中子孔隙度测井概述共106页
测井基础概述(全文)
测井概述1、测井的概念：测井，也叫地球物理测井或矿场地球物理，简称测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法（包括重、磁、电、震、核）之一。
简而言之，测井就是测量地层岩石的物理参数，就如同用温度计测量温度是同样的道理；石油钻井时，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，以获得各种石油地质及工程技术资料，作为完井和开发油田的原始资料。
这种测井习惯上称为裸眼测井。
而在油井下完套管后所进行的二系列测井，习惯上称为生产测井或开发测井。
其发展大体经历了模拟测井、数字测井、数控测井、成像测井四个阶段。
2、测井的原理任何物质组成的基本单位是分子或原子，原子又包括原子核和电子。
岩石可以导电的。
我们可以通过向地层发射电流来测量电阻率，通过向地层发射高能粒子轰击地层的原子来测量中子孔隙度和密度。
地层含有放射性物质，具有放射性（伽马）；地层作为一种介质，声波可以在其中传播，测量声波在地层里传播速度的快慢（声波时差）。
地层里的地层水里面含有离子，它们会和井眼中泥浆中的离子发生移动，形成电流，我们可以测量到电位的高低（自然电位）。
3、测井的方法1）电缆测井是用电缆将测井仪器下放至井底，再上提，上提的过程中进行测量记录。
常规的测井曲线有9条；2）随钻测井（LWD-log while drilling）是将测井仪器连接在钻具上，在钻井的过程中进行测井的方式。
边钻边测，为实时测井（realtime),井眼打好之后起钻进行测井为(tipe log)；4、测井的参数1.GR-自然伽马GR是测量地层里面的放射性含量，岩石里粘土含放射性物质最多。
通常，泥岩GR高，砂岩GR低。
2.SP-自然电位地层流体中除油气的地层水中的离子和井眼中泥浆的离子的浓度是不一样的，由于浓度差，高浓度的离子会向低浓度的离子发生转移，于是就形成电流。
自然电位就是测量电位的高低，以分辨砂岩还是泥岩。
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。
中子孔隙度测井概述
H H ma (1 ) HW
• 中子测井时测得的孔隙度实质上就是等效含氢指数； 刻度条件：使饱含淡水石灰岩地层的含氢指数等于充 淡水孔隙度，则石灰岩地层
H ma 0
H
• 其他岩性地层，需要进行岩性校正；只有岩性、孔隙 流体、井眼条件与仪器刻度条件相同时含氢指数等于 总孔隙度。
第3章 同位素中子源测井
• 放射性中子源 发射的中子能量只有几MeV，中子
与地层的相互作用过程为弹性散射、俘获辐射和
热中子活化核反应。
• 根据测量对象的不同，分为超热中子测井、热中 子测井和中子伽马测井；最早出现的是中子伽马 测井，先用盖革米勒计数管，后又出现闪烁体探 测器；随着中子探测器，尤其是He-3计数管的应
第3章 同位素中子源测井
• 中子注量率：空间一定点上，单位时间内接收到的中子
注量称为中子注量率，常用φ表示，单位为n/(cm2∙s) 或
(cm-2∙s-1)，又称为中子通量。 • 对于放射性核素中子源，设测量位置和源相距为R，且 R远大于源的尺寸，则可以把中子源看成点源，由于其 放出的中子基本上是各向同性的，所以在R处的中子注 量率可按照下式计算：
第3章 同位素中子源测井
• （3）双组扩散理论
• 把中子减速过程分为两个阶段：快中子减速阶段
和热中子扩散阶段。
• ①快中子减速阶段
• 快中子的通量分布为 ：
1 r / L 1 (r ) e 4D1 r
• D1为快中子扩散系数，L1为快中子减速长度。
第3章 同位素中子源测井
• ②热中子的扩散阶段
0.01
3.0x10
-3
1E-3
3% 33.8% 100%
2.0x10
第三章 中子测井
第三章 中子测井 概述中子测井利用中子与地层物质相互作用的各种效应，测量地层特性的测井方法的总称。
根据中子测井仪器记录的对象不同可以分为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧—伽马能谱测井—中子—伽马测井—中子—超热中子测井—中子—热中子测井—中子按仪器结构特征的不同，可以分为普通中子测井，贴井壁中子测井，补偿中子测井等。
从中子源发出的高能中子与地层物质的原子核发生各种作用，其结果是高能中子逐步减弱为超热中子和热中子，或被原子核吸收，发生核反应。
中子与物质相互作用的类型有：非弹性散射；弹性散射；核俘获引起的核反应等。
探测仪器记录的低能中子的数量或原子核俘获中子发出的伽马射线的强度与地层对中子的减速能力和吸收特性有关。
中子测井正是利用了这些特性对地层进行探测的。
1）中子测井测量地层孔隙度的原理氢核与中子的质量几乎相等，是最强的减速物质。
因此，中子测井的结果将反映地层的含氢量。
在油层或水层中，储集空间中被含氢核的油或水充填，这样储集体中含氢量的多少反映岩石孔隙度的大小。
因此，中子测井是一种孔隙度测井方法。
2）油层和气层对中子的减速能力的差异非常明显，因此中子测井也是一种指示油气层的测井方法。
3）氯是地层中重要的中子吸收物质，氯是大多数地层水的主要离子成分，可见中子测井对于划分油水层也有重要作用。
4）中子与地层中的原子核发生非弹性散射，使原子核处于激发态，在退激时发出伽马射线。
这些伽马射线的能量，反映靶原子核的能级结构。
因不同的原子核其能级结构是不同的，因此发出的伽马射线的能量也是不同的。
我们把这种不同原子核发生的伽马射线称为特征伽马射线。
测量地层发射的伽马射线的能谱，就可以分析地层中元素的成分。
例如：碳核的特征伽马射线为Mev Er 43.4=氧核的特征伽马射线为 Mev Er 13.6=对于给定的中子源，中子与地层中的碳核和氧核发生非弹性散射次数的多少，取决于地层中相应核素的多少，取决于地层中相应的核素的丰度。
即特征伽马射线的强度取决于地层中碳核、氧核的数目。
脉冲中子孔隙度测井
达拉斯,德克萨斯美孚研发公司 文摘 脉冲中子孔隙度 (PNP)测井是一种通过测定超热中子发射脉冲中子随 时间的衰减来确定地层孔隙度的新方法。 脉冲中子技术相比于稳态 中子孔隙度测井可以提供很好的孔隙度灵敏度和减少岩性依赖。 一个 PNP 型模本测井仪已经被制造和测试。这套仪器包含一个脉冲控制 14-MeV 中子生产的中子管,一个超热中子探测器(3He 覆盖着 Gd 箔), 和一个关于生产中子探测脉冲，探测超热中子的时间分析器。超热中 子形成于脉冲生产中,然后以一个随地层孔隙度变化的速率衰减。其 孔隙度灵敏度优于现有的声波、密度、补偿中子技术。 现场测试的一些油井展示了优秀的可重复性。 相比于中子补偿和井壁 超热中子测井显示了类似的测井特点,但在一些区域有差异,显示了很 好的岩心孔隙度，显然是减少和降低页岩岩性依赖反应有关。 引言 使用核技术的孔隙度测井巳开展多年。 早期的井下仪包括密封的
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长江大学
中子源及单个伽马和热中子探测器。 由这些仪器测定孔隙度常常很不 理想，因为除地层的孔隙度之外，还有许多变量影响测量。井壁中子 孔隙度仪(Tittman 等 .1966)使这些问题得以减少， 它是将源和探测器 固定在与井壁接触的压紧装置上，测定超热中子。但低计数率和无法 统计规律的揉皱孔隙仍是一个的问题,然而， （Allen 等，1967)建议使 用两种热中子探测器在不同间距从源头补偿钻孔扰动。 这种中子补偿 系统(Alger 等.,1971)在今天仍被广泛使用。这套系统有两个热中子探 测器或者两个超热中子探测器 (Davis 等,1981)。 最近,使用中子产生加 速 器 连 续 输 出 模 式 系 统 已 经 被 开 发 出 来 (Gartner,Schnoor, 和 Sinclair,1986)。更换胶囊放射源中子发生器的系统因为放射源可以关 闭而使操作更加安全,以及当它开启时的更强烈的中子通量。 本文介绍一种新型的中子孔隙度仪。它带有一个脉冲中子发生器， 探测超热中子随时间的衰减。这种脉冲中子孔隙度 (PNP)仪是基于以 下原理工作:超热中子总数(Mills, 1978)的衰减率主要是中子与氢的相 互作用，且很少依赖于地层的岩性。PNP 法的随时间而变化的测量较 之稳态法减小了岩性效应，提高了固有孔隙的灵敏度。尤其，PNP 法 优于岩性效应较小的井壁中子孔隙度法， 并能由观测的超热中子衰减 获得偏距校正。脉冲中子俘获(PNC)也使用中子脉冲。但不应将 PNP 测井方法与 PNC 混为一谈。PNP 是孔隙度测量，它探测超热中子，且 使用较快的脉冲率。另一方面，PNP 主要确定孔隙度的生成、水饱和 和流体的盐度。PNC 测量由热中子俘获(主要在氯中)产生的γ射线，
《地球物理测井》-第06章 中子
中子孔隙度测井中子孔隙度测井：：是重要的岩性岩性--孔隙度测井方法之一孔隙度测井方法之一，，主要利用了地层对快中子的减速能力对快中子的减速能力。
包括井壁中子包括井壁中子SNP SNP SNP和补偿中子和补偿中子和补偿中子CNL CNL CNL两种两种两种；； 中子伽马测井中子伽马测井：：主要利用了热中子的俘获效应主要利用了热中子的俘获效应，，可用于区分油水可用于区分油水、、指示气层或估算孔隙度等气层或估算孔隙度等；；中子寿命测井测井：：是一种重要的套管井地层评价方法是一种重要的套管井地层评价方法，，用于区分油水用于区分油水、、计算饱和度等算饱和度等；；非弹性散射伽马能谱测井非弹性散射伽马能谱测井：：主要通过测量快中子的非弹性散射产生的伽马射线马射线，，反映地层中核素的含量反映地层中核素的含量。
用于区分油水用于区分油水、、判断岩性等判断岩性等；； 中子活化测井中子活化测井：：利用中子的活化核反应测量地层核素组成利用中子的活化核反应测量地层核素组成，，用于岩性识别等别等。
第六章中子测井是利用人工中子源发射的快中子与地层的各种相互作用是利用人工中子源发射的快中子与地层的各种相互作用，，来研究钻井剖面地层性质的一类测井方法钻井剖面地层性质的一类测井方法。
包括的方法较多包括的方法较多：：6.1 6.1 中子测井的核物理基础中子测井的核物理基础6.2 6.2 中子孔隙度测井中子孔隙度测井6.3 6.3 中子寿命测井中子寿命测井6.4 6.4 其它脉冲中子测井其它脉冲中子测井第六章中子测井6.1 6.1 中子测井的核物理基础中子测井的核物理基础中子测井需要提供中子源中子测井需要提供中子源，，根据中子与地层的相互作用研究地层性质性质。
中子源分两种中子源分两种：：同位素同位素((连续连续))中子源中子源：：一般为一般为Am Am Am--Be Be源源，发射中子能量发射中子能量5MeV;5MeV; 加速器加速器((脉冲脉冲))中子源中子源：：一般为一般为D D -T 源，发射中子能量发射中子能量14MeV 14MeV 14MeV。
中子测井
• Φ=ΦN/(1+Shr((ΦN)hr-(ΦN)mf)/((ΦN)mf-(ΦN)ma) • ΦN=(ΦN-(ΦN)ma)/(ΦN)mf-(ΦN)ma)为中子测井视孔隙度 • 有油气影响对，ΦN减小，计算孔隙度低。
• • • • • • • • • • • • •
利用上求Φ时，对于油(Φ N)hr=ρ油-1.03 对于气(Φ N)hr=2.25ρ气 ρ油和ρ汽分别表示油和气的密度 用(ΦN)sh表示泥质的中子孔隙度，若孔隙中充满水时 Φ=(ΦN-(Φnma））/（(ΦN)f-(ΦN)ma-SH(ΦN)sH-(ΦN)ma(ΦNf-ΦN)ma 若探测范围内充填泥浆滤液和残余油气时 Φ= (ΦN-(ΦN)ma）/（(ΦN)mf-(ΦN)ma） -SH((ΦN)sh-(ΦN)ma)/((ΦN)mf-ΦN)ma) -ΦShr((ΦN)hr-(ΦN)mf)/((ΦN)mf-(ΦN)ma) Φ=(ΦN-SH((ΦN)sh-(ΦN)ma)/((ΦN)mf-(ΦN)ma)) /(1+Shr((ΦN)hr-(ΦN)mf)/((ΦN)mf-(ΦN)ma)) 中子测井孔隙度 ********用中子测井计算的孔隙度是地层的含氢孔隙度或总孔隙度，当地层中有含氢 量很高的石膏存在时，计算的孔隙度比实际值偏高，此时，需求石膏含量加以校正。
• 六、刻度 • *******
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石膏层：中子-中子和中子-r测井曲线上显低值，自然r上为低值(含结晶水) 岩盐层：中子-中子低值，中子-r高值。 ②中子测井确定地层的孔隙度 中子测井读数是和岩石中含氢的总量有关，所以它反映的是总孔隙度。 含氢指数：单位体积中的氢原子数与单位体积纯水中氢原子数之比。 • VH= VmaHma+VΦHf Φ、Φma、Φf 中子孔隙度与含氢指数呈正比 • ΦN=(1- Φ)(ΦN)ma+ Φ(ΦN)f • Φ=((ΦN-(ΦN)ma)/((ΦN)f-(ΦN)ma) 一般ΦN刻度是用石灰岩刻度的 流体(水)的中子孔隙度(ΦN)f=1 (ΦN)ma对于不同岩石，不同中子测井法、有不同的值，见表2-6。 地层为含油气纯地层 ΦN=(1- Φ)(ΦN)ma+Φ(ΦN)mf(1-Shr)+ΦShr(ΦN)hr Φ =（ΦN-(ΦN)ma)/((ΦN)mf-(ΦN)ma) -(ΦShr· ((ΦN)hr-(ΦN)mf)/((ΦN)mf-(ΦN)ma)
中子测井
• 地层对热中子的俘获截面越大，则对热中 地层对热中子的俘获截面越大， 子的俘获能力越强， 子的俘获能力越强，热中子扩散距离及寿 命越短。 命越短。 • 氯核素的俘获能力强。 氯核素的俘获能力强。
– 地层水（地层水矿化度） 地层水（地层水矿化度）
NMR
• 中子测井反映的是地层中含氢指数，因此 天然气水合物中子测井响应取决于单位体 积的氢原子数。当水合物形成时，要从相 邻地层中吸收大量淡水，同时单位体积水 合物中有20%的水为固态甲烷所取代，这就 导致一单位体积沉积物内的含氢量大大增 加。即便因水合物形成引起的沉积物密度 降低会减少沉积物的含氢量，但最终还是 会导致单位体积内沉积物的含氢量增加， 从而导致中子孔隙度增加。
中子测井的类别
• 超热中子测井（SNP）—井壁中子测井 （SNP） 井壁中子测井
– 由快中子源发出的快中子在地层中运动，与地 由快中子源发出的快中子在地层中运动， 层中的各核素发生弹性散射，能量逐渐减小， 层中的各核素发生弹性散射，能量逐渐减小， 速度降低，成为超热中子， 速度降低，成为超热中子，其减速过程的长短 与地层中的核素类型及数量有关。 与地层中的核素类型及数量有关。 有关 – 探测探测器周围中子变为热中子之前的超热中 子密度，以反映地层的中子减速特性， 子密度，以反映地层的中子减速特性，进而计 算储层孔隙度和对储集层进行评价。 算储层孔隙度和对储集层进行评价。
• 热中子测井（CNL）—补偿中子测井 （CNL） 补偿中子测井
– 由中子源发出的快中子在周围介质中减速成热 中子， 中子，探测热中子密度的测井方法叫热中子测 井。 – 补偿中子测井一是通过测量热中子计数率，确 补偿中子测井一是通过测量热中子计数率， 定地层的减速能力， 定地层的减速能力，判断地层岩性和计算地层 孔隙度的一种测井方法。补偿中子测井CNL CNL是 孔隙度的一种测井方法。补偿中子测井CNL是 较好的一种热中子测井方法。 较好的一种热中子测井方法。
地球物理测#(第三章)中子测井
N
n nma nf nma
密度测井：
D
ma b ma f
例题：如砂岩的孔隙度φ＝20%，ρma＝2.65g/cm3， 求该砂岩的密度测井视石灰岩孔隙度。
地球物理测井—核测井
地层密度测井
中子测井
三、补偿中子测井CNL
1、补偿中子测井的原理 （探测热中子密度）
补偿中子的探测器测得的计数率送至地面仪，经过适当的模 拟装置自动把计数率的比值转换为相应的含H指数，最终输 出一条含氢指数曲线，即常见的视石灰岩孔隙度曲线。
φ --含H --LS --超热中子在源附近分布 --
L源小，计数率高
L源大，计数率低
φ --含H --LS --超热中子在源附近分布 --
L源小，计数率低
L源大ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ计数率高
总结： 小源距：含氢量与记数率成正比 大源距：含氢量与记数率成反比
（二）超热中子曲线的应用
1、确定岩层的孔隙度 2、交会图法确定岩性、孔隙度、骨架成分 3、中子-密度测井曲线重叠法确定岩性 4、估计油气密度 5、定性指示高孔隙度含气层
碰撞 快n
基态原 子核
中子测井
n’能量降低 激发态原子核 （获得内能）
放出伽马射线（次生 伽马射线）
中子测井
3）快中子弹性散射阶段（非弹性散射结束后）
快n
基态原子核
n’能量降低
该过程的能量是守恒的
基态原子核 （获得动能）
每次弹性碰撞的平均能量损失：E=2AER/（1+A）2
A（被碰原子核的质量数）越小--- E大， A越大--- E小， 元素周期表中，H的A最小，物质含H多，弹性散射时间短，减速 能力强。
中子测井
一、中子测井基础
中子测井原理
中子测井原理中子测井是一种常用的地球物理勘探方法，它利用中子与地层原子核发生散射的原理，来获取地层的物性参数。
中子测井原理的理解对于地质勘探工作者来说至关重要。
本文将对中子测井原理进行详细介绍，以帮助读者更好地掌握这一技术。
中子测井的原理基于中子与地层原子核的相互作用。
中子在地层中运动时，会与地层中的原子核发生碰撞，从而产生散射现象。
根据中子与原子核的相互作用，可以推断地层中的一些物性参数，如孔隙度、含氢量等。
中子测井的原理主要包括以下几个方面，中子源、中子散射、探测器和数据解释。
首先，中子测井需要使用中子源来产生中子流。
这些中子会穿过地层，并与地层原子核发生散射。
散射后的中子会被探测器捕获，从而产生测量信号。
通过对这些信号的处理和解释，可以得到地层中的一些物性参数。
在地层中，中子与原子核的散射过程受到地层中原子核的种类、密度和孔隙度等因素的影响。
不同类型的地层会导致不同的中子散射现象，因此需要根据地层的特点来选择合适的中子测井方法和解释模型。
中子测井的原理也与地层中的含氢量有关。
由于中子与氢原子核的散射截面较大，因此地层中的含氢量会对中子测井的响应产生显著影响。
通过对中子测井数据的分析和解释，可以估算地层中的含氢量，从而为油气勘探和开发提供重要的参考信息。
总之，中子测井原理是基于中子与地层原子核的相互作用，利用中子散射现象来获取地层的物性参数。
通过对中子测井数据的采集和解释，可以为地质勘探和开发提供重要的地质信息。
对中子测井原理的深入理解，有助于更好地应用和解释中子测井数据，为油气勘探和开发工作提供有力支持。
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25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
中子孔隙度测井概述
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。