核物理测井的应用及未来前景

核物理测井的应用及未来前景班级：勘技14-2姓名：祁宁学号：140102140209摘要：伽马射线与地层介质的康普顿效应是密度测井的理论基础，介质对伽马射线的康普顿吸收系数取决于介质的原子和性质及其体积密度。自然伽马测井测量的是地层总的自然伽马放射性，是套管井测井的一种最基本的方法。随着油田开发的不断深入，地层中的放射性物质也在不断被搬运堆积，使得地层中的自然伽马放射性出现异常变化。自然伽马能谱测井是重要的核测井方法之一。关键词：中子测井，自然伽马测井，自然伽马能谱测井，射线源技术，传感器技术。Abstract：TheformationdensityloggingisbasedontheCamptonscatteringeffectofgammaraysandmatterintheformation.Thescatteringeffectdependsontheneuclearcharacteristicsandthebulkdensityofthematter.Whatnaturalgammawellloggingmeasuredistotalnaturalgammaradioactivityinlayer,anditisakindofmostbasicmethodincasingpipewelllogging.Alongwiththecontinuousdevelopmentofoilfield,radioactivematerialalsoisconstantly,piledupinlayer,whichcausesnaturalgammaradioactiveinlayortoappeareabnormalchange.NaturalGammaRaySpectralogisanimportantnuclearloggingmethod.KeyWord：GRlogging,NaturalGammaRayspectrometrylog，Sensortechnology核测井技术主要是根据地层岩石及岩石孔隙流体的物理性质进行石油测井的技术，它还被称之为放射性测井技术。以放射性源、测量的放射性类型或岩石的物理性质为主要依据将核测井技术分为如下两大类，即伽马测井，以研究伽马辐射为主要基础的核测井方法；中子测井，以研究中子、岩石及其孔隙的流体之间的相互作用为主要基础的核测井技术。上述两种主要的核测井技术包括密度测井，自然伽马测井，自然伽马能谱测井及中子孔隙度测井等。1中子测井主要含中子寿命测井、一般中子测井和中子诱生γ测井。中子寿命测井也称热中子衰减时间测井；一般中子测井含热中子测井和超热中子测井；它们又含有单探测器中子和补偿中子测井；中子诱生γ能谱测井通常包括快中子非弹性散射γ能谱测井（即C/O比测井）、中子俘获γ能谱测井和中子活化γ能谱测井等。、自然伽马测井2.1岩石的自然放射性是由岩石中的放射性同位素的种类和含量决定的。岩石中的自然放射性核素主要是铀(U238)、钍(Th232)、锕(Ac227)及其衰变物和钾的放射性同位素K40等，这些核素的原子核在衰变过程中能放出大量的α、β、γ射线，所以岩石具有自然放射性。在油气田中常遇到的沉积岩的自然伽马放射性主要决定于泥质含量的多少。但必须注意：从问题的实质来看，岩石自然放射性的强度是由单位质量或单位体积岩石的放射性同位素的含2.2自然伽马测井仪器的刻度单位时间里仪器的计数(计数率)与测量对象和测量环境有关，而且与仪器本身的性能，特别是与探测器的计数效率有关。若某一地层是均匀的，且单位质量的岩石由放射性核发射的伽马光子数为A，在观察点(即探测器灵敏元件所在的位置)么用不同的仪器测量的计数率是不同的，甚至同一仪器在相隔较长时间内两次测量的结果也不相同。如闪烁计数器对伽马射线的探测效率为(20-30)%，而盖革计数管的探测效率只有1%左右，若两种探测器的灵敏元件体积相同，在同一点上得到的计数率能相差几十倍。即使仪器中采用同一类型的探测器，由于灵敏元件探测效率的差异，线路特点和外壳吸收条件不同，计数率也会有相当大的差别，这就给资料对比和定量解释造成困难。克服这一困难的办法就是对仪器进行标准化或刻度。自然伽马测井的应用自然伽马测井资料可用来划分地质剖面，确定地层的泥质含量和解决与泥质含量有关的油矿地质问题，进行地层对比，跟踪射孔，寻找放射性矿物等。下面只对划分地质剖面及求1)当自然电位测井曲线变化缓慢、平直，或由于井条件而不能测量自然电位时(非导电泥浆、空井、下套管井)，自然伽马测井对划分泥岩层特别有用。在自然伽马测井曲线上，泥岩和页岩以明显的高放射性显示出来，而且可以连成一条相当稳定的泥岩线，超过这条泥岩线的是岩浆岩(如花岗岩)、富含放射性矿物的砂岩或石灰岩及海相泥岩等。石膏、硬石膏、岩盐和纯的石灰岩、白云岩的放射性很低，形成井剖面上的基值线，白云岩往往比石灰岩具有较高的放射性，这是由于含放射性物质的地层水在碳酸盐白云岩化的过程中将放射性物质带入了岩石。在砂泥岩剖面中，纯砂岩在自然伽马曲线上显示为最低值，而泥岩为最高值，粉砂岩、在碳酸盐岩剖面中，粘土岩(泥岩、页岩)的自然伽马读数最高，纯的石灰岩、白云岩读膏盐剖面，自然伽马测井被成功地用来划分砂岩和找出砂岩储集层。3.射线源技术测井技术的大多数方法依赖于射线源性能，少部分方法利用井下地层的天然放射性进行测量。现有的测井用射线源主要是γ射线源和中子源。受井眼尺寸(偏小、弯曲、不规则等)、井下环境(高温、高压等)制约，地面实验用加速器γ源等技术尚难以应用于测井领域。测井常用的γ源多是放射性同位素源，主要用于示踪测井。随着核技术发展，核反应堆、加速器的不断建造，核燃料循环体系的建立，为放射性核素应用提供了日益丰富的物质基础。放射性同位素广泛应用研究为更好利用现有设备资源开辟了新途径。放射性同位素制备技术是同位素辐射技术应用的物质基础。目前，人工制备放射性同位素的方法有3种：反应堆生产的丰中子同位素，简称堆照同位素；加速器生产的贫中子同位素，简称加速器同位素；从核燃料废物中提取的同位素，简称裂片同位素。放射性同位素释放的射线作为一种人工信息源，具有相当高的探测灵敏度，是常规化学分析无法比拟的，这一特征被广泛应用于同位素示踪分析技术，在工农业技术研究中获得了显著的经济、社会、环境效益。测井中的流体密度计、流体识别仪、γ射线探伤仪、厚度检测仪等均利用了放射性同位素信息源技术。中子源是中子与物质相互作用研究必须的信息源。测井常用的中子源有放射性同位素中子源、自发裂变中子源和人工脉冲中子源3种。衡量中子源特性的指标是源强度、能量、单色性、γ辐射和寿命(半衰期)等。测井常用的A241m2Be源是放射性同位素中子源，中子产额2×107/s，平均中子能量5MeV；252Cf是自发裂变中子源，中子产额2×108/s，平均中子能量2.35MeV；脉冲中子源(中子管技术)常用T(d，n)源，中子产额107～109/s，强流中子管产额达1010/s，平均中子能量14.1MeV。应用射线源，必须注意放射性防护、放射性危险、放射性可控等要求，测井用中子源需向小体积、高强度、高度可控、高安全、高耐温、耐压指标发展。4传感器技术传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。它是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的输出，满足信息的传输、存储、显示、记录和控制要求。传感器属高新技术的瓶颈工业，它的地位非常重要。我国测井用的传感器技术较为先进，基本上与国际水平相近，但创新不够，大多是引进、模仿和仿制，这与我国测井需要不相适应。努力致力于促进我国核测井传感器事业及其应用的发展，满足核测井应用需要，是传感器生产和应用企业共同的努力方向。测井用传感器的核心部件是探测器。不同的核辐射需要用不同的探测器测量。所有核探测器均基于射线与物质的相互作用原理，在物质中具有不同的空间分布、能量分布、时间分布和特征作用而制作。强度型核仪表利用放射源发出的射线(特别质子与γ射线)与物质相互作用(吸收或散射)后，射线强度降低从而检测受测试物质的宏观非电参数而设计出的一类仪表。物质的成分与含量可通过放射源发出的射线与物质相互作用引起的射线强度的变化与诱发的特征能谱加以确定，这种仪表统称为物质成份与含量分析仪表。能谱分析型仪表同样地具有这种成份与含量分析的功能。未来发展1)核测井技术的不断发展依赖于石油、煤炭、地质矿产勘探开发的需要，同时又受核技术、特别是新型核探测器及核探测工艺技术的发展推动。2)我国核测井技术的发展要密切结合生产需要，立足创新，追踪国际核测井先进技术，加强核应用与核科研专家间的合作，共同推动核测井技术的创新和发展。3)发展核辐射测井仪器软件化智能化技术、总线式自动测试技术、综合自动化测试系统、新型元器件测量技术及测试仪器、在线测试技术、长效性井下检测仪等是未来核测井信息技术的主要发展方向，而核测井系列化、阵列化、谱列化、标准化和成像技术，则是核测井技术发展的新方向。4)有关核信号采集和信息处理的新课题研究和应用项目开发，如辐射成像技术等有潜力成为油田开发测井的重要技术。参考文献：［1］毛志强,谭廷栋.密度测井和中子测井的相关性及其在识别天然气层中的应用.地球物理学报,1996,39(1).［2］黄隆基,放射性测井原理.［3］徐保庆,伍泰荣,田树全.自然伽马测井在油田开发中的应用.断块油气田.2002,9(5).［4］刘尊年,任爱阁,贾瑞皋.自然伽马能谱测井谱解析方法研究.西南石油大学学报,2010,32(5).［5］董兰屏,庞巨丰.自然伽马能谱测井原理及其应用.《计量与测试技术》.2009,36(9).［6］汤长安.自然伽马能谱测井曲线质量控制方法及应用.中国西部油气地质