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第九章第九章 中子测井中子测井 中子测井的核物理基础中子测井的核物理基础超热中子测井超热中子测井热中子测井热中子测井中子伽马测井中子伽马测井内容小结内容小结思索题思索题一、中子和中子源一、中子和中子源 1 1、中子、中子 中中子子是是组组成成原原子子核核不不带带电电的的微微小小粒粒子子，其其质质量量约约为为一一个个氢氢原原子子核核的的质质量量，与与质质子子以以很很强强的核力结合在一起，形成稳定的原子核。的核力结合在一起，形成稳定的原子核。第一节第一节 中子测井的核物理基础中子测井的核物理基础中能中子中能中子（1 keV-0.5MeV1 keV-0.5MeV）；）；快中子（快中子（能量大于能量大于0.5MeV0.5MeV）根据中子能量的大小，将中子分为根据中子能量的大小，将中子分为 慢中子慢中子（0-1keV0-1keV）以某种方式，给原子核以能量，引起核以某种方式，给原子核以能量，引起核反应，把中子从原子核中释放出来的装置反应，把中子从原子核中释放出来的装置叫中子源。叫中子源。测井运用两类中子源：同位素中源和测井运用两类中子源：同位素中源和加速器中子源。加速器中子源。2 2、中子源、中子源同位素中子源（镅铍中子源）：同位素中子源（镅铍中子源）：加速器（脉冲）中子源（加速器（脉冲）中子源（D DT T中子源）：中子源）：二、中子与物质的作用二、中子与物质的作用 依依据据入入射射中中子子的的能能量量，中中子子与与物物质质的的作作用用分分为：为：1 1、快中子非弹性散射、快中子非弹性散射 快快中中子子先先被被靶靶核核吸吸取取形形成成复复核核，而而后后再再放放出出一一个个能能量量较较低低的的中中子子，靶靶核核处处于于较较高高能能级级的的激激发发态态，激激发发态态的的靶靶核核以以伽伽马马射射线线的的形形式式释释放放出出能能量量以以回回到到基基态态，释释放放出出的的伽伽马马射射线线为为非非弹弹性性散射伽马射线，此作用为非弹性散射。散射伽马射线，此作用为非弹性散射。结果：结果：1 1）、）、快中子能量降低；快中子能量降低；2 2）、）、产生非弹性散射伽马射线；产生非弹性散射伽马射线；3 3）、快快中中子子与与不不同同靶靶核核产产生生的的非非弹弹性性散射伽马射线的能量不同散射伽马射线的能量不同产生的几率与中子能量有关，中子能量越产生的几率与中子能量有关，中子能量越高，产生的几率越大。高，产生的几率越大。2 2、快中子对原子核的活化、快中子对原子核的活化 快中子与稳定的原子核作用会发生（快中子与稳定的原子核作用会发生（n n，）、（）、（n n，p p）核反应。生成新的放射性核）核反应。生成新的放射性核素。此作用为活化核反应。素。此作用为活化核反应。特点：活化形成的新核素，油确定的半衰期，特点：活化形成的新核素，油确定的半衰期，其衰变产生的伽马射线为活化伽马射线。其衰变产生的伽马射线为活化伽马射线。如如，衰变放射出伽马射线衰变式为衰变放射出伽马射线衰变式为3 3、快中子的弹性散射、快中子的弹性散射 快快中中子子撞撞击击一一个个原原子子核核，撞撞击击后后中中子子和和靶靶核核组组成成的的系系统统的的总总动动能能不不变变，中中子子能能量量降降低低，靶靶核核仍仍处于基态，此作用为弹性散射。处于基态，此作用为弹性散射。快中子经多次弹性散射后，能量渐渐减小，快中子经多次弹性散射后，能量渐渐减小，最终变为超热中子和热中子。最终变为超热中子和热中子。快中子与不同靶核发生弹性散射时，快中子快中子与不同靶核发生弹性散射时，快中子变为超热中子或热中子所需时间不同。变为超热中子或热中子所需时间不同。1)特点：特点：宏观弹性散射截面宏观弹性散射截面 ：1 1立方厘米物质原子核立方厘米物质原子核的微观弹性散射截面之和。的微观弹性散射截面之和。2)描述此过程的参数：描述此过程的参数：微观弹性散射截面微观弹性散射截面 ：一个快中子和一个原子：一个快中子和一个原子核发生弹性散射的几率，单位为巴核发生弹性散射的几率，单位为巴减速长度减速长度 ：介质对快中子的减速长度与减速：介质对快中子的减速长度与减速距离有关，其关系如式（距离有关，其关系如式（9 91 1）所示）所示。（9 91 1）其中：其中：为减速距离，为快中子减速为热中子为减速距离，为快中子减速为热中子所移动的直线距离。所移动的直线距离。核素核素 钙钙 氯氯 硅硅氧氧碳碳氢氢9.510.1.74.24.845每次散射最大能量损失每次散射最大能量损失%810122128100热化所需平均散射次数热化所需平均散射次数37131626115011518表表9-19-1氢核素是最好的快中子减速核。氢核素是最好的快中子减速核。物质对快中子的减速能力取决于物质所含核素的物质对快中子的减速能力取决于物质所含核素的种类及数量。单位体积介质所含氢核素的个数越种类及数量。单位体积介质所含氢核素的个数越多，其减速能力越强。多，其减速能力越强。由表由表9 91 1得出：得出：4 4、热中子的俘获、热中子的俘获 热热中中子子的的俘俘获获：热热中中子子形形成成后后，有有高高密密度度区区向向低低密密度度区区扩扩散散，在在扩扩散散过过程程中中，被被靶靶核核俘俘获获，形形成成复复核核，处处于于激激发发态态的的复复核核以以伽伽马马射射线线的的形形式式放放出出多多余余的的能能量量，靶靶核核回回到到基基态态。释释放放的的伽伽马马射射线线叫俘获伽马射线。叫俘获伽马射线。描描述述靶靶核核俘俘获获热热中中子子实实力力的的参参数数为为：扩扩散散长长度、宏观俘获截面和热中子寿命。度、宏观俘获截面和热中子寿命。微观俘获截面微观俘获截面：一个原子核俘获热中子的几：一个原子核俘获热中子的几率叫该原子核的微观俘获截面。率叫该原子核的微观俘获截面。宏观俘获截面宏观俘获截面：1 1立方厘米物质原子核的微观立方厘米物质原子核的微观俘获截面之和叫宏观俘获截面。俘获截面之和叫宏观俘获截面。扩散长度扩散长度：从热中子产生到被俘获，热中子：从热中子产生到被俘获，热中子移动的直线距离为移动的直线距离为 ，则扩散长度定义为：，则扩散长度定义为：表表9-2 9-2 几种核素的微观俘获截面几种核素的微观俘获截面 核素 钙氯 硅氧碳氢硼镉（b)0.42320.160.00160.00450.3297593500其中：镉、硼核对热中子的俘获截面最大，氯核其中：镉、硼核对热中子的俘获截面最大，氯核对热中子的俘获截面也比较大。对热中子的俘获截面也比较大。的微观俘获截面的微观俘获截面49000 49000。热中子寿命热中子寿命：从热中子生成到它被俘获吸收为止所经：从热中子生成到它被俘获吸收为止所经过的平均时间。它与宏观俘获截面过的平均时间。它与宏观俘获截面 的关系为：的关系为：其中：其中：v为热中子移动速度，常温下，为热中子移动速度，常温下，v=0.22cm/s。注：注：1 1、地层对快中子的弹性散射截面越大，则对、地层对快中子的弹性散射截面越大，则对快中子的减速实力越强，快中子的减速距离越短。快中子的减速实力越强，快中子的减速距离越短。氢核素的减速实力强。氢核素的减速实力强。地层中的氢地层中的氢:1、地层水（孔隙，泥质）、地层水（孔隙，泥质）2、石油及自然气。、石油及自然气。地层中的氯：地层水（地层水矿化度）地层中的氯：地层水（地层水矿化度）2、地层对热中子的俘获截面越大，则对热中子的俘、地层对热中子的俘获截面越大，则对热中子的俘获实力越强，热中子扩散距离及寿命越短。氯核素的获实力越强，热中子扩散距离及寿命越短。氯核素的俘获实力强。俘获实力强。三、中子探测器三、中子探测器中中子子探探测测器器：利利用用超超热热中中子子、热热中中子子和和探探测测器器物物质质的的原原子子核核发发生生反反应应，放放出出电电离离能能力力很很强强的的带带电电离子以记录中子的装置。离子以记录中子的装置。硼探测器、锂探测器、氦三（硼探测器、锂探测器、氦三（）探测器，）探测器，它们的核反应分别为：它们的核反应分别为：其次节 超热中子测井一、超热中子测井的基本原理 1、基本概念源距：快中子源和超热中子探测器之间的距离。零源距：超热中子探测器的计数率不随地层减速实力的变更而变更。正源距：大于零源距的源距。此时，超热中子探测器的计数率随地层减速实力的增加而减小。中子测井一般接受正源距。2、超热中子测井仪、超热中子测井仪 超超热热中中子子测测井井仪仪有有快快中中子子源源和和超超热热中中子子探探测测器器组组成成。快快中中子子源源和和超超热热中中子子探探测测器器之之间间的的距距离离为为源源距距，一一般般运运用用同同位位素素中中子子源源及及接接受受正正源源距距。为为减减小小井井眼眼影影响响，测测井井时时，快快中中子子源源和和超热中子探测器贴靠井壁。如图超热中子探测器贴靠井壁。如图9-1所示。所示。3、测量原理、测量原理 由快中子源发出的快中子在地层中运动，与由快中子源发出的快中子在地层中运动，与地层中的各核素发生弹性散射，能量渐渐减小，地层中的各核素发生弹性散射，能量渐渐减小，速度降低，成为超热中子，其减速过程的长短与速度降低，成为超热中子，其减速过程的长短与地层中的核素类型及数量有关。不同岩性含水地层中的核素类型及数量有关。不同岩性含水地层的减速长度与孔隙度的关系如图地层的减速长度与孔隙度的关系如图9-2所示。所示。图图9-1、井壁中子测井仪示意图、井壁中子测井仪示意图探测器井眼中子源地层图图9-29-2：孔隙度相：孔隙度相同时，白云岩、同时，白云岩、石灰岩、砂岩的减石灰岩、砂岩的减速长度依次增加；速长度依次增加；岩性相同，随含水岩性相同，随含水孔隙度的增加，减孔隙度的增加，减速长度减小，减速速长度减小，减速实力增加。实力增加。图图9-2 减速长度与孔隙度的关系（饱含水纯地层）减速长度与孔隙度的关系（饱含水纯地层）减速长度砂岩白云岩石灰岩孔隙度 超热中子在空间的分布规律：以源为球心，呈对称分布，即超热中子密度在整个球面上是相同的。距源某一距离处，超热中子密度与介质的减速实力有关，减速距离越短，则在源旁边的超热中子密度越大；反之，在远处超热中子密度大。源距的选择原则：测井时一般选择长源距（正源距）。即在此源距下，超热中子计数率随地层减速实力的增加而减小。超热中子计数率与减速实力的关系曲线如图9-3所示。图9-3、计数计数率与率与含水含水孔隙孔隙度的度的关系关系曲线曲线 计数率孔隙度砂岩石灰岩白云岩二、超热中子测井资料应用二、超热中子测井资料应用1、测井资料的刻度、测井资料的刻度 中中子子测测井井仪仪器器一一级级裸裸眼眼井井刻刻度度是是在在淡淡水水饱饱和和的的试试验验室室标标准准井井眼眼中中进进行行的的。其其条条件件为为：井井径径7-7/8英英寸寸，井井内内充充溢溢淡淡水水，无无泥泥饼饼且且仪仪器器贴贴井井壁壁，地地层层处处于于1大气压和大气压和75的条件下。的条件下。其其标标准准岩岩性性地地层层包包括括：石石灰灰岩岩、砂砂岩岩和和白白云云岩岩。试试验验井井供供应应三三个个石石灰灰岩岩孔孔隙隙度度点点，孔孔隙隙度度分分别别为为26%、19%及及1.9%。2 2、超热中子测井的输出超热中子测井的输出 超热中子测井的输出为用完全含水纯超热中子测井的输出为用完全含水纯石灰岩地层刻度的石灰岩中子孔隙度。石灰岩地层刻度的石灰岩中子孔隙度。如图如图9-49-4所示。所示。图图9-49-4、超热中子超热中子测井曲线测井曲线 3、测井资料的应用、测井资料的应用 1）、泥饼影响）、泥饼影响 由于井壁中子测井仪为贴井壁测量，因此，测量结由于井壁中子测井仪为贴井壁测量，因此，测量结果不受井内介质的影响，但与泥饼有关。果不受井内介质的影响，但与泥饼有关。泥饼密度为泥饼密度为1.4 时：时：泥饼密度为2.5 其中：其中：-泥饼厚度（英寸）；泥饼厚度（英寸）；-超热中子孔隙度测井仪测量的视石超热中子孔隙度测井仪测量的视石灰岩孔隙度。灰岩孔隙度。2）、应用 （1）、确定地层孔隙度超热中子测井得到的地层孔隙度为视石灰岩孔隙度，其大小反映地层相对于方解石对快中子的减速实力。因此，其大小与地层岩性、孔隙流体性质有关。A、岩性：孔隙度为零的纯砂岩和白云岩，其视石灰岩孔隙度分别为-3.5%和5%。另外，石膏和泥岩的视石灰岩孔隙度比较大，前者为45%，后者大约为35%。B、孔隙流体性质：由于不同浓度的盐水、石油及自然气与淡水的减速实力不同，因此，当地层内含有这些流体时，测量的视石灰岩孔隙度与它们在孔隙内的相对含量有关。特殊是当孔隙内含有自然气时，由于自然气的减速实力特殊弱，致使测量的视石灰岩孔隙度特殊低，即由“挖掘效应”所致。岩性影响校正图版如图岩性影响校正图版如图9-5所示，所示，砂岩：砂岩：白云岩：白云岩：图图9-5、超热中超热中子测井子测井孔隙度孔隙度岩性校岩性校正图版正图版 井壁中子测井孔隙度井壁中子测井孔隙度已已知知岩岩性性的的真真孔孔隙隙度度砂岩白云岩石灰岩孔隙流体影响的校正公式：孔隙流体影响的校正公式：其中：其中：P-泥浆矿化度；泥浆矿化度；。测井响应与校正量之和等于地层孔隙度测井响应与校正量之和等于地层孔隙度。图图9-6 超超热中热中子子-密密度测度测井交井交会图会图 井壁中子孔隙度井壁中子孔隙度体体积积密密度度白云岩石灰岩砂岩天然气校正方向（2）、确定地层孔隙度和岩性）、确定地层孔隙度和岩性 中中子子孔孔隙隙度度与与声声波波时时差差或或密密度度测测井井组组合合构构成成交交会图，可以确定地层岩性及孔隙度。如图会图，可以确定地层岩性及孔隙度。如图9-6所示。所示。（3）、估计油气密度）、估计油气密度当当地地层层含含有有自自然然气气时时，地地层层密密度度减减小小，密密度度孔孔隙隙度度增增加加，而而井井壁壁中中子子孔孔隙隙度度减减小小。应应用用二二者者比比与与油油气气饱饱和和度度及及油油气气密密度度的的关关系系，即即可可估估计计油油气气密密度度。如如图图9-7所示。所示。图9-7、用 估计油气密度图版油气饱和度油气密度（4）、定性指示高孔隙度气层当地层含有自然气时，地层密度减小，密度孔隙度增加，而井壁中子孔隙度减小。由此，在含气高孔隙地层，两条曲线出现明显的分别，如图9-8所示。图9-8、与 曲线重叠显示气层 高孔隙度无侵入低孔隙度无侵入高孔隙度被侵入低孔隙度被侵入泥质砂岩密度孔隙度中子孔隙度第三节第三节 补偿中子测井补偿中子测井一、补偿中子测井的补偿原理一、补偿中子测井的补偿原理 补偿中子测井一是通过测量热中子补偿中子测井一是通过测量热中子计数率，确定地层的减速实力，推断计数率，确定地层的减速实力，推断地层岩性和计算地层孔隙度的一种测地层岩性和计算地层孔隙度的一种测井方法。井方法。方解石方解石 淡水淡水石英石英白云石白云石泥岩泥岩石膏石膏硬石膏硬石膏常见介质对快中子常见介质对快中子 的相对减速实力的相对减速实力影响热中子计数率的因素：影响热中子计数率的因素：1 1）、源距）、源距 源距确定的热中子探测器测量的热中子数与热中子源距确定的热中子探测器测量的热中子数与热中子在地层中的分布有关。（正源距）在地层中的分布有关。（正源距）2 2）、地层对快中子的减速实力。）、地层对快中子的减速实力。地层减速实力越强，接收器的热中子计数率越低。地层减速实力越强，接收器的热中子计数率越低。3 3）、地层对热中子的俘获实力。）、地层对热中子的俘获实力。地层对热中子的俘获实力越高，接收器的热中子计地层对热中子的俘获实力越高，接收器的热中子计数率越低。数率越低。图图9-9 补偿中子测井示意图补偿中子测井示意图 减速阶段热运动阶段地层井眼长源距探测器短源距探测器中子源1、井下仪、井下仪 补补偿偿中中子子测测井井仪仪如如图图9-9所所示示。一一个个快快中中子子源源、两两个个距距源源不不同同距距离离的的热热中中子子探探测测器器。测测井井时时仪仪器器居居中中测量。测量。2、补偿原理、补偿原理 测测井井时时，快快中中子子源源产产生生快快中中子子，快快中中子子打打入入地地层层后后，与与地地层层中中的的各各种种核核素素产产生生弹弹性性散散射射，能能量量渐渐渐渐减减弱弱，变变为为超超热热中中子子和和热热中中子子。在在匀匀整整无无限限介介质质中，点状快中子源产生的热中子的分布为：中，点状快中子源产生的热中子的分布为：其其中中：-热热中中子子计计数数率率；r-探探测测器器到到中中子子源的距离（源距）；源的距离（源距）；D-扩散系数；扩散系数；、-分别为减速长度和扩散长度；分别为减速长度和扩散长度；K-与仪器有关的系数。与仪器有关的系数。孔隙度超热中子参数 热中子参数 (%)L(cm)D(cm)淡水 盐水L(cm)D(cm)L(cm)D(cm)317.891.414.31.0713.11.08 1113.785.410.70.742 8.50.75 2311.580.47.70.514 5.60.523 3410.577.06.20.393 4.20.401 509.173.65.80.298 3.10.304 1007.068.82.80.167 1.70.171 表9-3 试验及计算的中子参数 L、D分别为减速长度和扩散长度分别为减速长度和扩散长度从表从表9-3知：知：超热中子的减速长度小于扩散长度超热中子的减速长度小于扩散长度(L D)；热中子的减速长度大于扩散长度热中子的减速长度大于扩散长度(L D)。当源距足够大时，两个探测器热中子计数率之比当源距足够大时，两个探测器热中子计数率之比仅于地层的减速实力有关。仅于地层的减速实力有关。、补偿中子测井的输出、补偿中子测井的输出 补偿中子测井的输出补偿中子测井的输出为用饱含水的石灰岩刻度为用饱含水的石灰岩刻度的石灰岩孔隙度的石灰岩孔隙度 。方解石方解石 淡水淡水石英石英白云石白云石泥岩泥岩石膏石膏硬石膏硬石膏地层对快中子的减速实力越强地层对快中子的减速实力越强,其值越大其值越大.与地层岩性、孔隙流体性质、孔隙度有关。与地层岩性、孔隙流体性质、孔隙度有关。图图9-10 9-10 补偿中补偿中子测井子测井曲线曲线中子孔隙度（%）石灰岩骨架补偿中子测井曲线补偿中子测井曲线补偿中子测井曲线补偿中子测井曲线二、含氢指数二、含氢指数 1 1、含氢指数定义、含氢指数定义 规定：淡水的含氢指数等于规定：淡水的含氢指数等于1 1。K K9 9 2、地层含氢指数、地层含氢指数 地层含氢指数大小与地层岩性、孔隙度及孔隙流地层含氢指数大小与地层岩性、孔隙度及孔隙流体性质有关。体性质有关。地层含氢指数越大，其中子孔隙度越高。地层含氢指数越大，其中子孔隙度越高。当用含水纯灰岩刻度中子测井仪时，认为方当用含水纯灰岩刻度中子测井仪时，认为方解石的含氢指数等于零。石英的含氢指数小于解石的含氢指数等于零。石英的含氢指数小于方解石的含氢指数。白云石的含氢指数大于方方解石的含氢指数。白云石的含氢指数大于方解石的含氢指数。解石的含氢指数。泥岩的含氢指数比较大。（泥岩的含氢指数比较大。（0.30.4）相同体积的流体，自然气的含氢指数最小。相同体积的流体，自然气的含氢指数最小。含水纯地层含水纯地层含油气纯地层含油气纯地层含水泥质地层含水泥质地层含油气泥质地层含油气泥质地层三、补偿中子测井的应用三、补偿中子测井的应用 1、中子测井的探测深度、中子测井的探测深度 中子测井的探测深度指从中子源动身又能到达探中子测井的探测深度指从中子源动身又能到达探测器的中子，在地层中所渗入的平均深度。它与孔隙测器的中子，在地层中所渗入的平均深度。它与孔隙度、骨架岩性、中子源能量、强热中子吸取剂浓度、度、骨架岩性、中子源能量、强热中子吸取剂浓度、地层的含氢指数及源距有关。一般而言，对孔隙性地地层的含氢指数及源距有关。一般而言，对孔隙性地层，补偿中子测井响应对离井壁层，补偿中子测井响应对离井壁8-10英寸内的地层英寸内的地层灵敏。若其他因素相同，仪器探测的地层体积随含氢灵敏。若其他因素相同，仪器探测的地层体积随含氢指数的降低而增加。补偿中子的探测深度大于井壁中指数的降低而增加。补偿中子的探测深度大于井壁中子的探测深度，如图子的探测深度，如图9-11所示。所示。图图9-11 9-11 中子和密中子和密度测井的度测井的探测深度探测深度（孔隙度（孔隙度为为35%35%的的砂岩）砂岩）密度补偿中子井壁中子砂岩孔隙度35%深度（in)相对频率2、补偿中子测井响应的校正、补偿中子测井响应的校正 补偿中子仪的刻度条件：仪器偏心，井径补偿中子仪的刻度条件：仪器偏心，井径7-7/8英寸，井眼和地层内充淡水，无泥饼或仪器与井壁英寸，井眼和地层内充淡水，无泥饼或仪器与井壁间的间隙，温度间的间隙，温度75，一大气压。若实际测井时偏，一大气压。若实际测井时偏离这些条件，则需进行校正。离这些条件，则需进行校正。其中：D-井径（英寸）。1）、井径影响）、井径影响井径影响的校正公式为：井径影响的校正公式为：2）、泥饼的影响）、泥饼的影响 其中：其中：为泥饼厚度（英寸）。为泥饼厚度（英寸）。3 3）、矿化度影响）、矿化度影响井内流体及地层流体含盐量对补偿中井内流体及地层流体含盐量对补偿中子测井读数具有确定的影响。子测井读数具有确定的影响。（1）井内流体：）井内流体：100,000ppm 氯化钠溶液氯化钠溶液井内流体井内流体250,000ppm 氯化钠溶液氯化钠溶液2）地层流体：地层流体：100,000ppm 氯化钠溶液氯化钠溶液 地层流体：地层流体：250,000ppm 氯化钠溶液氯化钠溶液 4）、岩性影响）、岩性影响（含水纯地层）（含水纯地层）砂岩砂岩：例例:含水纯砂岩地层的中子测井值含水纯砂岩地层的中子测井值15%.求地层孔隙度求地层孔隙度.解解:依据岩性校正公式依据岩性校正公式,得地层孔隙度得地层孔隙度:所以所以,地层孔隙度为地层孔隙度为19%.白云岩：白云岩：例例:已知两层含水白云岩地层的中子孔隙度分别为已知两层含水白云岩地层的中子孔隙度分别为13%、9%；求其孔隙度。；求其孔隙度。解：解：1、2、所以所以,地层孔隙度分别为地层孔隙度分别为%、3.3%。5）、油气影响）、油气影响 外部条件（压力、温度）相同时，自然气对快外部条件（压力、温度）相同时，自然气对快中子的减速实力小于同等体积水和石油的减速中子的减速实力小于同等体积水和石油的减速实力。实力。此处，此处，的最大值限于的最大值限于0.7。P-泥浆滤液矿化度泥浆滤液矿化度()。6）、泥质影响）、泥质影响 由于泥质的含氢指数大，当地层含泥质时，由于泥质的含氢指数大，当地层含泥质时，中子孔隙度增大。中子孔隙度增大。其中：其中：为邻近泥岩层的中子孔隙度测为邻近泥岩层的中子孔隙度测井响应。井响应。泥质含水地层：泥质含水地层：泥质含烃地层：泥质含烃地层：3、补偿中子测井的应用、补偿中子测井的应用 补补偿偿中中子子测测井井的的应应用用的的应应用用与与超超热热中中子子测测井井资资料的应用基本相同。料的应用基本相同。1）、确定地层孔隙度）、确定地层孔隙度 2）、与与声声波波时时差差或或密密度度测测井井组组合合形形成成双双孔孔隙隙度度交会图，确定地层岩性及孔隙度。交会图，确定地层岩性及孔隙度。3）、与与密密度度曲曲线线重重叠叠，推推断断气气层层。如如图图9-12所所示示。在在水水层层两两条条曲曲线线基基本本重重合合。从从左左到到右右，密密度度刻刻度度值值增增加加；中中子子刻刻度度值值减减小小。在在气气层层，两两条条曲曲线线明明显分别。显分别。图图9-12 密密度与度与补偿补偿中子中子曲线曲线重叠重叠识别识别气层气层图图 中子孔隙度密度孔隙度井径GR1、依据、依据GR曲线划曲线划分渗透层（低分渗透层（低GR）2、依据泥浆侵入特、依据泥浆侵入特征，确定油、气、征，确定油、气、水层。水层。3、依据中子、密度、依据中子、密度曲线的关系，识别曲线的关系，识别气层。（低密度、气层。（低密度、低中子孔隙度）低中子孔隙度）两条曲线两条曲线不重合不重合气层气层两条曲线两条曲线差异较小差异较小油层油层水层、气层的中子孔隙度与密度孔隙度关系水层、气层的中子孔隙度与密度孔隙度关系 第四节 中子伽马测井一、测井原理 1、井下仪井下仪由快中子源和伽马光子探测器组成。2、测量原理 快中子源产生快中子，快中子进入地层后，与地层中的各种核素发生弹性散射，中子能量降低，直至成为超热中子和热中子，形成的热中子进行扩散，并被地层中的靶核俘获，产生俘获伽马射线，中子伽马测井就是记录俘获伽马射线的强度，以对地层作进一步的说明。30 俘获伽马射线的空间分布与地层的含氢指数、地层俘获伽马射线的空间分布与地层的含氢指数、地层对热中子的俘获能力有关。而记录到的俘获伽马射线对热中子的俘获能力有关。而记录到的俘获伽马射线强度与俘获伽马射线的空间分布、源距有关。图强度与俘获伽马射线的空间分布、源距有关。图9-13为俘获伽马射线计数率与源距的关系曲线。为俘获伽马射线计数率与源距的关系曲线。图图9-13俘俘获伽马射获伽马射线计数率线计数率与源距的与源距的关系曲线关系曲线 计数率源距（cm)1淡水2盐水3-=0，10，20%的岩石2110%20%源距相同，淡水中的俘获伽马射线计数率低于盐水中的俘获伽马射线计数率；对于饱含淡水、孔隙度不同的地层，其计数率曲线相交一点，将此点对应的源距称为零源距。当源距小于零源距时，地层含水孔隙度越大（含氢指数大，减速实力强），俘获伽马射线计数率越高；当源距大于零源距时，地层含水孔隙度越大（含氢指数大，减速实力强），俘获伽马射线计数率越低。测井接受的源距为正源距（大于零源距）。二、测井资料的应用二、测井资料的应用 1、划分气层、划分气层含气地层的含氢指数低，减速能力差，中子伽马计含气地层的含氢指数低，减速能力差，中子伽马计数率高。如图数率高。如图9-14所示。所示。图图9-14用中用中子伽马测井子伽马测井曲线划分曲线划分气层气层 气层：快中子减速实力差，中子伽马计数率高气层：快中子减速实力差，中子伽马计数率高中子伽马曲线识别气层实例：中子伽马曲线识别气层实例：老资料显示：老资料显示：气层累计厚度气层累计厚度67.267.2米；米；新资料显示：原新资料显示：原67.267.2米米气层仅剩未水淹气层气层仅剩未水淹气层6 6米米/3/3层；层；日产气日产气3656036560立方米；立方米；累计产气累计产气 立方米。立方米。两层投产后日产气两层投产后日产气 。气层厚度气层厚度2 2米。米。日产气日产气累计产气累计产气 2、确定油水界面、确定油水界面 当油层和水层在岩性、孔隙性等方面相同，而当油层和水层在岩性、孔隙性等方面相同，而仅仅是孔隙流体性质不同时，由于水层的矿化度比仅仅是孔隙流体性质不同时，由于水层的矿化度比油层高，而二者的含氢指数基本相同，所以，油层油层高，而二者的含氢指数基本相同，所以，油层的中子伽马计数率低，水层的中子伽马计数率高。的中子伽马计数率低，水层的中子伽马计数率高。如图如图9-15所示。所示。图图9-15用用中子伽马中子伽马测井曲线测井曲线划分油水划分油水界面界面 小结小结一、中子为中性粒子，依据中子的能量，将一、中子为中性粒子，依据中子的能量，将中子分为快中子、中等中子、慢中子。其中，中子分为快中子、中等中子、慢中子。其中，慢中子又可分为超热中子和热中子。慢中子又可分为超热中子和热中子。二、不同能级的中子与物质的作用不同。快二、不同能级的中子与物质的作用不同。快中子与物质的作用中子与物质的作用:非弹性散射、弹性散射、非弹性散射、弹性散射、活化；而热中子与物质的作用仅为俘获。活化；而热中子与物质的作用仅为俘获。三、不同核素与快中子作用产生的非弹性散三、不同核素与快中子作用产生的非弹性散射伽马射线的能量不同。不同核素对快中子射伽马射线的能量不同。不同核素对快中子的减速实力也不同，氢核素的减速实力最大。的减速实力也不同，氢核素的减速实力最大。不同核素对热中子不同核素对热中子的俘获实力也不同，镉、硼、氯的热中子俘获实力的俘获实力也不同，镉、硼、氯的热中子俘获实力最强。最强。四、井壁中子孔隙度及补偿中子孔隙度测井都是通四、井壁中子孔隙度及补偿中子孔隙度测井都是通过测量地层对快中子的减速实力，计算地层孔隙度。过测量地层对快中子的减速实力，计算地层孔隙度。输出的视石灰岩孔隙度与地层岩性、孔隙度及孔隙输出的视石灰岩孔隙度与地层岩性、孔隙度及孔隙流体性质有关。流体性质有关。五、视石灰岩孔隙度曲线主要应用于：五、视石灰岩孔隙度曲线主要应用于：(1)确定地确定地层岩性；层岩性；(2)计算地层孔隙度；计算地层孔隙度；(3)与密度、声波时与密度、声波时差一起推断气层。差一起推断气层。六、中子伽马测井计数率与地层的减速实力和俘获六、中子伽马测井计数率与地层的减速实力和俘获实力有关。地层的减速实力强，计数率低；地层的俘实力有关。地层的减速实力强，计数率低；地层的俘获实力强，计数率高。计数率曲线主要用于划分油水获实力强，计数率高。计数率曲线主要用于划分油水层、识别气层。层、识别气层。补偿中子测井曲线补偿中子测井曲线与地层对快中与地层对快中子的减速能力子的减速能力有关；有关；相同体积的天相同体积的天然气与油水相然气与油水相比，天然气的比，天然气的减速能力弱；减速能力弱；气层的气层的 低。低。1、地层减速实力强，此值低。、地层减速实力强，此值低。2、地层对热中子的俘获实力（主要与地层水矿、地层对热中子的俘获实力（主要与地层水矿化度有关）强，此值大。化度有关）强，此值大。3、当用此曲线区分油、水层时，用性质、当用此曲线区分油、水层时，用性质2。4、当用此曲线区分气层、油水层时，用性质、当用此曲线区分气层、油水层时，用性质1。