第八章 密度测井

第八章密度测井和岩性密度测井密度测井、岩性密度测井的地质基础密度测井岩性密度测井内容小结思考题一、岩石体密度1、矿物的电子密度及电子密度指数第一节密度测井和岩性密度测井的地质基础1）、单原子组成的矿物(8-1)电子密度2eZA(8-2)电子密度指数电子密度：单位体积的电子数。电子密度指数：2×电子密度/AN2）、化合物组成的矿物jjeAnZnNM(8-3)电子密度22jjeeAnZnNM(8-4)电子密度指数jn---第j种原子的原子数。Ｍ－矿物的摩尔质量。—矿物密度。jz---第j种原子的原子序数。其中：矿物密度电子密度指数视密度石英2.6542.652.648方解石2.712.70752.71白云石2.872.8632.876硬石膏2.962.9572.977石膏2.322.3722.351钾盐1.9841.9161.863岩盐2.1652.0742.032表8－1常见矿物的密度数据（g/cm3）1）、岩石的体密度每立方厘米岩石的质量，单位为。3cmg几种主要矿物的体密度2、岩石密度孔隙内饱含淡水的纯岩石体积密度:fmab)1((8-5)、分别为骨架密度和孔隙流体密度，φ为孔隙度。maf石英:2.65；方解石:2.71；白云石:2.872）、完全含水岩石的电子密度指数淡水的电子密度指数：1.113）、岩石体积密度与电子密度指数的关系：mafmafbememamefemefe(1)emefe(8-6)(8-7)4）、岩石视密度根据方解石和淡水的体积密度及电子密度指数，所得岩石体积密度，即岩石视密度。1883.00704.1eb(8-8)岩石视密度与其电子密度指数的关系：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康普顿散射，使伽马射线强度降低，物质的康普顿散射吸收系数Σ：当入射伽马射线的能量在一定范围内时,是常数，所以，Σ仅与岩石密度有关(正比于岩石密度）。ebAZNeA(8-9)三、岩石的光电吸收截面1、岩石光电吸收截面指数Pe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：b/电子。其中：α为常数。6.3ZPe(8-10)2、体积光电吸收截面U每立方厘米物质的光电吸收截面。单位为。3/cmbniiiVUU1(8-11)其中：Ui、Vi分别为组成岩石的第i部分的体积光电吸收截面和相对体积。3、U与Pe的关系beUP/(8-12)矿物密度电子密度指数PeU石英2.652.651.814.79方解石2.712.715.0813.77白云石2.872.863.149.0石膏2.322.3723.428.11硬石膏2.962.9575.0514.95淡水1.01.110.3850.4盐水0.2mg/L1.121.210.121.36石油1.14×密度0.1190.136×密度0表8－2岩性参数四、伽马射线通过物质时的能谱图8-1为0.661MeV伽马射线打入密度相同而原子序数不同的三种地层的伽马能谱曲线。由图看出：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；3）高能区，计数率几乎与Z无关。图8-1密度相同,Z不同的介质中测得的散射吸收伽马能谱能量（kev)计数率过渡带随Z值增加右移Z增加低能区，光电效应，Z大，光电吸收系数大。康普顿效应，密度相同，则散射系数相同。nAZ1.40089.0AZNAe图8-2为Z相同而密度不同是的散射伽马能谱的分布曲线。从图上看出: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。图8-2Z相同而密度不同地层的散射吸收伽马能谱响应计数率能量(kev)不变的过渡带密度增加低能区，光电效应，密度大，光电吸收系数大。康普顿效应，密度大，散射系数大。nAZ1.40089.0AZNAe随介质密度增大，伽马光子计数率降低（伽马射线衰减与介质密度成正比）一、密度测井的基本原理第二节密度测井图8-3密度测井仪示意图1、井下仪图8-3为补偿密度测井仪的示意图，它包括一个伽马源，两个伽马光子探测器。它们安装在滑板上，测井时将滑板推靠到井壁上，贴井壁测量。伽马源短源距探测器长源距探测器地层泥饼伽马射线源（-半衰期T＝30年）产生的伽马射线的能量为0.661MeV，与地层产生光电效应和康普顿效应。伽马射线通过距离为L的地层后，伽马光子计数率为：137Cs2、测量原理1）、长、短源距探测器计数率与地层密度的关系LeNN0(8-13)如果只存在康普顿效应（中等能量伽马光子），则μ为康普顿散射吸收系数。LAZNbAeeNN0(8-14)(8-15)0lnlnbNNKL即：2AeNK(8-16)沉积岩的Z/A≈0.5计数率随地层密度的增加而减小；图8-4不同源距计数率与地层密度的关系（无泥饼）地层密度（g/cm3）lgN（计数率）短源距探测器长源距探测器密度相同，短源距计数率高；图8-5、长、短源距计数率与泥饼厚度、地层密度的关系泥饼密度与地层密度不同时，泥饼影响随泥饼厚度的增加而增大。地层密度（g/cm3）lgN(计数率)hmc增加NssNLs测井值地层密度泥饼密度地层密度测井值地层密度泥饼密度地层密度图8-5分析（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）。2）、地层密度密度测井测量的地层视密度与下列因素有关：泥饼密度与地层密度的关系、泥饼厚度。'bb利用长源距计数率得到地层视密度，由长、短源距计数率得到泥饼校正值。则地层密度：'b（8-17）如图8-6、8－7所示。图8-6密度测井曲线实例二、密度测井资料的应用1、密度测井的输出b地层密度泥饼影响校正值D视石灰岩孔隙度图8－7密度测井曲线ΦDρbΦD、ρb均为线性刻度密度曲线油层水层2、视石灰岩孔隙度D0.171.271.2bfmabmaD1）地层的视石灰岩孔隙度与岩性、孔隙度、孔隙流体性质有关。2）纯砂岩地层的视石灰岩孔隙度大于其孔隙度；3）含气纯灰岩的视石灰岩孔隙度大于其孔隙度；4）含水纯白云岩的视石灰岩孔隙度小于其孔隙度。(8-18)2.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)=0.061.含水纯砂岩地层的密度为2.35,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=(2.65-2.35)/(2.65-1.0)=0.18地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.35)/(2.71-1.0)=0.21例题分析3.含油气纯灰岩地层的密度为2.55,油气密度为0.6.求地层孔隙度和视石灰岩孔隙度.解:地层孔隙度=(2.71-2.55)/(2.71-0.6)=0.08地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.55)/(2.71-1.0)=0.09例题分析4.含水泥质砂岩的密度为2.25,地层水密度为1.0.地层泥质含量为0.24,泥岩密度为2.55.求地层孔隙度和视石灰岩孔隙度.解:地层孔隙度=(2.65-2.25)/(2.65-1.0)-0.24*(2.65-2.55)/(2.65-1.0)=0.22地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.25)/(2.71-1.0)=0.27-0.10.00.10.20.3-0.10.00.10.20.30.4白云岩流体密度1.00.80.60.40.2视石灰岩密度孔隙度地层孔隙度图8－8视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、流体密度的关系（白云岩）Df16.116.0当时；Df16.116.0当时；0.00.10.20.30.00.10.20.30.40.5砂岩流体密度1.00.80.60.40.2视石灰岩密度孔隙度地层孔隙度图8－9视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、流体密度的关系（砂岩）D0.00.10.20.30.00.10.20.30.40.5灰岩流体密度1.00.80.60.40.2视石灰岩密度孔隙度地层孔隙度图8－10视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、流体密度的关系（灰岩）D流体密度＝1，D流体密度小于1，-0.10-0.050.000.050.100.150.200.250.300.35-0.10-0.050.000.050.100.150.200.250.300.35灰岩白云岩砂岩流体密度＝1视石灰岩密度孔隙度地层密度孔隙度D灰岩：D砂岩：图8－11视石灰岩密度孔隙度与地层岩性的关系（水层）D白云岩：1）、确定地层孔隙度在已知地层岩性及孔隙流体性质的条件下，应用下式即可确定地层孔隙度：3、地层密度测井资料的应用fmabma纯地层(8-18)fmashmashfmabmav泥质地层(8-19)2）、密度曲线与中子测井曲线重叠识别气层。气层：密度视石灰岩孔隙度大，密度低，中子孔隙度低。注：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）．3）、密度-中子测井交会图确定地层岩性及孔隙度。第三节岩性密度测井岩性密度测井利用伽马射线与地层的光电效应及康普顿效应，测定地层密度、孔隙度及岩性。一、岩性密度测井的基本原理1、井下仪岩性密度测井采用的井下仪与密度测井的相似。测井时，井下仪的滑板被推到井壁上，滑板上装有铯伽马源和长、短源距的伽马光子探测器。铯伽马源产生的伽马射线的能量为0.661MeV，这种能量的伽马光子通过地层时，其高能段的伽马射线，只受康普顿效应的影响，探测到的伽马光子数与地层密度有关。在低能谱段，伽马射线主要受光电效应的影响。低能段的伽马光子计数率与高能段的伽马光子计数率的比与地层的光电吸收截面指数Pe有线性关系，如图8-12所示。2、测量原理由此通过对测量长源距探测器开设高能段窗口、低能窗口，分别测量高能段及低能段伽马光子计数率。短源距探测器只设高能窗。由长、短源距探测器记录的高能段的伽马光子计数率确定地层密度。由长源距探测器记录的低能伽马光子计数率确定地层光电吸收截面指数和体积光电吸收截面U。岩性密度测井的输出为：地层密度、地层密度的泥饼校正值、光电吸收截面指数Pe和地层体积光电吸收截面U。如图8-13所示。二、岩性密度测井资料的应用1、确定岩性地层的光电吸收截面指数Pe和体积光电吸收截面U都可以用来识别岩性。fmaUUU)1((8-20)1UUma(8-21)一般流体的体积光电吸收截面远远低于矿物的体积光电吸收截面，所以，可以利用（8－21）计算矿物的体积光电吸收截面。另外，还可以应用Pe和孔隙度确定单矿物岩石的岩性。如图8-10所示。图版的使用方法：1）、有孔隙度确定一点a;2）、过a点做水平线与有Pe值所画的垂线相交一点b；3）、根据b点所在区域，确定单矿物岩石的岩性。2、计算储层的泥质含量泥质含量可有下式计算：mashmashUUUUV)1(3、识别重矿物一些重矿物的Pe值比较大，如重晶石（Pe=266.8），锆石（Pe=69.1），当地层含有这些重矿物时，地层的Pe显著增大，据此可识别重矿物。(8-22)小结一、地层密度为单位体积地层的质量。与地层岩性、孔隙度、孔隙流体性质有关。二、密度测井的输出为地层的视石灰岩孔隙度、地层密度及密度的校正值。三、岩性密度测井的输出为地层