脉冲中子测井优秀课件.ppt

脉冲中子测井211第1页，本讲稿共21页212第第1010章脉冲中子测井章脉冲中子测井 (Pulsed neutron logging)10.1 10.1 中子寿命测井中子寿命测井10.2 10.2 非弹性散射伽马能谱测井非弹性散射伽马能谱测井10.3 10.3 中子活化测井中子活化测井第2页，本讲稿共21页21310.1 10.1 中子寿命测井（中子寿命测井（NLLNLL）中子寿命测井中子寿命测井也叫热中子衰减时间测井也叫热中子衰减时间测井（TDTTDT），通过），通过测量热中子在地层中测量热中子在地层中的寿命，研究地层对热中子的俘获性质的寿命，研究地层对热中子的俘获性质，从而认识地层的一种中子测井方法。，从而认识地层的一种中子测井方法。一、中子寿命测井的基本原理一、中子寿命测井的基本原理10.1 10.1 中子寿命测井中子寿命测井 由井下仪器的脉冲中子源在井内向地层发射由井下仪器的脉冲中子源在井内向地层发射14Mev14Mev的快中子，经过和地层的的快中子，经过和地层的原子核发生非弹性散射和弹性散射逐渐减速成为热中子原子核发生非弹性散射和弹性散射逐渐减速成为热中子，直至被俘获产生伽马，直至被俘获产生伽马射线。射线。第3页，本讲稿共21页214 热中子热中子寿命的长短和物质的宏观俘获界面有关寿命的长短和物质的宏观俘获界面有关，地层介质的宏观俘获界面大，地层介质的宏观俘获界面大，热中子将迅速被俘获，热中子寿命就短，岩石的宏观俘获界面是岩石中各个核素的热中子将迅速被俘获，热中子寿命就短，岩石的宏观俘获界面是岩石中各个核素的微观俘获截面总和。微观俘获截面总和。沉积岩中，沉积岩中，除硼外，氯核素的微观俘获界面比其他核素大得多，所以岩石的宏除硼外，氯核素的微观俘获界面比其他核素大得多，所以岩石的宏观俘获截面的大小主要取决于氯的含量，即主要取决于地层水的矿化度观俘获截面的大小主要取决于氯的含量，即主要取决于地层水的矿化度。地层水的。地层水的含盐量越大，则其俘获截面越大，热中子寿命就越短。含盐量越大，则其俘获截面越大，热中子寿命就越短。10.1 10.1 中子寿命测井中子寿命测井第4页，本讲稿共21页215 记录热中子寿命或岩石的俘获截面能反映地层中含氯量的多少。记录热中子寿命或岩石的俘获截面能反映地层中含氯量的多少。盐水层比油盐水层比油层含氯量大层含氯量大，因此，盐水层有比油层宏观俘获截面大得多和热中子寿命小得多的特，因此，盐水层有比油层宏观俘获截面大得多和热中子寿命小得多的特点。点。可用来划分盐水层可用来划分盐水层。快中子变成热中子以后，热中子开始向周围扩散。在地层内的扩散中，地快中子变成热中子以后，热中子开始向周围扩散。在地层内的扩散中，地层中某点的热中子密度层中某点的热中子密度N N随时间按指数衰减：随时间按指数衰减：N0 N0开始衰减时的热中子密度；开始衰减时的热中子密度；N N经过时间经过时间T T的热中子密度；的热中子密度；岩石的热中子寿命。岩石的热中子寿命。10.1 10.1 中子寿命测井中子寿命测井第5页，本讲稿共21页216 测量俘获伽马射线强度或热中子密度，都可以求得地层的热中子寿命或者岩测量俘获伽马射线强度或热中子密度，都可以求得地层的热中子寿命或者岩石的宏观俘获截面石的宏观俘获截面。在两次发射脉冲中子之间，在俘获伽马射线强度随时间按指数规律衰减的在两次发射脉冲中子之间，在俘获伽马射线强度随时间按指数规律衰减的时间范围内，时间范围内，选取两个适当的延迟时间选取两个适当的延迟时间T1T1和和T2T2，分别在，分别在T1T1和和T2T2时间段内（时间段内（T1T1和和T2T2测量时间门），测量热中子被俘获所放出来的俘获伽马射线强度，测量时间门），测量热中子被俘获所放出来的俘获伽马射线强度，T1T1时刻和时刻和T2T2时刻的俘获伽马射线计数率分别为：时刻的俘获伽马射线计数率分别为：10.1 10.1 中子寿命测井中子寿命测井第6页，本讲稿共21页21710.1 10.1 中子寿命测井中子寿命测井 实际上测井中不测热中子密度而只测量与实际上测井中不测热中子密度而只测量与n1,n2n1,n2成正比的俘获成正比的俘获射线的计数率射线的计数率N1N1，N2N2。n n热中子密度热中子密度第7页，本讲稿共21页218整理后得：整理后得：T1 T1、T2T2已知，测量得到已知，测量得到N1N1、N2N2再由中再由中子寿命测井仪的专用计算线路，计算得到子寿命测井仪的专用计算线路，计算得到热中子寿命或宏观俘获截面热中子寿命或宏观俘获截面。提升仪器沿。提升仪器沿井身连续测量则会得到热中子寿命或宏观井身连续测量则会得到热中子寿命或宏观俘获截面曲线。俘获截面曲线。10.1 10.1 中子寿命测井中子寿命测井第8页，本讲稿共21页219二、中子寿命测井的应用二、中子寿命测井的应用1 1、划分油水层、划分油水层 矿化度较高的水层有比油层大的俘获截面矿化度较高的水层有比油层大的俘获截面（或较小（或较小的中子寿命），可用中子寿命测井曲线，划分油层和的中子寿命），可用中子寿命测井曲线，划分油层和盐水层。盐水层。2 2、观察油水或气水界面变化、观察油水或气水界面变化 采油过程中含水饱和度不断变化，油水界面向上移采油过程中含水饱和度不断变化，油水界面向上移动。动。在地层水矿化度较大的情况下，利用不同时间测在地层水矿化度较大的情况下，利用不同时间测的宏观俘获截面或中子寿命曲线，可以了解油水或气的宏观俘获截面或中子寿命曲线，可以了解油水或气水界面向上移动速度，水界面向上移动速度，井身由浅到深，井身由浅到深，中子寿命曲线中子寿命曲线在油水或气水界面处由高值变为较低值在油水或气水界面处由高值变为较低值。10.1 10.1 中子寿命测井中子寿命测井第9页，本讲稿共21页211010.1 10.1 中子寿命测井中子寿命测井第10页，本讲稿共21页21113 3、求含水饱和度、求含水饱和度 在地层孔隙度比较大，且地层水矿化度比较高的情况下，可以由中子寿在地层孔隙度比较大，且地层水矿化度比较高的情况下，可以由中子寿命测井的宏观俘获截面求含水饱和度命测井的宏观俘获截面求含水饱和度纯地层情况下的地层宏观俘获截面为：纯地层情况下的地层宏观俘获截面为：含泥质地层用的含水饱和度为：含泥质地层用的含水饱和度为：10.1 10.1 中子寿命测井中子寿命测井第11页，本讲稿共21页2112第第1010章脉冲中子测井章脉冲中子测井 (Pulsed neutron logging)10.1 10.1 中子寿命测井中子寿命测井10.2 10.2 非弹性散射伽马能谱测井非弹性散射伽马能谱测井10.3 10.3 中子活化测井中子活化测井第12页，本讲稿共21页211310.2 10.2 非弹性散射伽马能谱测井非弹性散射伽马能谱测井一、非弹性散射伽马能谱测井基本原理非弹性散射伽马能谱测井基本原理 非弹性散射伽马能谱测井是非弹性散射伽马能谱测井是利用脉冲中子源向地层发射利用脉冲中子源向地层发射14MeV14MeV高能中子，测量这些高能中子，测量这些快中子与地层物质的核素发生非弹性散射放出的伽马射线能谱快中子与地层物质的核素发生非弹性散射放出的伽马射线能谱的一种测井方法。的一种测井方法。1 1、概念、概念2 2、原理、原理 由于快中子与地层中不同核素发生非弹性散射放出具有不同特征能量的伽马射线，由于快中子与地层中不同核素发生非弹性散射放出具有不同特征能量的伽马射线，通过对非弹性散射伽马射线进行能量分析，分别测量各种能量的非弹性散射伽马射通过对非弹性散射伽马射线进行能量分析，分别测量各种能量的非弹性散射伽马射线强度，就可以确定地层中存在某种核素和它们各自的浓度线强度，就可以确定地层中存在某种核素和它们各自的浓度。根据不同核反应的时间分布，根据不同核反应的时间分布，按照时间先后仪器开有脉冲门、俘获门等测量门、按照时间先后仪器开有脉冲门、俘获门等测量门、分别接收非弹性散射伽马射线和俘获伽马射线分别接收非弹性散射伽马射线和俘获伽马射线。利用多道脉冲幅度分析器进行伽马能。利用多道脉冲幅度分析器进行伽马能谱分析，分别测量不同能量的非弹性散射伽马射线强度和俘获伽马射线强度。谱分析，分别测量不同能量的非弹性散射伽马射线强度和俘获伽马射线强度。10.2 10.2 非弹性散射伽马能谱测井非弹性散射伽马能谱测井第13页，本讲稿共21页2114二、非弹性散射伽马能谱测井的应用二、非弹性散射伽马能谱测井的应用 岩石内常见的核素中，岩石内常见的核素中，C C1212和和O O1616都具有较大的快都具有较大的快中子非弹性散射截面，并且所产生的非弹性散射伽中子非弹性散射截面，并且所产生的非弹性散射伽马射线均有较高的能量。马射线均有较高的能量。C C1212和和O O1616分别为油、气和分别为油、气和水的很好指示核素。所以非弹性散射伽马能谱测井水的很好指示核素。所以非弹性散射伽马能谱测井选择测量地层中的碳和氧所产生的非弹性散射伽马选择测量地层中的碳和氧所产生的非弹性散射伽马能谱，取其计数率比值（能谱，取其计数率比值（C/OC/O），来确定储层的含油），来确定储层的含油饱和度饱和度，称为碳氧能谱测井。，称为碳氧能谱测井。10.2 10.2 非弹性散射伽马能谱测井非弹性散射伽马能谱测井第14页，本讲稿共21页21151 1、确定含油饱和度、确定含油饱和度 不同的含油饱和度，碳氧比能谱测井得到的不同的含油饱和度，碳氧比能谱测井得到的C/OC/O不同，根据不同，根据C/OC/O和含油饱和度值的关系曲线，可以和含油饱和度值的关系曲线，可以由由C/OC/O确定含油饱和度。确定含油饱和度。只有在孔隙度比较大的情况下，由只有在孔隙度比较大的情况下，由C/OC/O确定的确定的SoSo才比较可靠。才比较可靠。岩性不同的地层岩性不同的地层C/OC/O和和SoSo有不同的关系曲线，石有不同的关系曲线，石灰岩比砂岩的高。灰岩比砂岩的高。10.2 10.2 非弹性散射伽马能谱测井非弹性散射伽马能谱测井第15页，本讲稿共21页21162 2、利用、利用C/OC/O测井曲线划分水淹层测井曲线划分水淹层 含油砂岩和含水砂岩的含油砂岩和含水砂岩的C/OC/O的相对的相对差别在差别在28%28%以上，而油层水淹后，水以上，而油层水淹后，水淹部分淹部分C/OC/O明显下降。明显下降。10.2 10.2 非弹性散射伽马能谱测井非弹性散射伽马能谱测井第16页，本讲稿共21页21173 3、以、以Si/CaSi/Ca定性指示岩性定性指示岩性 反应骨架中反应骨架中CaCOCaCO3 3含量的多少，并反映骨架含碳量的多少可作为含量的多少，并反映骨架含碳量的多少可作为C/OC/O测井解释的测井解释的参考。参考。4 4、确定孔隙度指数和泥质指数、确定孔隙度指数和泥质指数 中子不同的核素产生的俘获伽马射线能量也是不同的，因此，由俘获门接收并中子不同的核素产生的俘获伽马射线能量也是不同的，因此，由俘获门接收并作能量分析，所记录的氢、钙、硅以及铁的俘获伽马射线的计数率，可用来计算出作能量分析，所记录的氢、钙、硅以及铁的俘获伽马射线的计数率，可用来计算出孔隙度指数和泥质指数。孔隙度指数和泥质指数。钙钙+硅反应骨架，氢反应孔隙度，铁反应泥质。硅反应骨架，氢反应孔隙度，铁反应泥质。10.2 10.2 非弹性散射伽马能谱测井非弹性散射伽马能谱测井第17页，本讲稿共21页2118第第1010章脉冲中子测井章脉冲中子测井 (Pulsed neutron logging)10.1 10.1 中子寿命测井中子寿命测井10.2 10.2 非弹性散射伽马能谱测井非弹性散射伽马能谱测井10.3 10.3 中子活化测井中子活化测井第18页，本讲稿共21页211910.3 10.3 中子活化测井中子活化测井一、中子活化测井的基本原理一、中子活化测井的基本原理 用脉冲中子源，向地层发射用脉冲中子源，向地层发射14MeV14MeV的快中子，地层中某些稳定的核素，在中子的的快中子，地层中某些稳定的核素，在中子的照射下转变为放射性核素，即核被活化，照射下转变为放射性核素，即核被活化，快中子和热中子均可使核活化快中子和热中子均可使核活化。活化核具活化核具有一定较短的半衰期，衰变能发射出具有一定特征能量的伽马射线，称之为活化伽有一定较短的半衰期，衰变能发射出具有一定特征能量的伽马射线，称之为活化伽马射线马射线。按照活化伽马射线产生的时间分布特征，选择适当的照射时间、测量时间。按照活化伽马射线产生的时间分布特征，选择适当的照射时间、测量时间和能谱段，测量某种能量的活化伽马射线强度来识别地层中存在的核素及其浓度。和能谱段，测量某种能量的活化伽马射线强度来识别地层中存在的核素及其浓度。由于储层中的岩石骨架主要由由于储层中的岩石骨架主要由SiOSiO2 2、CaCOCaCO3 3等矿物组成，泥质含有较多的等矿物组成，泥质含有较多的AlAl2 2O O3 3，地层水中溶有，地层水中溶有NaClNaCl等矿物，所以等矿物，所以中子活化测井常以中子活化测井常以SiSi2828、CaCa4848、AlAl2727、ClCl3737为指示为指示核素核素。测量这些核素活化放出的具有不同特征能量的活化伽马射线强度就可以指。测量这些核素活化放出的具有不同特征能量的活化伽马射线强度就可以指示岩性、区分油水层。示岩性、区分油水层。又称为：又称为：硅测井、铝测井和氯测井硅测井、铝测井和氯测井。10.3 10.3 中子活化测井中子活化测井第19页，本讲稿共21页2120二、中子活化测井应用二、中子活化测井应用1 1、利用硅测井识别岩性、利用硅测井识别岩性 因为砂岩的骨架主要由因为砂岩的骨架主要由SiOSiO2 2组成，而碳酸盐岩地层组成，而碳酸盐岩地层却基本上不含却基本上不含SiSi，所以用硅测井可以有效地把砂岩和，所以用硅测井可以有效地把砂岩和碳酸盐岩区别开，并能在页岩中划出粉砂夹层。碳酸盐岩区别开，并能在页岩中划出粉砂夹层。2 2、利用硅铝比确定泥质含量、利用硅铝比确定泥质含量 一般泥岩的硅与铝的重量比为一般泥岩的硅与铝的重量比为2 2：1 1到到4 4：1 1，而纯砂岩，而纯砂岩的硅铝比非常高的硅铝比非常高，根据硅铝比与泥质含量建立关系曲线。，根据硅铝比与泥质含量建立关系曲线。铝是泥质中比较稳定的成分，用给出的硅铝比与泥质含量铝是泥质中比较稳定的成分，用给出的硅铝比与泥质含量关系曲线，可以求出泥质含量。关系曲线，可以求出泥质含量。3 3、利用硅钙比区分砂岩和碳酸盐岩、利用硅钙比区分砂岩和碳酸盐岩根据砂岩和碳酸盐岩的硅钙比不同，识别和区分。根据砂岩和碳酸盐岩的硅钙比不同，识别和区分。10.3 10.3 中子活化测井中子活化测井第20页，本讲稿共21页2121、中子寿命测井、非弹性散射伽马能谱测井、中子活化测井原理、中子寿命测井、非弹性散射伽马能谱测井、中子活化测井原理、中子寿命测井、非弹性散射伽马能谱测井、中子活化测井应用、中子寿命测井、非弹性散射伽马能谱测井、中子活化测井应用掌握内容掌握内容第21页，本讲稿共21页