第8章 密度和岩性密度测井(2课时)

381矿场地球物理西安石油大学石油工程学院高辉2009.9382§第8章密度和岩性密度测井(Densityandlitho-densitylogging)8.1密度测井、岩性密度测井的地质物理基础8.2密度测井8.3岩性密度测井383用伽马源发射的伽马射线照射地层，根据康普顿效应测量地层体积密度的测井方法，称为地层密度测井。根据光电效应和康普顿效应，用能谱分析方法测量岩石光电吸收截面指数和体积密度的测井方法，称为岩性—密度测井。3848.1密度测井、岩性密度测井的地质物理基础fmab)1(一、岩石的体积密度主要矿物的体积密度：石英2.654、方解石2.710、白云石2.870g/cm3。孔隙中包含流体纯岩石的体积密度与孔隙度关系：8.1密度测井、岩性密度测井的地质物理基础3858.1密度测井、岩性密度测井的地质物理基础386（1）不同岩石的骨架密度不同，所以在井剖面中根据密度能够把不同岩性的地层区分开。尤其是其它地球物理方法难以区分的盐岩与硬石膏、硬石膏与致密灰岩、致密灰岩与白云岩、石膏与高孔隙度灰岩等，根据密度的差别将其区分开。（2）孔隙性地层相当于致密地层中岩石骨架的一部分被密度小的水、原油或天然气所代替，故其密度小于致密地层。孔隙度越大，地层的密度越小，所以密度测井资料可用以求地层的孔隙度。8.1密度测井、岩性密度测井的地质物理基础387二、康普顿散射吸收系数Σ中等能量的伽马射线和物质发生的是康普顿散射，结果使伽马射线的强度减小。用康普顿散射吸收系数Σ表示，与岩石体积密度有关。AZNbAe8.1密度测井、岩性密度测井的地质物理基础σe——每个电子的康普顿散射截面，范围在0.25-2.5MeV之间，可看成常数。NA——阿佛加德罗常数，表示1克原子物质中的原子个数；A——克原子量；Z——原子序数；Z/A约为0.5。388三、岩石的光电吸收截面1、岩石的光电吸收截面指数Pe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，它是伽马光子与岩石中一个电子发生的平均光电吸收截面，单位是b/电子。6.3eZPn1iiiVUU2、体积光电吸收截面U体积光电吸收截面是每立方厘米物质的光电吸收截面，单位是b/cm3。8.1密度测井、岩性密度测井的地质物理基础beUP389四、伽马射线通过物质时的能谱中等能量的单色伽马射线通过物质时，由于和物质发生光电效应与康普顿效应，部分伽马光子会在发生光电效应中被吸收，伽马射线的强度要逐渐减小，而在发生康普顿效应中，则会使伽马光子的能量逐渐下降。8.1密度测井、岩性密度测井的地质物理基础分析表明，能量为0.661MeV的中能伽马射线打入密度相同原子序数不同的三种地层介质时，计数率具有如下变化特征。3810能量（kev)计数率过渡带随Z值增加右移Z增加8.1密度测井、岩性密度测井的地质物理基础（1）在低能区，原子序数越大，计数率越低，说明物质吸收的伽马光子数越多；（2）计数率最大值对应的伽马光子能量随Z值的增大而降低。6.3eZP3811计数率能量(kev)不变的过渡带密度增加8.1密度测井、岩性密度测井的地质物理基础（1）低能区，随密度增加，计数率减小；（2）计数率最大值对应的伽马射线能量与密度无关；（3）在高能区，计数率随密度增加而减小。AZNbAe3812§第8章密度和岩性密度测井(Densityandlitho-densitylogging)8.1密度测井、岩性密度测井的地质物理基础8.2密度测井8.3岩性密度测井38138.2密度测井8.2密度测井定义密度测井是一种孔隙度测井，它测量的是由伽马源放出的并经过岩层散射和吸收而被探测器所接收到的伽马射线强度。用来研究岩层的性质，进行确定孔隙度的一种方法。38148.2密度测井一、密度测井原理所选伽马源是能量范围为0.66Mev的铯等能量中等的伽马源。这时的吸收系数基本上是以康普顿效应的吸收系数μ为主的，其它两种效应的吸收系数都可以忽略不计。测井时所用的伽马源不变，所以测井时井下仪器所测到的散射伽马强度就是与地层岩石密度有关的函数。38151、密度测井仪器密度测井井下仪器的基本部件是伽马源和探测器，二者之间的距离称作源距。记录点位于源距的中心。为了防止伽马源对测井结果有所干扰，二者之间被隔以铅屏。同时为了防止泥浆对测井结果的影响，采用弹簧等推靠装置使伽马源和探测器紧贴井壁表面。8.2密度测井38162、测量原理LANZbAeeNN0LNbAeeNN20LNNNbAe2lnln0若只发生康普顿散射则μ即为康普顿散射系数（吸收系数）。由于沉积岩的Z/A≈0.5则：两边取对数，则得：LKNb0ln一般源距选定后对仪器进行刻度。找到N与ρb的关系，则记录散射γ计数率N就可以得到地层的密度ρb=1/A(B-㏑N)。8.2密度测井LeNN0电子密度38178.2密度测井需要指出，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。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，井孔影响相当严重，所以用这种方式进行测井是十分不利的。为了克服井孔对密度测井结果影响，目前使用的密度测井仪均采用推靠装置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瓶内，使之只向一个方向发射，探测器也定向放置，以增强对岩层散射伽马射线探测。38188.2密度测井采用推靠器的方法只能消除泥浆的影响，并不能消除泥饼的影响。所以对于有意义的较好渗透层来说，所测的密度并不是真正的地层岩石密度，而是包含了泥饼和地层各种因素共同影响的视地层密度。所以当前都是采用同一伽马源和不同源距的两个探测器组成的长、短源距密度测井方法。常用短源距为15-25cm，长源距为35-40cm。3、补偿密度测井的提出3819无泥饼时地层密度和计数率之间的关系有泥饼存在情况下，地层密度、和计数率之间的关系8.2密度测井hmc增加地层密度大于泥饼密度，hmc增加，伽马光子计数率增加泥饼对测量结果的影响如果地层密度小于泥饼密度呢？3820（1）当地层密度与泥饼密度相同时，源距相同、泥饼厚度不同的直线相交于一点，泥饼厚度不影响计数率；（2）当地层密度大于泥饼密度时（交点右侧），随泥饼厚度的增加，计数率增大，测量的地层视密度减小（小于地层密度）；（3）当地层密度小于泥饼密度时（交点左侧），随泥饼厚度增加，计数率减小，测量的地层视密度增大（大于地层密度）。8.2密度测井3821记录△ρ的作用：测井质量监督曲线。普通泥饼时△ρ为正值重晶石泥饼△ρ为负值密度曲线ρb特征与GR类似。8.2密度测井可以得到两条曲线ρb，和Δρ。利用长源距计数率得到地层视密度ρb‘，由长、短源距计数率得到泥饼校正值△ρ。则地层密度：'bb38228.2密度测井38231、确定岩层的孔隙度8.2密度测井地层的岩石密度由岩石的骨架密度和其中所含流体的密度共同影响，这两个参数是基本不变的，因而岩石的体积密度就直接和其中的流体含量，即孔隙度有关，它们的关系可表示为：二、密度测井资料的应用不同的岩性，其骨架密度不同，砂岩一般为2.65，石灰岩为2.71，白云岩为2.87。在已知岩性和孔隙流体的情况下，就可由密度测井确定岩层孔隙度。3824声波时差确定的孔隙度是地层原生孔隙度；密度确定的孔隙度是地层总孔隙度（原生孔隙度＋次生孔隙度）。fmashmashfmabmav泥质地层8.2密度测井例题：含水纯白云岩地层的密度为2.6，地层水密度为1.0，求地层孔隙度和视石灰岩孔隙度。解:地层孔隙度=(2.87-2.60)/(2.87-1.0)=0.14地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.60)/(2.71-1.0)=0.0638252、识别气层密度测井和中子测井曲线重叠识别气层，判断岩性。8.2密度测井天然气相对于地层水和石油而言，其密度很低，密度测井时，其密度值也较低，故由上式计算的孔隙度比实际孔隙度偏大，而在中子测井曲线上气层表现为低孔隙度，因此二者曲线重叠即可识别气层。38268.2密度测井3、确定岩性密度—中子交会图砂岩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。38278.2密度测井4、划分渗透层3828煤田地质勘探规范明确规定，识别煤层必测曲线包括：三侧向视电阻率、密度、声波和自然伽马。而密度测井是划分煤层的“王牌”曲线。8.2密度测井5、划分煤层煤层的补偿密度测井值小、声波时差值大。3829§第8章密度和岩性密度测井(Densityandlitho-densitylogging)8.1密度测井、岩性密度测井的地质物理基础8.2密度测井8.3岩性密度测井38308.3岩性密度测井一、岩性密度测井的基本原理在密度测井基础上发展起来的一种测井方法，利用了伽马射线和地层介质发生的康普顿效应，也利用了伽马射线和地层介质发生的光电效应，即可确定地层密度、求得孔隙度，又可确定地层岩性。（1）伽马源铯137Er=0.661MeV（2）两个接收伽马射线探测仪器（3）极板与密度测井相似8.3岩性密度测井38310.661MeV伽马射线通过地层介质，高能谱段的伽马射线，受康普顿效应散射影响，到达探测器的伽马射线数量是地层介质电子密度的函数，正比于地层体积密度，计数伽马射线的计数率，再根据计数率和介质密度的关系求出密度，因受泥饼影响，该密度不等于地层的体积密度，为补偿泥饼影响，采用长、短源距两个探测器探测得到两个计数率，得到补偿值，地层体积密度ρb等于ρb’+Δρ。8.3岩性密度测井低能谱段，伽马射线受光电效应影响，计数伽马射线计数率，测量地层介质的光电效应界面指数Pe，与低能窗伽马计数率和高能窗伽马计数率的比值具有线性关系，由此即可得到Pe曲线。38328.3岩性密度测井由于低能段S窗口的总计数率包含了光电效应和康普顿效应的影响，而高能段H窗口的计数率只包含康普顿效应的影响，故岩性-密度测井是用长源距低能段总计数率Nlith与其高能段总计数率NLS的比值Nlith/NLS来计算质量光电吸收截面指数Pe。能窗范围是：S窗：43～89KeV，H窗187～536KeV。实验结果表明Nlith/NLS与1/(Pe+0.41)有线性关系，据此可测量Pe。38338.3岩性密度测井探测范围井壁地层内距探测器大约15cm范围内还存在的伽马射线，可按康普顿效应探测到，即测量ρb的探测深度大约是15cm；而距探测器大约5cm还存在的伽马射线，可按光电效应探测到，即测量Pe的探测深度大约为5cm，非常浅。38348.3岩性密度测井二、影响因素及其校正1、井眼影响井内为普通泥浆或充满天然气，当井径小于10in，井的影响可忽略。井内为重晶石泥浆，当重晶石含量较小时，对ρb几乎无影响，但当重晶石含量高时，由于其密度大，将使长源距探测器计数率减小，导致ρb偏高，又使短源距计数率大量减小，导致Δρ负值大。2、自然放射性由于FDC（双源距补偿密度测井）计数率比LDT（岩性-密度测井）明显偏低，故FDC的ρb受自然放射性的影响要大于LDT，而LDT几乎不受影响。3、仪器刻度条件FDC的ρb值是在饱和淡水的纯石灰岩井中刻度，对于非石灰岩地层所测的ρb只是视密度，与真密度之间略有差别。3835三、岩性密度测井资料的应用1、识别岩性8.3岩性密度测井体积光电吸收截面U和光电吸收截面指数Pe，可用来识别岩性。考虑到Uma比Uf大得多，且地层的孔隙度并不很大，上式可以近似写成根据测井值U和其他测井得到的孔隙度Φ，可得到岩石骨架的Uma，因为各种岩石的Uma已知，用该值就可识别岩性。3836mashmashUU)1(UUV2、计算储集层的泥质含量3、识别地层中的重矿物根据Pe值的不同，可识别重矿物。8.3岩性密度测井如重晶石(Pe=266.8)、锆石(Pe=69.