放射性测井1-5

2020/2/15长江大学工程技术学院1放射性测井radioactivitylog授课人：王功军2020/2/15长江大学工程技术学院2放射性测井radioactivitylog总学时：32理论教学：28实验教学：4教材：放射性测井原理黄隆基参考书：矿场地球物理测井技术测井资料综合解释陈一鸣2020/2/15长江大学工程技术学院3油的扩散性:•理论计算τ与Ｄ值与实验数值符合得较好。因此正常条件下，在凝析油（脱气油）内，热中子寿命时间和扩散系数实际上和淡水内相同。除了扩散冷却系数Ｃ外，可解释为水和油的分子结构不同。这样可以推断：油内扩散系数的温度关系式不同于水内中子扩散系数相应的温度关系式。•在石油内含有少量的硫并不影响τ值。然而在石油内含有少量的硼（约10-4至10-5%），因此在液态碳氢化合物内，热中子的基本吸收剂是氢。•氢具有比碳大100倍的热中子俘获截面，石油的Σ值几乎全部由氢含量来确定。第六章中子寿命测井2020/2/15长江大学工程技术学院4地层水的扩散特性:•确定地层水的化学成分的因素较多：地层扩散成分、水文地质环境特点、热动力条件等等。热中子扩散系数实际上不受水矿化度的影响，但是盐的存在明显地改变热中子寿命时间。地层水中具有较大吸收截面的氯离子的变化却造成较大的影响。•在计算地层水内热中子寿命时间时，必须注意：束缚水和自由水的成分与矿化度可能具有明显的差别。•由于岩石内束缚（残余）水与孔隙度（通过渗透率）有对比关系，甚至在不同孔隙度的同类岩性地层内矿化度可能不同。第六章中子寿命测井2020/2/15长江大学工程技术学院5天然气的扩散特性:•天然气的中子特性明显地受其成分和热动力条件——地层压力和温度的影响。石油和天然气产层的地层条件很不相同,因此在计算气体(总的来讲含气岩石)的中子参数时考虑到压力和温度就具有特别重要的意义•地层压力p对天然气中子特性τ影响最大,随着p的增加,τ急剧降低。当p不变时,随着温度的提高,τ值增大。第六章中子寿命测井2020/2/15长江大学工程技术学院6(三)：沉积岩矿物骨架扩散特性•含粘土矿物的中子寿命时间比纯矿物的中子寿命时间低;而中子寿命愈低,则粘土矿物含量愈增加(图1-1所示)。04008001200050100150泥质含量（%）中子寿命（μs）Ⅰ—未考虑硼含量；Ⅱ—考虑硼含量。◆—砂岩；○—粉砂岩；△—板岩。图1-1矿物骨架的中子寿命与泥质含量的关系图6-5矿物骨架的中子寿命与泥质含量的关系2020/2/15长江大学工程技术学院7(三)：沉积岩矿物骨架扩散特性•中子寿命时间突出地受到岩石骨架内含有异常中子特性元素的影响,尤其重要的是应考虑硼。尽管该元素在沉积岩内含量不多(到百分之零点几),由于异常的吸收能力,可明显地降低中子寿命时间。每增加0.05%的含硼量，几乎使τ值降低3倍。除含硼外,在沉积岩内含有热中子高吸收截面的元素有:K,Na,Ti,Mn,S,P,Fe,在岩石宏观吸收截面内,以上元素的总贡献能达到30%至50%或更大些。2020/2/15长江大学工程技术学院8二、硼中子测井解释方法•硼中子测井是在同一井中进行两次不同时间的测井方法。第一次测井是在注硼酸液以前，测量原始状态地层的俘获截面。第二次是在注硼酸液后进行。比较两次测井获得的俘获截面，确定可动水饱和度以及剩余油饱和度。根据常用岩石体积模型，可得到两次测井时的响应方程。第六章中子寿命测井2020/2/15长江大学工程技术学院9(一)：可动水饱和度方程•第一次测井（未注硼前）•Σ1=（1-φ-Vsh)Σma+VshΣsh+φSwfΣw1+φSwiΣw1+φ(1-Sw)Σo•第二次测井（注硼后）•Σ2=（1-φ-Vsh)Σma+VshΣsh+φSwfΣw2+φSwiΣw1+φ(1-Sw)Σo•两次测得的俘获截面之差:•Swf=(Σ2-Σ1)/φ(Σw2-Σw1)第六章中子寿命测井2020/2/15长江大学工程技术学院10(二)：求取可动水饱和度的参数选择•Σw2的选取•Σw2是注硼后，原始地层水和硼酸混合后的俘获截面，它与硼酸的用量有关，由实验可知，不同浓度的硼酸溶液与不同矿化度的地层水分别混合后，对地层水中原有的各项离子总量没有影响，即混合后没发生化学反应或没产生化学沉淀。第六章中子寿命测井2020/2/15长江大学工程技术学院11(二)：求取可动水饱和度的参数选择硼酸用量与俘获截面关系图01002003004000102030405060硼酸量（g/m3)俘获截面（cu)地层水矿化度=1000mg/l地层水矿化度=8000mg/l地层水矿化度=20000mg/l地层水矿化度=30000mg/l地层水矿化度=50000mg/l地层水矿化度=100000mg/lnone第六章中子寿命测井图6-6硼酸用量与俘获截面的关系2020/2/15长江大学工程技术学院12(二)：求取可动水饱和度的参数选择•根据实验结果，硼酸用量增加，会使俘获截面急剧增加，它每增加1克/升时，俘获截面将增加5.4cu；当硼含量每增加0.005%，中子寿命时间降低3倍。第六章中子寿命测井2020/2/15长江大学工程技术学院13四施工工艺•(一)：施工井场的选择条件•(二)：施工工艺•(三)：施工关键第六章中子寿命测井2020/2/15长江大学工程技术学院14(一)施工井场的选择条件•1.钻井时泥浆颗粒直径小于孔隙喉道支撑的三分之一，失水低于5毫升。•2.油井的套管和固井质量好。•3.油水关系比较清楚，油层总厚度不超过40米，孔隙度φ10%，渗透率在几个毫达西以上。•4.测井前有较为精确的孔隙度资料。•5.知道产液层的含水量、水质类型、矿化度及地层压力，附近注水井的压力和每天的注水量以及该地区的地层破裂压力等数据，作为施工时注入压力和注入液速度的参考。•6.凡已通过压裂使个别层有较发育的裂缝，能使注入液沿个别裂缝突进的井，不宜做现场施工井。第六章中子寿命测井2020/2/15长江大学工程技术学院15(三)施工关键•中子寿命测井主要是结合油井修井作业进行的剩余油测井方法，因此，测井队与作业队的密切配合显得尤为重要。配合施工的关键：1.搅拌硼酸液，确保硼酸的充分溶解。2.适时关闭油管管闸，适当控制注硼时的助渗压力。确保测井速度的平稳和井口防喷装置的密闭。第六章中子寿命测井2020/2/15长江大学工程技术学院16第七章碳氧比测井carbon-oxygenlog;C/OLog第七章碳氧比能谱测井2020/2/15长江大学工程技术学院17套管井地层参数测井是要解决生产井内地层孔隙度、渗透率、剩余油饱和度等参数的再评价问题。在注水开发油田,尤其是油田进人高含水开发期,地层参数测井的首要任务是判断油层水淹状况、发现高含水层位、在老井中寻找高含油饱和度层位,保持油田的稳产和提高油田的开发效益。目前,剩余油饱和度评价的主要方法是碳氧比测井、中子寿命测井、生产测井资料确定剩余油分布等方法。第七章碳氧比能谱测井2020/2/15长江大学工程技术学院18第一节、碳氧比测井的方法原理第二节、C/O测井的影响因素及适用范围第三节、碳氧比测井资料的应用第七章碳氧比测井第七章碳氧比能谱测井2020/2/15长江大学工程技术学院19第一节、碳氧比测井的方法原理地层的岩性及其孔隙中流体主要是由’Si、Ca、Fe、C、O、H、CI”等元素组成。由中子发生器所产生的能量为14Mev的快中子射人地层后,发生非弹性散射和俘获过程,产生非弹性散射伽马射线和俘获射伽马射线。非弹性散射伽马射线是高能中子与地层中C、O、SI、Ca等核素相互作用的产物,俘获射伽马射线是H、Si、CI’、Ca、Fe等核素的热中子俘获伽马射线。由于不同核素的非弹性散射和俘获伽马射线有各自的特征能量见表1,所以可以通过分析这些能谱来计算不同地层核素的产额和产额比,达到地层岩性分析和确定剩余油饱和度的目的。碳氧比能谱测井也叫脉冲中子伽马能谱测井简称C/O比测井。第七章碳氧比能谱测井2020/2/15长江大学工程技术学院20表1地层核素的主要非弹和俘获伽马射线特征能量第七章碳氧比能谱测井2020/2/15长江大学工程技术学院21碳氧比能谱测井的主要用途是,在孔隙水矿化度低、不稳定或未知的条件下,在套管井中测定地层含油饱和度。按线性体积模型,地层中碳和氧的原子密度比为第七章碳氧比能谱测井2020/2/15长江大学工程技术学院222020/2/15长江大学工程技术学院23由于地层和井眼对伽马射线有散射和吸收作用,测得能谱中提取出来的C/O产额比与Nc/No比值有如下关系:第七章碳氧比能谱测井2020/2/15长江大学工程技术学院24第七章碳氧比能谱测井2020/2/15长江大学工程技术学院25第七章碳氧比能谱测井2020/2/15长江大学工程技术学院26第二节、C/O测井的影响因素及适用范围第七章碳氧比能谱测井2020/2/15长江大学工程技术学院27第七章碳氧比能谱测井2020/2/15长江大学工程技术学院28第三节、碳氧比能谱测井资料的应用第七章碳氧比能谱测井1、2020/2/15长江大学工程技术学院29第七章碳氧比能谱测井2020/2/15长江大学工程技术学院30第七章碳氧比能谱测井2020/2/15长江大学工程技术学院31第八章核磁共振测井nuclearmagneticresonancelog，NMR参考书：肖立志编：核磁共振成像测井与岩石核磁共振及其应用科学出版社1998年2020/2/15长江大学工程技术学院32第八章核磁共振测井第一节、核磁共振测井的物理基础第二节、核磁共振测井应用基础及解释模型第三节、核磁共振测井的应用2020/2/15长江大学工程技术学院33第一节、核磁共振测井的物理基础1、核磁共振现象1.1原子核的磁性核磁共振技术的基础是原子核的磁性及其外加磁场的相互作用。原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电。质子和中子统称核子。研究表明，所有含奇数个核子、以及含偶数个核子但原子序数为奇数的原子核，都具有自旋，这样的核，自身不停地旋转，犹如一个旋转的陀螺。由于原子核带有电荷，它们的自旋将产生磁场，像一根磁棒，该磁场的强度和方向可以用核磁矩矢量描述：μ=γp2020/2/15长江大学工程技术学院34式中：μ为磁矩，p为自旋角动量，γ为比例因子，称磁旋比，是磁性核的重要性质，不同原子核，其γ值不一样。当没有外加磁场时，单个核磁矩随机取向，因此，包含了大量同种的系统在宏观上没有磁性，图8-1图8-1原子核的磁性-核磁矩2020/2/15长江大学工程技术学院351.2单个自旋在外加磁场中的行为当核磁矩处于外加静磁场中时，它将受到一个力矩的作用，从而会像倾倒的陀螺绕重力场进动，绕外加磁场的方向进动，图8-2，进动频率f由Larmor方程确定。f=(γ/2π)*B0B0为外加磁场强度，例如，在强度为0.025T的外加磁场中，氢核的f是1.065MHz。图8-2核自旋在外加磁场中的行为2020/2/15长江大学工程技术学院361.3核磁共振现象对于被磁化后的核自旋系统，如果在垂直于静磁场的方向再加一个交变电磁场B1,让其频率f=f0,那么，根据量子力学原理，核自旋系统将发生共振吸收现象，即处于低能态的核磁矩将通过吸收交变电磁场提供的能量，跃迁到高能态，这种现象即是所谓的的核磁共振。交变电磁场既可以连续地施加，也可以以短脉冲的形式施加，现代核磁共振技术都采用脉冲方法。由于谱仪的工作频率（由静磁场的强度决定）大多在射频段，故把这样的脉冲电磁波叫射频脉冲。2、驰豫过程在射频脉冲施加前，自旋系统处于平衡状态，宏观磁化矢量M与静磁场B0方向相同。射频脉冲作用期间，磁化矢量又将通过自由进动，朝B0方向恢复，使核自旋从高能级的非平衡状态恢复到低能级的平衡状态。恢复到平衡状态过程叫做驰豫。2020/2/15长江大学工程技术学院372.1脉冲作用射频脉冲作用期间，当作用时间很短时，可以忽略驰豫的影响，脉冲作用实际上是使磁化矢量在旋转坐标系平面上的振动。如图8-3.扳倒角与加给自旋系统的能量成正比，取决于射频场