第六章伽马测井.

放射性测井是测量记录岩石及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组测井方法，包括自然伽马，自然伽马能谱、中子、密度测井等。放射性测井的特点：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，快速分析和确定岩石及其孔隙流体各种化学元素。第六章放射性测井放射性测井分类：（按测量的放射性类型划分）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。第六章放射性测井第一节自然伽马测井二、自然伽马的测井原理三、自然伽马曲线特征一、伽马测井的核物理基础四、自然伽马曲线的影响因素五、自然伽马曲线的应用一、伽马测井的核物理基础1、放射性核素和核衰变2、伽马射线与物质的相互关系3、岩石的自然放射性和岩石性质的关系第一节自然伽马测井一、伽马测井的核物理基础1、放射性核素和核衰变核素：指原子核中具有一定数目质子和中子，并处于同一能态的同一类原子。同位素：指质子数相同，而中子数不同的核素，它们在元素周期表中占有同一位置。第一节自然伽马测井一、伽马测井的核物理基础1、放射性核素和核衰变稳定核素：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，发射三种射线：α，β，γα：氦核组成的离子流，带正电，穿透能力最差。β射线：高速电子流，带负电，穿透能力差。γ射线：高频光子流，穿透力强，易被测井仪器测定。第一节自然伽马测井一、伽马测井的核物理基础2、伽马射线与物质的相互作用电子对效应：γ在能量大于1.02Mev时，它在物质的原子核附近与核的库伦场相互作用，可以转化为一个负电子和一个正电子，而光子本身全部被吸收。第一节自然伽马测井一、伽马测井的核物理基础2、伽马射线与物质的相互作用电子对效应：γ在能量大于1.022Mev时，它在物质的原子核附近与核的库伦力相互作用，可以转化为一个负电子和一个正电子，而光子本身被全部吸收。2(1.022)ANeKZEA吸收（衰减）系数：伽马射线通过单位厚度的吸收介质，因此效应导致伽马射线强度的减弱，用吸收系数标示:K为常数，Eγ为入射伽马的能量，NA为阿伏伽德罗常数，A为克原子量，Z为原子序数，ρ为密度第一节自然伽马测井一、伽马测井的核物理基础2、伽马射线与物质的相互作用康普顿效应：能量较高伽马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，同时伽马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，形成所谓康普顿效应。第一节自然伽马测井一、伽马测井的核物理基础2、伽马射线与物质的相互作用康普顿减弱系数：由康普顿效应引起的伽马射线通过单位距离物质的减弱强度:每个电子的康普顿散射截面，为常数；Z/A在一定介质条件下，为常数，因此，利用和的关系，可以确定介质的密度，是密度测井的核物理基础AeZNAe第一节自然伽马测井一、伽马测井的核物理基础2、伽马射线与物质的相互作用光电效应：当伽马射线能量较低（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，同时伽马射线被吸收而消失。这一过程称为光电效应，被释放出来的电子叫光电子。第一节自然伽马测井一、伽马测井的核物理基础2、伽马射线与物质的相互作用线性光电吸收系数：当伽马射线能量大于原子核外电子结合能时，发生光电效应的概率。4.10.0089nZA此式说明：光电吸收系数主要取决于原子序数，由此发展了岩性密度测井。第一节自然伽马测井Eγ0.1Mev时，主要为光电效应；0.1MevEγ2Mev时，主要发生康普顿效应；Eγ2Mev时，发生电子对效应三种效应发生的比例随Eγ而变第一节自然伽马测井一、伽马测井的核物理基础1、放射性核素和核衰变2、伽马射线与物质的相互关系3、岩石的自然放射性和岩石性质的关系第一节自然伽马测井一、伽马测井的核物理基础3、岩石的自然放射性和岩石性质的关系•岩石的放射性是由岩石中所含的U、Th、k系放射性同位素引起的。这些元素在自然界衰变过程中的均放出γ射线,且不同元素放出的γ射线的数量和能量两方面均有区别。因此，通过探测γ射线的数量（强度）和能量（能谱），有就可能确定岩石中放射性元素的数量（含量）及种类，并进一步用来寻找放射性矿床和研究岩层性质等。测量自γ射线强度的方法叫做自然伽玛法，测量自然伽玛能谱的方法叫做自然伽玛能谱法。第一节自然伽马测井一、伽马测井的核物理基础3、岩石的自然放射性和岩石性质的关系1．岩浆岩：有许多放射性矿物，如长石，云母集中了地层中绝大多数钾K。角闪石、独居石、辉石也有较高放射性，其中以碱性岩、锆石、独居石等放射性最强。2．变质岩：取决于母岩放射性，若为岩浆岩，放射性较强，沉积岩则次之。3．沉积岩：一般比岩浆岩、变质岩差，沉积岩中的不同岩类，放射性不同。第一节自然伽马测井一、伽马测井的核物理基础3、岩石的自然放射性和岩石性质的关系总放射性：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质含量的增加而增加。粘土中：蒙脱石，伊利石，高岭石，绿泥石第一节自然伽马测井一、伽马测井的核物理基础3、岩石的自然放射性和岩石性质的关系沉积岩中铀，钍、钾的含量（1）粘土中：钾约含2%，钍含12ppm，铀约6ppm还与沉积环境有关，不同的粘土矿物，铀钍钾的含量有一定差别。（2）砂岩及碳酸盐岩中，随粘土矿物增加，铀、钍、钾的含量增加，水流作用可造成铀含量很高。（3）钍化合物难溶于水，故岩石中钍含量较高的话，离物源近。（4）四价铀难溶于水，六价铀难溶于水，铀含量与沉积环境及成岩后水流作用有关，四价铀氧化成六价铀，六价铀在还原条件下四价铀而沉淀第一节自然伽马测井二、自然伽马的测井原理三、自然伽马曲线特征一、伽马测井的核物理基础四、自然伽马曲线的影响因素五、自然伽马曲线的应用第一节自然伽马测井进行自然伽玛测井的简单原理如图所示：（井下仪器、地面仪器）探测器——将接收到的伽玛射线转换成电脉冲放大器——探测器输出电脉冲加以放大-剔除-计数率-电器积累连续电流简单变换和刻度→自然伽玛GR曲线。记录电位差与单位时间内的脉冲数成正比。即与周围岩石放射性强度成正比。得到的是一条随深度变化的计数率曲线（脉冲/分），现常用API单位（美国石油学会采用的单位，表示两倍于北美泥岩平均放射性的模拟地层的自然伽马测井曲线值的1/200定义为API自然伽马测井单位）二、自然伽马的测井原理第一节自然伽马测井三、自然伽马的曲线特征1、上下围岩相同时，曲线对称于地层中点，并在地层中点取得极值；2、地层厚度小于纵向探测范围时，地层厚度减小，曲线幅度降低；3、地层厚度大于纵向探测范围时，半幅点对应于地层界面。第一节自然伽马测井四、自然伽马曲线的影响因素1、测速v和仪器电路积分常数τ对曲线的影响vτ越大，曲线幅度越小，对称性越差，极值向提升方向偏移越远，因此测井速度受到限制。第一节自然伽马测井四、自然伽马曲线的影响因素2、放射性涨落误差涨落现象：多次测量，各次读数与全部读数的平均值之差大部分分布在一定范围内。由于涨落现象，使GR曲线呈现“锯齿状”，其原因在于放射性涨落引起的误差，称为涨落误差第一节自然伽马测井四、自然伽马曲线的影响因素3、地层厚度的影响4、井的影响薄层，曲线受上下围岩变化因泥浆、套管和水泥吸收伽马射线，使曲线幅度降低。裸眼井主要受井径和泥浆的影响，套管井则要考虑到套管和水泥环的影响，需要做必要的校正。五、自然伽马曲线的应用划分岩性主要依据:Vsh不同，GR读数也会不同砂泥岩剖面：泥岩层GR幅度值最高，纯地层，GR读数最低。碳酸盐岩剖面：泥岩、页岩GR幅度值最高，纯的石灰岩、白云岩GR幅度值最低，而泥质灰岩、泥质白云岩GR值介于中间。膏岩剖面：岩盐、石膏层的GR较低，泥岩层GR较高。1、划分岩性和地层对比第一节自然伽马测井五、自然伽马曲线的应用进行地层对比，划分储集层砂泥岩剖面：低GR为砂岩储集层，在厚层状态下可用半幅点来分层。碳酸盐岩剖面：低GR说明泥质含量少的纯岩石，结合高孔隙度和低电阻率可划分储集层。膏岩剖面：岩盐、石膏层的GR较低，泥岩层GR较高。1、划分岩性和地层对比第一节自然伽马测井2、确定泥质含量地质基础（计算条件）：地层除粘土矿物外，不含其它放射性矿物，此时GR为计算Vsh的最好方法，如果岩石本身组成中含放射性物质，如含火山碎屑等，则无法正确判断泥质含量。五、自然伽马曲线的应用GRminmaxminGRGRGRGR=1212GCURGCURGRVsh=相对值法经验法老地层：GCUR=2；新地层GCUR=3.7—4第一节自然伽马测井3．确定岩石的粒度均值，作沉积环境分析C0、C1为经验常数。C0为所选取的GRmin的相应层段的平均粒度均值（Mz0）的对数值。第一节自然伽马测井计算粒度均值第一节自然伽马测井计算粒度均值y=0.7957x+1.6053R=0.85500.511.522.53-1-0.500.511.52M(ZΦ)△GR段小层自然伽马40230自然电位2080井径2035深度(m)深侧向22000浅侧向22000声波时差450150补偿密度1.72.9补偿中子700泥质01岩屑01石英01计算均值-14粒度均值-14薄片分析结果岩石相盒3盒2盒3山2H3-2S2-2272027302740275027602770中粒石英砂岩中粒岩屑砂岩粗-中粒长石砂岩粗粒石英砂岩中粒岩屑砂岩中粒岩屑石英砂岩粗粒岩屑石英砂岩粗粒岩屑石英砂岩粗粒石英砂岩粗粒岩屑砂岩泥岩相细粒岩屑砂岩泥岩细粒岩屑砂岩中粒岩屑砂岩中粒岩屑石英砂岩粗粒岩屑石英砂岩中粒岩屑砂岩粗粒岩屑石英砂岩粉砂岩第一节自然伽马测井计算粒度均值自然伽玛测井可以解决以下：（1）据天然放射性强弱，判别岩性和划分井地层剖面。（2）在一个含油气区或单独构造上，各井剖面进行对比。（3）估计岩石中泥质含量，从而判断岩层的储集性能，特别是在泥浆矿化度较高地区，碳酸盐岩剖面中，自然电位无法清楚划分渗透性岩层，自然伽玛可以解决。自然伽玛测井的优缺点：优点：（1）裸眼井和套管井中均可以进行（2）油基泥浆、高矿化度以及干井中均可以进行（3）碳酸盐岩剖面和水化学沉积剖面不可缺少。缺点：（1）测速慢，成本高。（2）如果岩石本身组成中含放射性物质，如含火山碎屑等，则无法正确判断泥质含量。如哈密地区，那么SH判定需从其分资料中求取。第一节自然伽马测井一、自然伽马能谱测井原理二、NGS与GR测井的区别三、NGS的应用第二节自然伽马能谱测井一、自然伽马能谱测井原理二、NGS与GR测井的区别三、NGS的应用第二节自然伽马能谱测井一、自然伽马能谱测井原理1、自然伽马能谱不同的放射性元素在衰变时，放射出的伽马射线的能量不同，如图是铀系、钍系及K40的自然伽马能谱。从谱分布可以看出K40只有能量为1.46MeV的伽马射线，而铀系和钍系有各种能量的伽马射线，但大部分分布在1.3MeV以下。钍系在2.62MeV处有一明显峰值，可作为钍系的特征谱；铀系在1.76MeV处也出现一个峰值，作为铀系的特征谱。可见，1.46，1.76MeV和2.62MeV的三个光电峰，且最容易识别，因此选用它们分别作为识别铀、钍、钾的特征谱。第二节自然伽马能谱测井2、自然伽马能谱测井原理自然伽马能谱测井仪的下井仪器与自然伽马测井仪基本相同，使用NaI闪烁计数器，将入射的伽马射线能量的大小以脉冲的幅度大小输出，不同之处是地面仪器部分，其测量原理如图所示。自然伽马能谱测井仪的地面仪器部分的核心是多道脉冲幅度分析器，该分析器将能谱分为五个能窗，它们的测量范围分别是：W1：0.15～0.5MeVW2：0.5～1.1MeVW3：1.32～1.575MeV(含特征谱1.4