地球物理测井.放射性

资源与环境学院程超第三章核测井（放射性测井）一、地层的地球物理特性二、阿尔奇公式7个→核特性/放射性适用条件→纯岩石三、岩石体积物理模型地球物理测井.放射性测井以物质的原子核物理性质为基础的一组测井方法。它是根据岩石及其孔隙流体和井内介质（套管、水泥等）的核物理性质，研究钻井地质剖面，勘探石油、天然气、煤以及铀有用矿藏，研究油田开发工程的一类测井方法。核测井（放射性测井）:地球物理测井.放射性测井核测井的适用条件：核测井的优点：核测井的缺点：一般的泥浆井、油基泥浆井、高矿化度泥浆井、空气钻井（裸眼井、套管井）它是唯一能够确定岩石及其孔隙流体化学元素的含量的测井方法成本高，测速低，需要有一定的保护措施，否则会对人体有伤害。分类：伽马类测井、中子类测井以及核磁类测井目前，伽马射线类测井方法可以划分为三亚类：放射性测井(1)通过测量放射性元素自然衰变产生的伽马射线强度，研究地层物理性质的一类测井方法，如GR、NGS、RTS。(2)通过测量伽马射线与地层相互作用后诱发产生的伽马射线的强度来研究地层物理性质的一类测井方法，如FDL、FDC、（LDL）。(3)通过测量中子射线与地层相互作用后诱发产生的伽马射线的强度来研究地层物理性质的一类测井方法，如NG、CNL。地球物理测井.放射性测井一、原子核的衰变及放射性1、原子的结构原子：由原子核及其核外电子层组成的一种很微小的粒子。原子核由质子和中子组成2、同位素同位素：质子数相同的同一类原子。例：氢的同位素：氕、氘、氚伽马测井的核物理基础地球物理测井.放射性测井3、核衰变放射性：自发地释放出、，射线的性质放射性核衰变的规律：放射性核数随时间按指数递减的规律变化。即：teNN0N:放射性元素个数t:时间：衰变系数核衰变：放射性元素的原子核自发地释放出一种带电粒子（或），蜕变成另外某种原子核，同时放射出伽马（）射线的过程。伽马测井的核物理基础地球物理测井.放射性测井半衰期：从N0个原子开始衰变到N0/2时所经历的时间。用T表示：2lnT放射性元素不同，其半衰期也不同（见P135）。4、放射性射线的性质核衰变放出三种射线：、、伽马测井的核物理基础地球物理测井.放射性测井射线射线能量衰减快、穿透能力弱射程短带电射线是频率很高的电磁波、能量高穿透能力强射程长中性粒子射线不是由核衰变产生的，是由特殊的中子源产生的，特点是：能量高、穿透力强探测器能探测到的射线：中子射线、射线伽马测井的核物理基础地球物理测井.放射性测井二、常用GR强度单位1、放射性强度单位2、放射性剂量单位1居里：单位时间内发生衰变的原子核数。1居里=1克镭的源强=1克镭当量/克（每克物质的放射性强度单位相当于1克镭）=3.7*1010次/秒单位质量的物质被射线照射时所吸收的能量来度量射线强度为放射性剂量。用伦琴表示。而测井用的单位是微伦琴/小时，单位时间内的射线剂量为剂量率。伽马测井的核物理基础地球物理测井.放射性测井3、条件单位测井时记录的是单位时间的脉冲数，不同的仪器记录器在统一标准下刻度。采取相同的单位：微伦琴/小时API伽马测井的核物理基础二、常用GR强度单位地球物理测井.放射性测井它由光电倍增管和碘化钠晶体组成。它是利用被伽玛射线激发的物质的发光现象来探测射线的。伽玛射线碘化钠晶体光电倍增管电子数逐级倍增大量电子最后到达阳极使阳极电压瞬时下降产生电压负脉冲，输入测量线路予以记录用单位时间记录的脉冲数来反映伽玛射线的强度伽马测井的核物理基础地球物理测井.放射性测井GR测量的是岩层的自然放射性强度（不用任何放射性源）一、岩石的自然放射性自然伽马测井自然界中存在着三个天然放射系:因此，岩石的自然放射性主要决定于由238U和232Th开头的两个放射系和放射性同位素40K。铀系钍系锕系地球物理测井.放射性测井一、岩石的自然放射性岩石中主要的放射性元素：92U23890Th23219K40岩石的自然放射性强度主要取决于其三者的比例，其含量与岩性以及形成过程中的物理化学条件有关，因此，岩性不同，GR不同。火成岩变质岩沉积岩地球物理测井.放射性测井沉积岩骨架不含重矿物，除钾岩外，其他岩石本身基本上不含放射性，但在形成过程中会多少地吸附些放射性元素。强度最低的：硬石膏、石膏、不含钾的盐岩强度较低的：砂岩、灰岩、白云岩强度较高的：浅海相和陆相沉积的泥岩、泥灰岩、钙质泥岩、含砂泥岩等强度高的：钾岩、深水泥岩、页岩强度最高的：放射性软泥、澎土岩、火山灰除了钾岩及骨架含放射性元素的岩石外，岩石的GR强度随岩石颗粒变细而增加。通常情况下：地层的GR值的高低主要取决于泥质含量自然伽马测井地球物理测井.放射性测井沉积岩的自然放射性有以下变化规律：a.随泥质含量的增加而增加；b.随有机物含量增加而增加，如沥青质泥岩的放射性很高。在还原条件下，六价铀能被还原成四价铀，从溶液中分离出来而沉淀在地层中，且有机物容易吸附含铀和钍的放射性物质；c.随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。自然伽马测井地球物理测井.放射性测井泥浆仪器外壳进入探测器记录连续电流所产生的电位差穿过至经传输至地面仪器处理使与单位时间的电脉冲数成正比射线GR曲线见P141图3-7二、GR测井基本原理自然伽马测井地球物理测井.放射性测井三、GR曲线特征（均匀理想模型地层点测）GR（API）当上下围岩相同时，曲线对称于地层中部，低放射性地层对应GR低，高放射性地层对应GR高h3d曲线幅度不受岩层厚度的影响；h3d曲线的最大或最小受岩层厚度的影响（？）自然伽马测井地球物理测井.放射性测井自然伽马测井地球物理测井.放射性测井四、影响因素1、岩层厚度的影响2、井参数影响d增加裸眼井对GR吸收增加，但泥浆中所含一定的放射性补偿了一部分，影响小套管井：水泥环厚度增加-----GR减小岩层厚度增加或减小，GR曲线减小或增大。自然伽马测井地球物理测井.放射性测井3、统计涨落误差由于涨落误差的存在，实测的GR曲线出现许多“小锯齿”自然伽马测井放射性涨落现象:在放射性源强度和测量条件不变的条件下，在相等的时间间隔内，对放射性射线的强度进行重复多次测量，每次记录的数值不同。同一放射性元素在相同的时间间隔内，衰变次数不完全相同，总是围绕一平均值上下起伏。放射性涨落是自然现象，由于放射性涨落的存在，自然伽马测井曲线即使在厚地层也会出现如图3－5所示的随机振荡现象，因此，对GR曲线读值应读其平均值。统计涨落是由核衰变本身的特性所决定的，与环境和人的因素无关。地球物理测井.放射性测井4、测井速度V增加V合适GR（API）滞后现象积分电路的特点所至当h一定：GR受V测和时间常数的影响t=h/v；v增加，t时间常数，探测器无法全部探测到地层发出的GR，导致GR下降，还会使其发生崎变，深度错位。自然伽马测井地球物理测井.放射性测井五、GR曲线的解释及应用1、划分岩层碳酸盐岩剖面相同砂泥岩剖面（骨架不含放射性矿物）GR泥岩砂岩泥岩砂岩H随着泥质含量的增加，GR值增加。泥岩-高值；砂岩-低值自然伽马测井在砂泥岩剖面，纯砂岩的GR曲线显示为最低值；泥页岩显示为最高值；粉砂岩、泥质砂岩介于两者之间，随着其中泥质含量增高，其自然伽马读数也增高。在碳酸盐岩剖面，泥页岩的自然伽马读数也最高；石灰岩、白云岩读数最低；泥质灰岩、泥质白云岩介于两者之间，且随泥质含量的增加而增高。利用GR曲线划分岩性的一般原则：用自然伽马判断泥质含量高低层段地球物理测井.放射性测井给定岩性剖面，请定性的画出GR曲线。泥灰岩灰岩白云岩泥岩石膏GR回忆岩石的GR的大小关系自然伽马测井地球物理测井.放射性测井2、确定地层的泥质含量当泥质含量低时：minmaxminGRGRGRGRVsh当泥质含量高时：gcur=2(老地层）gcur=3.7(新地层）1212minmaxmingcurIshgcurVshGRGRGRGRIsh不含放射性矿物的地层，GR主要取决于地层的泥质含量。自然伽马测井地球物理测井.放射性测井3、进行地层对比P147用GR曲线进行对比的优点：与岩石孔隙中的流体性质（油或水）无关与地层水和泥浆矿化度无关在GR曲线上容易找到标准层自然伽马测井地球物理测井.放射性测井地球物理测井—核测井自然伽马测井650遂宁组J2s6904193T1j5+4T1j340824374T1j2T1j34261普光6井地质分层对比图地球物理测井.放射性测井地球物理测井.放射性测井GR重点：沉积岩的自然放射性有什么变化规律GR曲线的解释与应用（地层对比、泥质含量的计算）自然伽马测井地球物理测井.放射性测井自然伽马能谱测井的地质依据，是U、Th,K在矿物和岩石中的分布规律与岩石的矿物成分、成岩环境和地下水活动有关。一般说来，普通粘土岩中钾和钍含量高，而铀的含量较低（相对于钾和钍）。据Belk-nap,W.B.等人由200块不同种类的粘土岩取得的分析数据，粘土岩中放射性元素的平均含量约为：钾2%，铀6ppm，钍12ppm。自然伽马能谱测井（NGS）地球物理测井.放射性测井纯的砂岩和碳酸盐岩放射性元素含量很低，但有些地层也可能具有很高的放射性，这些高放射性地层又可能是储集层，此类储集层用普通自然伽马测井是无法识别的，而用自然伽马能谱测井却往往能成功地将其和泥岩区别开。渗透性地层中U含量的增高与地层水的活动有密切关系。有些储集层还由于岩石骨架中含有放射性重矿物而显示为高放射性地层。还应指出，岩石中钍和铀的含量比（通常称为钍铀比）具有重要的地质意义，利用它可以解决一系列地质问题。据统计，粘土岩的Th/U为2.0-4.1；碳酸盐岩的Th/U为0.3-2.8；砂岩的铀含量变化范围很大，Th/U值变化范围也大。自然伽马能谱测井（NGS）地球物理测井.放射性测井在还原环境中，尤其当粘土岩中含有机物和硫化物时，粘土对铀离子的吸附力增强，粘土的铀含量明显增高。自然伽马能谱测井（NGS）地球物理测井.放射性测井一、铀、钍、钾的伽马射线的特征谱钾系的特征谱：1.46Mev钍系的特征谱：2.62Mev铀系的特征谱：1.76Mev在特征能量峰处的伽马射线的强度最大P148选定铀系中某种核素的伽马射线能量来识别铀，用钍系的某种核素的伽马射线能量识别钍。这种选定的某种核素称为特征核素，它放射的伽马射线能量称为特征能量。不同的放射性元素放出的伽马射线的能量不同、经过统计分析：自然伽马能谱测井（NGS）地球物理测井.放射性测井二、NGS的测井原理核心部分是：多道分析器。能够测量分析伽马射线的能谱将能谱分为五个能级窗两个低能窗、三个高能窗W1：0.15-0.5MevW2:0.5-1.1MevW3:1.32-1.575Mev（钾窗）W4:1.65-2.39Mev（铀窗）W5:2.475-2.765Mev（钍窗）自然伽马能谱测井（NGS）地球物理测井.放射性测井W1=A1Th+B1U+C1K+1W2=A2Th+B2U+C2K+2W3=A3Th+B3U+C3K+3W4=A4Th+B4U+C4K+4W5=A5Th+B5U+C5K+5Wi—为第i个能量窗的计数率Ai、Bi、Ci—用刻度井得到的第I能量窗的刻度系数：统计因子Th、U、K：表示钍、铀、钾的含量由于各个窗的记数率并不仅反映对应元素的含量，因此还需要剥谱（对能量窗均综合考虑三种元素的贡献，即得到一组方程：自然伽马能谱测井（NGS）地球物理测井.放射性测井输出的测井曲线：SGR（GR总计数率）THOR钍含量URAN铀含量POTA钾含量自然伽马能谱测井（NGS）输出的测井曲线：CGRSGRPOTATHORURAN地球物理测井.放射性测井1、确定泥质含量研究发现：泥质含量与钍和钾的含量成线性关系minmaxmin)(XXXXVxshX=Th,k三、NGS曲线应用含钾的岩石（云母、长石）不能用该公式计算泥质含量自然伽马能谱测井（NGS）地球物理测井.放射性测井2、研究生油层U、U/K越高，生油能力越强有机碳含量U、U/K计数率比P150实际曲线研究发现：岩石中的有机物对铀的富集起着重要作用