《自然伽马测井》PPT课件.ppt

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1、 主要内容主要内容1伽马测井核物理基础伽马测井核物理基础2自然伽马测井原理自然伽马测井原理3自然伽马能谱测井自然伽马能谱测井 伽马测井核物理基础伽马测井核物理基础伽马测井主要利用伽马射线与介质的作用研究地层的放射性特性伽马测井主要利用伽马射线与介质的作用研究地层的放射性特性的测井方法的测井方法,主要有伽马测井主要有伽马测井,密度测井等密度测井等.一核衰变及其放射性一核衰变及其放射性1 原子的结构原子的结构 中子中子 原子核原子核 原子原子 质子质子 核外电子核外电子 2同位素和放射性核素同位素和放射性核素核素核素:具有相同数量的质子和中子的原子核并且在同一能具有相同数量的质子和中子的原子核并且

2、在同一能态上的原子态上的原子同位素同位素:质子数相同中子数不同质子数相同中子数不同 稳定稳定核素核素(结构和能量不变化结构和能量不变化)核素核素 不稳定核素不稳定核素(结构和能量发生变化并放射出射线结构和能量发生变化并放射出射线)不稳定核素也叫不稳定核素也叫放射性核素放射性核素3核衰变核衰变 放射性核素的原子核自发释放出一种带电离子放射性核素的原子核自发释放出一种带电离子,蜕变成为另外蜕变成为另外原子核同时放射出伽马射线的过程称为原子核同时放射出伽马射线的过程称为核衰变核衰变 二伽马射线与物质的作用二伽马射线与物质的作用由于伽马射线能量不同由于伽马射线能量不同,与物质的作用不同与物质的作用不同

3、,一般有光电效应一般有光电效应,康普顿效应和电子对效应康普顿效应和电子对效应1 光电效应光电效应 当伽马射线能量较小时它与原子中的电子碰撞当伽马射线能量较小时它与原子中的电子碰撞,并将能并将能量传给电子量传给电子,使电子脱离原子而运动使电子脱离原子而运动,伽马射线被吸收并释放伽马射线被吸收并释放出光电子出光电子.发生光电效应几率与伽马射线能量以及吸收物质的原子序数发生光电效应几率与伽马射线能量以及吸收物质的原子序数有密切关系有密切关系.随原子序数增加而迅速增加随原子序数增加而迅速增加,但随伽马射线能量但随伽马射线能量增加而迅速减小增加而迅速减小.一般发生光电效应的几率为一般发生光电效应的几率为

4、:2康普顿效应康普顿效应 当伽马射线能量中等时它与原子的外层电子发生作用当伽马射线能量中等时它与原子的外层电子发生作用,并把一部分能量传给电子并把一部分能量传给电子,使电子从一方向射出使电子从一方向射出,此电子称此电子称为为康普顿电子康普顿电子,损失部分能量的伽马射线向另一方向散射损失部分能量的伽马射线向另一方向散射.伽马射线通过物质时发生康普顿效应引起伽马射线能量减伽马射线通过物质时发生康普顿效应引起伽马射线能量减弱弱,其减弱程度用康普顿吸收系数表示其减弱程度用康普顿吸收系数表示:3电子对效应电子对效应 当伽马射线能量大于时它与物质的原子核发生作用当伽马射线能量大于时它与物质的原子核发生作用

5、,伽伽马射线转化为一对电子马射线转化为一对电子(正负电子正负电子).伽马射线通过单位厚度物质时发生电子对效应引起伽马射伽马射线通过单位厚度物质时发生电子对效应引起伽马射线强度减弱线强度减弱,其减弱程度用电子对吸收系数表示其减弱程度用电子对吸收系数表示:4伽马射线的吸收伽马射线的吸收 当伽马射线穿过物质时它与物质发生作用当伽马射线穿过物质时它与物质发生作用,伽马射线伽马射线强度减弱强度减弱,其规律为其规律为:三伽马射线探测三伽马射线探测(实验实验)1 放电计数管放电计数管2闪烁计数管闪烁计数管 四岩石的自然放射性四岩石的自然放射性岩石的自然放射性确定于岩石所含的放射性岩石的自然放射性确定于岩石所

6、含的放射性核核素的种类和数量素的种类和数量 一般一般:火成岩火成岩:放射性最强放射性最强;变质岩变质岩:次之次之;伽马射线强度高的岩石伽马射线强度高的岩石:深海相泥质沉积岩深海相泥质沉积岩沉积岩沉积岩:最弱最弱.伽马射线强度中等的岩石伽马射线强度中等的岩石:浅海相和陆相沉积的泥浅海相和陆相沉积的泥岩岩 伽马射线强度弱的岩石伽马射线强度弱的岩石:砂岩砂岩 石灰岩等石灰岩等自然伽马测井是在井内测量岩石中自然自然伽马测井是在井内测量岩石中自然存在的放射性核素在核衰变过程中放射存在的放射性核素在核衰变过程中放射出来的伽马射线强度来研究地质问题的出来的伽马射线强度来研究地质问题的一种测井方法一种测井方法

7、.4.2 自然伽马测井原理自然伽马测井原理 一自然伽马测井原理一自然伽马测井原理1 自然伽马测井仪器自然伽马测井仪器 地面仪器地面仪器 井下仪器井下仪器:探测器探测器 放大电路等放大电路等2 测量过程测量过程 地层中的地层中的伽马射线伽马射线通过泥浆到达通过泥浆到达探测器探测器,探测器把它变探测器把它变成成电脉冲电脉冲进行放大形成电信号进行放大形成电信号,再通过电缆到达地面仪器再通过电缆到达地面仪器,变变换成换成电脉冲数电脉冲数/每分钟每分钟(强度强度)进行记录进行记录 井下仪器在井内自下而上移动测量井下仪器在井内自下而上移动测量,就连续记录井剖面岩就连续记录井剖面岩层的自然伽马强度层的自然伽

8、马强度,称为称为自然伽马测井曲线自然伽马测井曲线(GR).自然伽马测井曲线自然伽马测井曲线(GR)单位单位:计数率计数率(1/MIN)或或API 二自然伽马测井曲线二自然伽马测井曲线1 自然伽马测井曲线探测范围自然伽马测井曲线探测范围自然自然 伽马测井曲线记录的主要是仪器附近以探测器为球心伽马测井曲线记录的主要是仪器附近以探测器为球心半径为半径为3045厘米范围内岩石放射出的自然伽马射线厘米范围内岩石放射出的自然伽马射线2 曲线特点曲线特点1)当上下岩石相同时曲线对称当上下岩石相同时曲线对称;2)在高放射性地层在高放射性地层,曲线的极大值出现在地层中心曲线的极大值出现在地层中心,且随地层且随地

9、层厚度增加而增加厚度增加而增加,当厚度大于当厚度大于3倍井眼直径时极大值为一常数倍井眼直径时极大值为一常数;3)当厚度大于当厚度大于3倍井眼直径时曲线半幅点对应于地层上下界倍井眼直径时曲线半幅点对应于地层上下界面面.1积分电路的影响积分电路的影响(测速测速*积分电路时间常数积分电路时间常数)由于记录仪器中的积分电路具有惰性由于记录仪器中的积分电路具有惰性(充充/放电需要放电需要时间时间),输出电压相对于输入要滞后一段时间而仪器输出电压相对于输入要滞后一段时间而仪器又在移动又在移动,可能使测井曲线发生畸变可能使测井曲线发生畸变,主要为主要为:极大值减小极大值减小,且不在地层中心而向上移动且不在地

10、层中心而向上移动,视厚度视厚度增大增大,半幅点上移半幅点上移.一般一般:地层厚度越小地层厚度越小,积分电路的影响越大积分电路的影响越大,曲线畸曲线畸变越严重变越严重.实际测井中要适当控制测井速度实际测井中要适当控制测井速度.三自然伽马测井曲线影响因素三自然伽马测井曲线影响因素 2放射性涨落的影响放射性涨落的影响由于地层中的放射性核素的由于地层中的放射性核素的衰变是随机的且彼此独立衰变是随机的且彼此独立,同同时伽马射线被探测到也是偶时伽马射线被探测到也是偶然独立的然独立的,使得每次测量结果使得每次测量结果不完全相同但结果满足统计不完全相同但结果满足统计规律规律,这种现象叫这种现象叫放射性涨落放射

11、性涨落或统计起伏现象或统计起伏现象.3地层厚度的影响地层厚度的影响厚度增加极大值变大厚度增加极大值变大4井眼的影响井眼的影响井眼直径变大相当于伽马射线通过的路程变大井眼直径变大相当于伽马射线通过的路程变大,被吸收的几率被吸收的几率变大变大,被探测几率变小被探测几率变小,曲线值变小曲线值变小;同时泥浆的种类同时泥浆的种类(含放射含放射性物质或非放射性物质性物质或非放射性物质)也对曲线值有影响也对曲线值有影响四自然伽马测井曲线的应用四自然伽马测井曲线的应用1划分岩性划分岩性2地层对比地层对比与电阻率曲线相比与电阻率曲线相比,GR具有具有:1 与地层水和泥浆浓度无关与地层水和泥浆浓度无关;2 与地层

12、孔隙所含流体性质无关与地层孔隙所含流体性质无关;3)容易找到标准层容易找到标准层.3 计算泥质含量计算泥质含量1)相对比值法相对比值法:2)斯伦贝谢方法斯伦贝谢方法:自然伽马能谱测井自然伽马能谱测井一自然伽马能谱自然伽马能谱铀铀 钍钍 钾放射出的伽马钾放射出的伽马射线能量不同射线能量不同如钾如钾铀铀 钍有各种能量的伽钍有各种能量的伽马射线但大部分分布在马射线但大部分分布在1.3MEV,1.3MEV,钍在有一明显峰钍在有一明显峰,可作可作为钍的特征峰为钍的特征峰铀在有一明显峰铀在有一明显峰,可作可作为铀的特征峰为铀的特征峰二自然伽马能谱测井原理自然伽马能谱测井原理 自然伽马能谱测井仪器的井下仪器

13、与自然伽马自然伽马能谱测井仪器的井下仪器与自然伽马测井基本相同测井基本相同,将入射的伽马射线能量的大小将入射的伽马射线能量的大小以脉冲的幅度大小输出以脉冲的幅度大小输出,不同的是地面仪器不同的是地面仪器,自自然伽马能谱测井仪器地面部分有多道脉冲幅度然伽马能谱测井仪器地面部分有多道脉冲幅度分析器分析器,该分析器将能量谱分为该分析器将能量谱分为5个能量窗个能量窗.W3:1.321.575MEV(含特征谱含特征谱的的 钾钾窗窗)W4:1.652.39MEV(含特征谱含特征谱的的铀铀窗窗)W5:2.4752.765MEV(含特征谱含特征谱的的钍钍窗窗)5个能量窗输出的信号分别进入个能量窗输出的信号分别

14、进入5个计数器进行计个计数器进行计数解谱得到相应的数解谱得到相应的铀铀 钍钍 钾的含量钾的含量.仪器在井中移动测量就可以得到四条曲线仪器在井中移动测量就可以得到四条曲线:自然伽马总计数率自然伽马总计数率(SGR),铀的含量铀的含量(URAN),(URAN),钍的含量钍的含量(THOR)(THOR)钾的含量钾的含量(POTA)(POTA)三自然伽马能谱测井资料应用自然伽马能谱测井资料应用1研究生油层;2寻找页岩储集层3寻找高放射性储集层;4研究沉积环境;5求泥值含量作业已知纯砂岩和纯泥岩地层的自然伽马曲线 值为40API和140API且此口井一很厚的老地层的自然伽马曲线为50API，求此层的泥值含量