脉冲中子测井剖析优秀PPT.ppt

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1、第十章第十章 脉冲中子测井脉冲中子测井 脉冲中子测井是运用脉冲中子源的一类测井方法，主要有热中子寿命测井、碳氧比能谱测井和中子活化测井等。一、热中子寿命测井（一、热中子寿命测井（NLL）热中子寿命测井（Neutron Lifetime Log），也称热中子衰减时间测井（Thermal Decay Time Log，TDT）。在地层中，宏观俘获截面和热中子寿命主要在地层中，宏观俘获截面和热中子寿命主要与氯的含量有关，与地层水矿化度有关。与氯的含量有关，与地层水矿化度有关。测井时用脉冲中子源向地层放射能量为14MeV的中子，测量经地层慢化而又返回井眼内的热中子或俘获伽马射线，依据计数率随时间的衰减

2、，算出地层的热中子宏观俘获截面 或寿命 ，可在裸眼井特殊是套管井中求出地层的含水饱和度的一种测井方法。1、岩石的热中子宏观截面和寿命、岩石的热中子宏观截面和寿命（1）热中子寿命 热中子寿命 ，是指热中子从产生的瞬间起到被俘获的时刻止所经验的平均时间。计算时，它等于热中子已有63.2%被俘获而剩下的还有原来热中子数的36.8%所经过的时间。（2）宏观俘获截面）宏观俘获截面 单位体积介质中全部原子核的微观俘获截面之和。（3）与的关系热中子寿命与地层对热中子的宏观俘获截面成反比关系，即地层的宏观俘获截面越大，热中子寿命越小。（4）岩石的热中子寿命和宏观俘获截面）岩石的热中子寿命和宏观俘获截面岩石中矿

3、物的热中子宏观俘获截面石英、方解石、白云石的热中子宏观俘获截面都很小；氯的热中子俘获截面比硅、钙、镁、氢、氧等高一到几个数量级；矿物中硼、汞等宏观俘获截面特殊大。岩石骨架的热中子宏观俘获截面岩石值范围砂岩813石灰岩810白云岩812岩浆岩1518.6页岩25.266.2孔隙流体的热中子宏观俘获截面纯水在常温下 ，地层水中通常含有氯，通常为 ；原油的热中子宏观截面通常范围为在 自然气的热中子宏观截面与它的组成、地层压力和温度有关，一般为 泥质的宏观俘获截面粘土岩的宏观俘获截面主要是硼的贡献，其次是氯、氢、铝、钾、铁、钆等元素的贡献，粘土岩和储层中的泥质的宏观俘获截面变更范围为 地层的热中子宏观

4、俘获截面纯岩石的热中子宏观俘获截面为：当地层含有泥质时：2、热中子寿命测井原理、热中子寿命测井原理（1）热中子的空间分布 热中子产生后，它在地层中发生扩散，地层中某点的热中子密度按指数规律随时间衰减：（2）热中子寿命的测量原理 任何时刻存在的俘获伽马射线的强度与仪器四周中子密度成正比。因此刻度后，我们记录（测量）俘获伽马射线强度，可以求得（计算出）热中子的寿命（或地层宏观俘获截面）。T1时刻：探测器记录的俘获伽马射线的计数率 ，T2时刻：探测器记录的俘获伽马射线的计数率（3）中子寿命测井地质意义（与地层性质的关系来探讨地层）在沉积岩中，氯核素的微观俘获截面比其他核素的微观俘获截面大得多。也就是

5、说岩石的宏观俘获截面主要取决于地层中氯的含量，或说取决于地层水的矿化度。假如当地层水矿化度较高时，即氯的含量相对较高时，那么对于水层和油层来说，水层的宏观俘获截面要大于油层，而热中子寿命则小于油层。3、热中子寿命测井的应用、热中子寿命测井的应用（1）划分油、水、气层 利用双源距探测器的计数率比值，含油段和含气段有明显差异；矿化度较高的水层有比油层大的俘获截面（或较小的热中子寿命）。（2）监测油、水或气、水界面的变更 油层在采油过程中含水饱和度不断变更，油水界面对上移动，利用不同时间测量的宏观俘获截面或中子寿命，则可以了解油水或气水界面变更状况。（3）求孔隙度求孔隙度（4）求含水饱和度 假如已知

6、，则对含油气纯地层来说：含泥质地层中：4、注硼中子寿命测井对于矿化度较低的地层，热中子寿命测井不再适用。由于淡水的宏观截面和油的宏观截面相近；所以无法来区分油水性。思路：先测一条宏观截面曲线，此时有：在地层注入确定浓度的硼酸，再测量宏观截面，有：二、非弹性散射伽马能谱测井（碳氧比二、非弹性散射伽马能谱测井（碳氧比能谱测井）能谱测井）利用脉冲中子源以确定的脉冲宽度和重复周期向地层放射14 MeV的高能快中子，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的能谱，并对伽马射线进行能谱分析，求出碳氧等比值进而确定含油饱和度的一种测井方法。1、非弹性散射伽马能谱测井基本原理、非弹性散射伽马

7、能谱测井基本原理（1）快中子的非弹性散射伽马射线 地层中能与快中子发生非弹性散射而产生伽马射线的核素主要是 ，最显著的谱线是6.13MeV、4.43MeM、3.73MeV和1.78MeV，在测井中选用这四种核素作为碳、氧、硅、钙的指示核素。（2）测井原理 14MeV的高能快中子打入地层，在放射中子的脉冲时间间隔内主要发生非弹性散射，并放射非弹性散射伽马射线，然后才能发生弹性散射，最终被地层俘获，这也是中子在地层中所经验的三个过程。依据不同反应的时间分布，依据时间先后仪器开有脉冲门、俘获门等，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谱分析，测量非弹性散射伽马射线

8、和俘获伽马射线的强度，进而确定地层中存在的各种核素及其浓度，获得含油饱和度等地层参数。2、碳氧比能谱测井的应用、碳氧比能谱测井的应用（1）确定含油饱和度一般依据 和含油饱和度的关系曲线来确定 ，见图（10-4）。给定 可由其它孔隙度测井资料得到；（2）利用测井曲线划分水淹层 利用 在油、水层的差别可知，假如油层被水淹，则对于水淹层 下降，这也是划分水淹层的依据。（3）岩性指数定性指示岩性 纯碳酸盐岩，岩性指数接近于零；纯砂岩岩性指数近于1，但会受到套管外水泥环的影响；利用硅、钙非弹产额比指示岩性，几乎不受孔隙度、含油饱和度和地层水矿化度的影响。（4）确定孔隙度指数、泥质指数和矿化度指数 用所记

9、录的氢、钙、硅以及铁的俘获伽马射线的计数率，计算孔隙度指数、泥质指数和矿化度指数。3、目前国内的脉冲中子能谱仪（1）PND-S测井仪接受两种脉冲放射方式向地层放射高能快中子，一种是接受固定频率（1428Hz）的放射；另一种是接受伺服放射方式（200-1000Hz）。该仪器有远近两个（NaI）探头，其中长短源距分别为45.86cm和29.2cm。探测来自2种放射方式下的脉冲中子和地层发生核反应释放的次生非弹性散射、活化及俘获伽马射线。用CATO代替了传统的C/O值作为油的指示。接受非弹性散射能谱中105keV-4.5MeV能量范围（C、Ca、Si、Mg等元素）的非弹性散射伽马射线计数率与大于4.

10、5Mev能量范围（氧的6.13Mev全能峰及5.62MeV，5.11Mev逃逸峰）的非弹性散射伽马射线计数率比值。（2）RST测井仪 RST具有非弹性-俘获、俘获-等三种测量模式，通过GSO闪烁晶体探头测量快中子与地层核素发生非弹性散射，俘获自然释放出来的次生伽马射线进行能谱分析和热中子衰减时间分析，求取储层的C/O和宏观俘获截面的测井方法。（3）RMT测井仪 RMT中子发生器以两种方式放射14MeV的高能快中子，非弹性模式C/O测井模式脉冲中子放射频率为10kHz；俘获模式(TMDL多门热中子衰减时间测井模式)脉冲中子放射频率为800 Hz。用双BGO闪烁晶体探测这些次生伽马射线。源距近探头

11、29.2cm；远探头52.07 cm。（4）RPM测井仪 RPM主要有两种模式，碳氧比能谱测井(C/O)模式和脉冲中子俘获测井(PNC)模式该测井仪以2种方式放射14MeV的高能快中子，非弹性散射方式脉冲中子放射频率为10kHz，俘获方式脉冲中子放射频率为1000Hz。（5）PNN测井仪简介测井仪简介 PNN（Pulse Neutron-Neutron）测井仪是脉冲中子-中子仪器的简称，通过远、近两个He-3计数管探测热中子，由热中子的时间谱求出地层的宏观截面，进而求取含水饱和度的新一代的套管井储层评价测井技术。三、中子活化测井 1、中子活化测井的基本原理（1）活化的概念 用脉冲中子源向地层放

12、射14Mev的快中子，中子使地层中的某些稳定的核素转化成放射性核素核被活化。（2）活化伽马射线 活化核不稳定，且一般半衰期较短，活化核衰变放出活化伽马射线。留意：不同核衰变产生的射线的特征能量是不同的。因此，记录不同能量的活化射线，可以用来识别地层中存在的核素及浓度。2、氧活化测井 氧的存在是依据监测氧原子核的快中子活化后放射出的伽马射线来确定的：水流的速度是依据中子源到探测器的距离及活水流的速度是依据中子源到探测器的距离及活化水通过探测器的时间确定出来的，是一种已化水通过探测器的时间确定出来的，是一种已知距离的时间测量。知距离的时间测量。仪器参数及性能如下仪器参数及性能如下a)a)探测器源距探测器源距近探测器源距近探测器源距 0.45m 0.45m中探测器源距中探测器源距 0.90m 0.90m远探测器源距远探测器源距 1.80m 1.80mb)b)测量范围及误差测量范围及误差探测器种类探测器种类 探测范围探测范围 近探测器近探测器 0.7-2.1cm/s,10%0.7-2.1cm/s,10%中探测器中探测器 2.1-38cm/s,5%2.1-38cm/s,5%远探测器远探测器 38-70cm/s,10%38-70cm/s,10%