。常用短源距为15—25cm，长源距35—40cm。
第八章 密度测井
4.含水泥质砂岩的密度为2.25,地层水密度为1.0.地层泥 质含量为0.24,泥岩密度为2.55.求地层孔隙度和视石灰 岩孔隙度. 解: 地层孔隙度=(2.65-2.25)/(2.65-1.0)
-0.24*(2.65-2.55)/(2.65-1.0)=0.22 地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.25)/(2.71-1.0)=0.27
不变的过渡带
计
密度增加
数
率
能量(kev) 图8-2 Z相同而密度不同地层的散射吸收伽马能谱响应
第二节 密度测井
一、密度测井的基本原理 1、井下仪
图8-3为补偿密度测井仪的示意图，它包 括一个伽马源，两个伽马光子探测器。它们 安装在滑板上，测井时将滑板推靠到井壁上 。在下井仪器的上方装有辅助电子线路。
图8-12 计数率比与Pe的关系曲线
由此，通过测量高能段、低能段的伽马光子数，即 可确定地层密度 、光电吸收截面指数和地层体积光 电吸收截面U。
岩性密度测井的输出为：地层密度、地层密度的 泥饼校正值、光电吸收截面指数Pe和地层体积光电 吸收截面U。如图8-13所示。
图8-13 实测的Pe曲线图
2）、密度曲线与中子测井曲线重叠识别气层。 气层：密度视石灰岩孔隙度大，密度低，中
子孔隙度低。
3）、密度-中子测井交会图确定地层岩性及孔隙 度。
第三节 岩性密度测井
岩性密度测井利用伽马射线与地层的光电效 应及康普顿效应，测定地层密度、孔隙度及岩 性。 一、岩性密度测井的基本原理
1、井下仪 岩性密度测井采用的井下仪与密度测井的相 似。测井时，井下仪的滑板被推倒井壁上，滑 板上装有铯伽马源和长、短源距的伽马光子探 测器。
Pe Z 3.6
其中：α为常数。
-0.24*(2.65-2.55)/(2.65-1.0)=0.22 地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.25)/(2.71-1.0)=0.27
不变的过渡带
计
密度增加
数
率
能量(kev) 图8-2 Z相同而密度不同地层的散射吸收伽马能谱响应
第二节 密度测井
一、密度测井的基本原理 1、井下仪
图8-3为补偿密度测井仪的示意图，它包 括一个伽马源，两个伽马光子探测器。它们 安装在滑板上，测井时将滑板推靠到井壁上 。在下井仪器的上方装有辅助电子线路。
图8-12 计数率比与Pe的关系曲线
由此，通过测量高能段、低能段的伽马光子数，即 可确定地层密度 、光电吸收截面指数和地层体积光 电吸收截面U。
岩性密度测井的输出为：地层密度、地层密度的 泥饼校正值、光电吸收截面指数Pe和地层体积光电 吸收截面U。如图8-13所示。
图8-13 实测的Pe曲线图
2）、密度曲线与中子测井曲线重叠识别气层。 气层：密度视石灰岩孔隙度大，密度低，中
子孔隙度低。
3）、密度-中子测井交会图确定地层岩性及孔隙 度。
第三节 岩性密度测井
岩性密度测井利用伽马射线与地层的光电效 应及康普顿效应，测定地层密度、孔隙度及岩 性。 一、岩性密度测井的基本原理
1、井下仪 岩性密度测井采用的井下仪与密度测井的相 似。测井时，井下仪的滑板被推倒井壁上，滑 板上装有铯伽马源和长、短源距的伽马光子探 测器。
Pe Z 3.6
其中：α为常数。
第8章-密度测井和岩性密度测井
第八章 密度测井和岩性密度测井此两种测井方法是由伽马源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。
§1 密度测井、岩性密度测井的地质物理基础一、岩石的体积密度b ρ（即真密度）： VG b =ρ （单位体积岩石的质量）对含水纯岩石： φρφρρρρφ⋅+-=⋅+⋅=+=f ma f ma ma fma b V V V VG G )1( 单位：（g/cm 3）其中：V V V ma =+φ（1）组成岩石的骨架矿物不同，ρma 不同，如石英为2.65，方解石为2.71，白云石为2.87，对于相同孔隙度得到的体积密度也就不同，由此可判断岩性；另一方面，利用体积密度计算孔隙度时，必须得先确定岩性。
（2）孔隙性地层的密度小于致密地层，且随着φ的增加ρb 减小，由此可求φ。
且（盐水泥浆）（淡水泥浆）1.10.1=f ρ二、康普顿散射吸收系数∑中等能量γ射线与介质发生康普顿散射康普顿散射而使其强度减小的参数(康普顿减弱系数---由康普顿效应引起的伽马射线通过单位距离物质减弱程度)： A N z b A eρσ⋅⋅=∑ 沉积岩中大多数核素A z 均接近于0.5(见表8-1, P138)，常见的砂岩、石灰岩、白云岩的A z 的平均值也近似为0.5(见表8-2)，所以对于一定能量范围的伽马射线（e σ为常数），∑只与b ρ有关。
密度测井利用此关系，通过记录康普顿散射的γ射线的强度来测量岩石的密度。
三、岩石的光电吸收截面1、线性光电吸收系数：当γ的能量大于原子核外电子的结合能时，发生光电效应的概率。
n A Z λρτ1.40089.0=2、岩石的光电吸收截面指数Pe 它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电子发生光电效应的平均光电吸收截面，单位b/电子。
而它与原子序数关系为：Pe=aZ 3.6a 为常数，地层岩性不同，Pe 有不同的值，也就是说Pe 对岩性敏感，可以以来确定岩性，Pe 是岩性密度测井测量的一个参数。
第八章密度测井
矿物的密度数据表
矿物 石英 方解石 白云石 硬石膏 钾盐 岩盐 石膏 无烟煤 分子式 SiO2 CaCO3 CaMg(CO3)2 CaSO4 KCl NaCl CaSO4· 2H2O 密度/g· cm-3 2.654 2.710 2.870 2.960 1.980 2.165 2.32 1.400 1.800 1.200 1.500 H2O H2O+NaCl N(CH2) CH4 1.000 1.146 0.85 ρ(CH4)
视密度/g· cm-3 2.648 2.710 2.876 2.977 1.863 2.032 2.351 1.355 1.796 1.173 1.514 1.000 1.135 0.850 ρa(CH4)
烟煤 淡水 矿化水 原油 甲烷
1.060 1.1101 1.0797 1.1407 1.247
(1)当Δρ=0时,即没有泥饼影响,得脊线方程：
AL ln N L BL (ln N S BS ) AS
脊线的斜率为:AL/AS
脊角α为: arctg AL
AS
理想脊肋示意图
(2)当Δρ≠0时，有泥饼影响,得肋线方程:
1 AL KAL ln N L BL (ln N S BS ) b K 1 AS K 1
8、密度测井采用不同源距的两个伽马射线探 测器，以补偿泥饼对测量的影响，称为补偿密 度测井。 常用短源距为15~25cm，长源距为35 ~40cm
二、泥饼对计数率的影响 1、影响的定性描述 （1）渗透性地层的井壁通常积有泥饼，它 对计数率的贡献与仪器的探测深度有关 （2）用蒙特卡罗方法，考察源距分别为30cm 和50cm的仪器对纯石灰岩骨架的探测深度。计 算结果表明，计数的90%来自经向厚度大约 5cm的地层，泥饼的影响不能忽略
第8章密度测井
⑴ 电子对效应--当能量大于1.02MeV的伽马射线穿过原子核附近时，在 原子核库仑场的作用下形成一对正、负电子，伽马射线本身被吸收，这种过 程称为电子对效应。
电子对效应
伽马射线穿过单位距离的物质时，由于电子对效应使其强度减弱，用吸 收系数k表示。经验表明k与原子序数Z的平方成正比。
⑵ 康普顿效应--当伽马射线的能量中等时，伽马射线与原子中的电子发生 碰撞，把一部分能量传给电子，使电子沿某一方向射出，损失了部分能量的 伽马射线沿另一方向射出，这种效应为康普顿效应，碰撞后射出的电子叫作 康普顿电子。
右图为补偿地层测井 曲线，图中右侧的密度
校正值Δρ 曲线用来表
示测井曲线的质量，不 代表真正的校正值，利
用密度校正值Δρ 曲线与
井径曲线配合，即可判 断测井质量是否可靠。
补偿地层测井曲线
三、 密度刻度
直接用密度记录测井曲线，需对密度测井仪进行制度
一级刻度：在标准刻度井内进行的刻度
二级刻度：利用根据标准刻度井制作的刻度器对仪器进行制度 为二级刻度。
Al 2.7g/cm3
Mg 1.76g/cm3
三级刻度：一种便携式带标定源的刻度器。利用标定源所放出 已知强度的信号模拟某种地层密度放射伽马射线强度。常用 于现场对仪器进行刻度。
用充满水的石灰岩对仪器进行刻度，得出体积密度
ρb与电子密度系数ρe之间的关系：线通过物质的吸收规律
γ射线通过物质时，与物质发生作用其能量不断减弱，强度逐渐 减小的过程称为γ射线被吸收。吸收规律
I=I0e- μ L
lnI=lnI0-N0σcρbL/2
I0——初始强度；L——距离；μ——物质总吸收系数。
→距放射源为L处，接收到强度I是体积密度的函数。
测井教程第8章 密度测井
二、密度测井的理论基础与补偿密度测井的基本测量方法
为了克服井孔对密度测井结果的影响，目前使用的密度 测井仪均采用推靠装臵将装有伽马源和探测器的一臂推向 井壁进行测量。同时将伽马源放在一个带定向窗口的铅屏 内，使之只向一个方向发射，探测器也定向放臵，以增强 对岩层散射伽马射线的记录。 采用这种装臵之后，可以大大减小井孔的影响，但井壁 不规则、仪器与井壁接触不良，特别是有意义地层上泥饼 的影响等仍不可能消除。为使密度测井结果能较可靠地反 映被探测岩石的体积密度，目前广泛使用补偿密度测井。 即利用长、短两种源距的测量结果，通过一定的计算，以 求得在泥饼影响条件下被探测岩石的真实体积密度值。
密度测井就是利用此原理进行测井的。 实际在进行密度测井时，井下仪器中放入一个伽马射线源 ，并在离伽马源一定距离处放臵一个伽马射线探测器(如闪烁计 数器)以测定散射伽马射线的强度。
二、密度测井的理论基础与补偿密度测井的基本测量方法
在源距选定后，对仪器进行刻度，找到散射伽马射线强 度N和介质体积密度ρb的定量关系，则记录散射伽马射线强 度（记数率）就可以测得地层的密度。 在具体测井时，为了防止由伽马源直接辐射进入探测器 的伽马射线，在伽马源与探测器之间安臵铅屏以屏蔽这部 分射线。 需要指出的是，在目前所使用伽马源的能量情况下，密 度测井的探测深度很浅，通常仅十多厘米。 因此，井孔的影响相当严重。根据理论计算证明，当仪 器处在井内泥浆中进行测量时，由泥浆散射进入接收器的 伽马射线大大超过其周围岩石，所以，用这种方式进行测 井是十分不利的。
（2）康普顿效应0.25-2.MeV；
（3）电子对形成＞1.02MeV
（1）光电效应： 当伽玛射线能量较低（低于0.25Mev）时，它与组成物质元 素原子中的电子相碰撞之后，把能量全部转交电子，使电子获 得能量后脱离其电子壳层而飞出，同时伽玛射线被吸收而消失。 这一过程称为光电效应，被释放出来的电子叫光电子。产生光 电效应的几率，与入射伽玛射线能量和组成物质原子序数有关 （2）康普顿一吴有训效应 能量较高伽玛射线与物质中原子核外电子碰撞时，一部分 能量转交给电子，使之脱离原子电子壳层而飞出，同时伽玛射 线改变自己运动方向，继续与其它电子相撞。每碰撞一次，能 量损失一部分，并改变其运动方向，形成所谓康普顿一吴有训 效应。伽玛射线经多次碰撞之后，能量不断降低，最后以光电 效应结束。
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二 密度测井的理论基础与补偿密度测井的基本测量方法 • 1．密度测井的方法 • 伽玛射线源，伽玛射线探测器(闪烁计数器)，铅屏。 • Density log探测深度很浅，一般仅10+cm，定向窗口铅 屏,定向发射放置，以加强记录。 • 泥饼影响--采用补偿密度测井，长、短两种源距的测量 结果，通过一定的计算，以求得在泥饼影响条件下被 探测岩石的真实体积密度值。 • 2．补偿密度测井原理
• （2）含油气纯地层：主要探测是冲洗带附近介质
• 油气影响,φ增大。
• （3）单矿物加泥质地层 • 解释井段内纯泥岩层若为分散介质时，密度测井孔隙可看成为有效孔隙。 • 3．与声波、中子结合判断气层等
• 五、确定岩性的其它方法
• 1．岩性一密度测井
• 确定岩性,对岩性具较高的分辨力，测量由伽玛源放出的伽玛射线与岩石相互 作用之后，在光电吸收能级(1＜200KeV)范围内接收器接收到光电吸收截面 • 当自然伽玛能量一定时,τ是Z的单一函数，Z增加，τ增加 • Z决定化学成分即岩性 • 沉积岩中常见的一些元素 • τ=KZ4.6 K—与入射伽玛射线能量有关，在岩性密度测定中，K与入射能级范 围有关，不同能量范围平均值， τ /z=10-3..6 把定义为有效光电吸收截面指数用 Pe表示，单位巴/电子，实际中用U=Peρe ,单位，巴/cm3 ， • U—单位体积的光电吸收截面指数简称体积截面 • 优点：Pe曲线上对于重矿物易识别，因为质子数很大。 • 确定泥质含量的方法： • 1．自然伽玛法，自然伽玛法 • 2．自然电位指示法
三、 密度刻度
• 直接用密度记录测井曲线，需对密度测井仪进行制度
• 一级刻度：在标准刻度井内进行的刻度 • 二级刻度：利用根据标准刻度井制作的刻度器对仪器进行制度为二级刻度。 • Al 2.7g/cm3 Mg 1.76g/cm3 • 三级刻度：一种便携式带标定源的刻度器。利用标定源所放出已知强度的 信号模拟某种地层密度放射伽玛射线强度。常用于现场对仪器进行刻度。
• 无泥饼时------脊线 不同泥饼的密度和厚度----肋线 • 不同密度的岩石均可以作出这样一条肋线，从而构成“脊肋图” • 存在泥饼影响，影响计数率变量两个：其一是岩石的密度；其二 是泥饼密度和厚度的综合变量。长、短距分别测得计数率如联立 方程求解一样，能单值确定地层岩石密度在脊肋图上位置指示的 密度值即是岩石真密度。
• 四、地质应用
• 1．确定岩性(砂岩 2.65g/cm3 、石灰岩2.71g/cm3 、白云岩2.87g/cm3 、硬石 • 膏2.98g/cm3 、盐岩2.03g/cm3 ) • 2．确定岩石的有效孔隙度 • （1）对于含水纯地区（注：仅适应于单。
• 一、密度测井的基础
• • • • • 1．伽玛射线与物质的相互作用 （1）光电效应，能量＜0.25MeV； （2）康普顿效应0.25-2.MeV； （3）电子对形成＞1.02MeV Density log属于有源放射测井，伽玛射线源为 60Co、137Cs放射出 两种能量的伽玛射线：1.17MeV、1.33MeV）， 137Cs放出伽玛射 线能量0.66MeV。它与岩石作用，主要产生康普顿效应，并散射 出伽玛射线，Density log测量即此散射伽玛射线强度。
第八章 密度测井（density log）
• 密度测井是孔隙度测井法，它是通过测定井下岩石的体积密 度来研究岩石特性和孔隙度的。
•
密度测井就方法的物理基础而言，是属于放射性测井。它在于测量由伽 玛源放出的伽玛射线与周围物质相互作用之后所产生的散射伽玛射线的强度。 由于该强度与岩石的体积密度有关，所以称之为密度测井。
• 2．散射伽玛射线强度与岩石密度的关系
• （1）电子密度与体积密度。散射伽玛射线强度与物质电子密度有关，伽玛射 线在物质中发生康效应几率与电子密度有关。强度取决于γ量子与电子碰撞。 物质单位体积中的电子数（即电子密度）。由单一元素组成物质电子密度 • N0——阿佛加德罗常数；Z——元素原子序数 • A——元素的原子量；——物质体积密度，单位g/m3 • 对于由多元素组成的物质，可用等效原子序数之和与等效原子量代替上式中 的Z和A，则电子密度： • μ构成沉积岩轻元素，Z/A=0.5,其分子物质 Z/A=0.5 • 电子密度指数 • (2)伽玛射线通过物质的吸收规律。γ射线通过物质时，与物质发生作用其能量 不断减弱，强度逐渐减小的过程称为γ射线被吸收。吸收规律 • I=I0e- μ L lnI=lnI0-N0------• I0——初始强度；L——距离；μ——物质总吸收系数。 • 因此可见，距放射源为L处，接收到强度I是体积密度的函数。L一定时，增大， I减小。L增大时，强度I减小。 • 把I转换成密度计算器，测得的视密度 与电子密度指数之间有下列关系式（充 满淡水的石灰岩，地层中刻度） • 对于充满液体的砂岩，石灰岩和白云岩，仪器读数实际上等于真实地层