1、（北京）（北京）本科生课程本科生课程地球物理测井方法地球物理测井方法CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM第第 3 章章 核测井核测井(Nuclear Logging)第第1节节 自然伽马和伽马能谱测井自然伽马和伽马能谱测井第第2节节 地层密度和岩性密度测井地层密度和岩性密度测井第第3节节 中子测井中子测井第第3節節 中子測井中子測井主要用于主要用于识别岩性识别岩性，计算孔隙度计算孔隙度、饱和度（套、饱和度（套管井）管井）利用利用中子源中子源照射地层（向地层发射中子）照射地层（向地层发射中子）用用中子探测器中子探测器或或伽马伽马探测器探测探测器探测中子与地层的中子与地层的相
2、互作用相互作用后的后的中子中子或或伽马伽马射线射线主要测井方法有：主要测井方法有：中子孔隙度测井中子孔隙度测井、中子寿命测、中子寿命测井、非弹性散射伽马能谱测井井、非弹性散射伽马能谱测井(C/O)(C/O)、元素俘获、元素俘获谱测井（谱测井（ECS)ECS)2GaoJ-3-31 1 中子测井的核物理基础中子测井的核物理基础一、中子和中子源一、中子和中子源1.1.中子：半衰期为中子：半衰期为11.711.7分钟，分钟，由核反应产生。由核反应产生。高能中子：高能中子：E En n 10 MeV 10 MeV快中子：快中子：10 keV 10 keV 10 MeV10 MeV中能中子：中能中子：10
3、0 eV 100 eV 10 keV10 keV慢中子：慢中子：0.03 eV 0.03 eV 100 eV100 eV按能量可分：按能量可分：E En n 1eV,1eV,超热中子超热中子E En n 0.025eV,0.025eV,热中子热中子Qpn3GaoJ-3-32.2.中子源：中子源：由核反应由核反应产生中子的装置产生中子的装置，分为连，分为连续中子源和脉冲中子源续中子源和脉冲中子源（1 1）连续中子源）连续中子源（同位素中子源）：（同位素中子源）：镅镅-铍中子源：铍中子源：423729341249212601954B+Np+CAmHeH+5.Vneee7M5MeV特点：体积小，制备
4、简单，连续发射中子特点：体积小，制备简单，连续发射中子,使用方便。使用方便。靶核靶核中子源强度：源单位时间内发射的中子数。中子源强度：源单位时间内发射的中子数。4GaoJ-3-3（2 2）脉冲中子源）脉冲中子源（加速器中子源，中子管）（加速器中子源，中子管）10322114H+He+17.5VHn88Me靶靶14MeV用直流高压加速到用直流高压加速到0.126MeV0.126MeV能量能量优点：强度高，发射单色中子，可人为控制优点：强度高，发射单色中子，可人为控制（产生脉冲中子）。（产生脉冲中子）。缺点：寿命短，一般只有几百个小时。缺点：寿命短，一般只有几百个小时。5GaoJ-3-3核聚变（核
5、聚变（核能核能）较较轻的原子核聚合轻的原子核聚合成较重的原子核而成较重的原子核而释放能量；释放能量；最常见是氘和氚聚最常见是氘和氚聚合成较重的氦，释放出能量；合成较重的氦，释放出能量；通过电解通过电解海水海水，可以得到大量的，可以得到大量的氘氘；锂锂也要从海水里提取，但要比也要从海水里提取，但要比提取氘难度大；理论上，提取氘难度大；理论上，1公斤氘公斤氘和和10公斤锂公斤锂（通过锂可以得到氚）（通过锂可以得到氚）发的电相当于发的电相当于1万吨煤万吨煤地球上海水中有地球上海水中有45万亿吨氘，足够人类使用万亿吨氘，足够人类使用60亿年亿年6GaoJ-3-32006年，中国、印度、日本、俄罗斯、韩
6、国、美国和欧盟的代表在年，中国、印度、日本、俄罗斯、韩国、美国和欧盟的代表在法国法国(反应堆地址所在国反应堆地址所在国)签署国际签署国际热核聚变热核聚变实验反应堆计划（实验反应堆计划（ITER）联合实施协定，联合实施协定，总投资额为总投资额为100亿欧元亿欧元,欧盟承担欧盟承担50，其余，其余6方承担方承担50；预计；预计35年年创造创造可控制可控制的产生聚变的的产生聚变的物理条件：物理条件：氘和氚的混合气体被加热到氘和氚的混合气体被加热到一一亿度亿度以上以上“托卡马克托卡马克”型磁场约束法型磁场约束法利用巨大环形超导磁场，对利用巨大环形超导磁场，对等离子等离子体进行加热、约束体进行加热、约束
7、二、中子与地层的作用二、中子与地层的作用1.1.快中子的快中子的非弹性散射非弹性散射（1 1）概念概念（2 2）非弹性散射（微观）截面）非弹性散射（微观）截面 一个中子与单位面积上的靶核发生非弹性散射一个中子与单位面积上的靶核发生非弹性散射的几率，的几率，单位是靶恩，即单位是靶恩，即1010-24-24cmcm2 2（1010-28-28mm2 2)快中子被快中子被靶核靶核吸收吸收,再放出一个较慢的中子再放出一个较慢的中子,激发态激发态的靶核一般发射的靶核一般发射光子光子后回到基态。后回到基态。中子的能量必中子的能量必须大于靶核的最低激发能级才能发生非弹性散射须大于靶核的最低激发能级才能发生非
8、弹性散射（随中子能量增大及靶核质量数的增大而增大）（随中子能量增大及靶核质量数的增大而增大）7GaoJ-3-3（3 3）中子非弹性散射的应用）中子非弹性散射的应用发生非弹性散射发生非弹性散射,产生产生射线射线,选择记录选择记录具有某具有某些些特征能量值的特征能量值的射线强度射线强度,可测出相应可测出相应核素的核素的相对含量相对含量。核素核素28Si40Ca12C16O非弹性散射伽马非弹性散射伽马（MeV）1.783.734.436.138GaoJ-3-32.2.快中子对核的快中子对核的活化活化快中子与某些快中子与某些稳定核素稳定核素发生核反应发生核反应产生的新核产生的新核是放射性核素是放射性核
9、素（称为活化核）（称为活化核）,发生衰变发生衰变,产生产生 或或 对测井有实用价值的活化核反应：对测井有实用价值的活化核反应：281281140131SiAlHn28281314AlSi Q AlAl2828半衰期为半衰期为2.3min2.3min，发射，发射光子能量为光子能量为1.728MeV1.728MeV对应于活化测井中的对应于活化测井中的“硅测井硅测井”，用于识别岩性，用于识别岩性活化伽马射线的强度很低且变化较慢活化伽马射线的强度很低且变化较慢9GaoJ-3-33.3.快中子的快中子的弹性散射及减速过程弹性散射及减速过程（1 1）快中子的弹性散射）快中子的弹性散射中子与原子核发生碰撞前
10、后中子与原子核发生碰撞前后,系统的系统的总动能不总动能不变变,中子所中子所损失的能量损失的能量全部转变为原子核的动全部转变为原子核的动能能,而原子核仍处于而原子核仍处于基态基态快中子经过非弹性散射后，降低了能量，没快中子经过非弹性散射后，降低了能量，没有足够的能量再发生非弹性散射时，它和原有足够的能量再发生非弹性散射时，它和原子核碰撞时就只能发生弹性散射而子核碰撞时就只能发生弹性散射而继续减速继续减速10GaoJ-3-3一次弹性散射，中子可能的最大能量损失为：一次弹性散射，中子可能的最大能量损失为：A A：靶核的质量数，：靶核的质量数，E E0 0：入射中子的初始能量：入射中子的初始能量氢核氢
11、核，A=1A=1，中子与氢核发生正碰撞时，中子，中子与氢核发生正碰撞时，中子将失去的最大能量是全部动能将失去的最大能量是全部动能碳核碳核,A=12,A=12，中子与碳核发生正碰撞时，中，中子与碳核发生正碰撞时，中子可能损失的最大能量是子可能损失的最大能量是0.284 E0.284 E0 011GaoJ-3-3max()AEEA20111中子与中子与靶核靶核每次弹性碰撞时，每次弹性碰撞时，平均能量损失平均能量损失为：为：02)1(2EAAE靶核质量数靶核质量数A A越小，中子的能量损失越大越小，中子的能量损失越大氢核氢核A A=1=1，中子与氢核弹性碰撞时失去能量最多，中子与氢核弹性碰撞时失去能
12、量最多（平均失去（平均失去50%50%的能量），而与碳核碰撞时，的能量），而与碳核碰撞时，每次碰撞平均损失每次碰撞平均损失14%14%的能量。的能量。氢核对中子的氢核对中子的减速能力最强。减速能力最强。12GaoJ-3-3（2 2）快中子减速时间和减速长度）快中子减速时间和减速长度减速时间减速时间:快中子由初始能量快中子由初始能量E E0 0 减速到能量为减速到能量为En=0.025eV=0.025eV的热中子所需的时间的热中子所需的时间f f减速距离减速距离:移动的移动的直线距离直线距离R R 13GaoJ-3-3岩石对快中子的减速能力岩石对快中子的减速能力主要主要由由含氢量含氢量决定决定石
13、英：石英：L Le e=37cm=37cm方解石：方解石：L Le e=35cm=35cm淡水：淡水：L Le e=7.7cm=7.7cm中子的中子的减速长度减速长度为：为：62RLe14GaoJ-3-3GaoJ-3-315The slowing of fast neutrons with time by elastic collision with formation nuclei4.4.热中子扩散和被俘获热中子扩散和被俘获（1 1）热中子的扩散：）热中子的扩散：热中子从中子密度大的区域向中子密度小的热中子从中子密度大的区域向中子密度小的区域扩散，直至被介质的原子核区域扩散，直至被介质的原子
14、核俘获俘获为止。为止。热中子：热中子：温度温度2525时，能量为时，能量为0.025eV0.025eV，速度，速度为为2.22.210105 5cm/scm/s16GaoJ-3-3（2 2）辐射俘获核反应）辐射俘获核反应靶核靶核俘获一个热中子后成为俘获一个热中子后成为激发态激发态的复核，的复核，放出放出光子光子后回到基态，反应中放出的后回到基态，反应中放出的射线射线称为称为俘获俘获射线射线17GaoJ-3-3不同原子核俘获热中子放出的俘获不同原子核俘获热中子放出的俘获射线射线具有具有不同的特征能量不同的特征能量。35136361701717Cl+nClCl(6.11)MeV测量地层中测量地层中
15、俘获伽马总强度俘获伽马总强度中子伽马测井中子伽马测井测量测量特定能量的俘获伽马特定能量的俘获伽马俘获伽马能谱测井俘获伽马能谱测井H、Si、Cl、Ca、Fe18GaoJ-3-3（3 3）宏观俘获截面及热中子寿命）宏观俘获截面及热中子寿命宏观俘获截面宏观俘获截面a a：1cm1cm3 3的介质中所有原子核的介质中所有原子核微观俘获截面的和。微观俘获截面的和。地层中常见核素的微观俘获截面：地层中常见核素的微观俘获截面：Cl H C O Mg Al Si Ca B31.6 0.329 0.0045 0.0016 0.46 0.215 0.13 0.43 710热中子的寿命热中子的寿命：中子从变为热中子
16、的瞬间：中子从变为热中子的瞬间起，到被吸收的时刻止，所经过的平均时间。起，到被吸收的时刻止，所经过的平均时间。av 119GaoJ-3-3（4 4）超热中子超热中子和和热中子热中子通量通量的空间分布的空间分布中子通量：每秒钟内通过中子通量：每秒钟内通过1cm1cm3 3岩石的中子数岩石的中子数 中子探测器的中子探测器的计数率与中子通量计数率与中子通量成正比成正比超热中子的通量：超热中子的通量：热中子的通量：热中子的通量：L Le e为快中子减速长度，为快中子减速长度，L Lt t为热中子的扩散长度为热中子的扩散长度D De e、D Dt t为快中子和热中子的扩散系数为快中子和热中子的扩散系数/
17、()4er LeeerD r/222()()4()etrrtttetLLLeerD LLrr20GaoJ-3-3（5 5）(超超)热中子计数率与源距、孔隙度关系热中子计数率与源距、孔隙度关系对孔隙度灵敏度为零的对孔隙度灵敏度为零的 L L 称称为为零源距零源距大于零源距，称为大于零源距，称为正源距正源距小于零源距，称为负源距小于零源距，称为负源距（1 1）L L 较小时，孔隙度（较小时，孔隙度（含含氢量氢量）越高计数率越高）越高计数率越高（2 2）L L 较大时，孔隙度较大时，孔隙度越高计数率越低越高计数率越低21GaoJ-3-3三、三、中子的探测中子的探测10117503BnLi2.792M
18、eV613301LinH4.780MeV313201HenHp0.765MeV利用以上反应产生的利用以上反应产生的或或p p粒子使探测器的计数粒子使探测器的计数管管气体电离形成气体电离形成电脉冲电脉冲信号，或使探测器的闪信号，或使探测器的闪烁体形成烁体形成闪烁荧光产生闪烁荧光产生电脉冲电脉冲信号，记录中子信号，记录中子22GaoJ-3-32 2 中子孔隙度测井中子孔隙度测井一、测量原理一、测量原理2.2.用中子探测器探测用中子探测器探测热中子或超热中子热中子或超热中子,得得到到计数率计数率3.3.计数率的大小计数率的大小主要主要决定于决定于地层的含氢量地层的含氢量4.4.在在淡水石灰岩淡水石灰
19、岩刻度井中建立刻度井中建立计数率与孔计数率与孔隙度隙度的转换关系的转换关系1.1.由中子源产生由中子源产生5MeV5MeV的的快中子快中子5.5.用转换关系得到的孔隙度称为用转换关系得到的孔隙度称为视石灰岩中视石灰岩中子孔隙度子孔隙度23GaoJ-3-3二、物质的二、物质的含氢指数含氢指数H H1.1.含氢指数含氢指数H H定义：定义：2.2.含氢指数含氢指数H H的表达式：的表达式：ANxHM 1cm1cm3 3物质中的氢核数与物质中的氢核数与1cm1cm3 3淡水中氢核数的淡水中氢核数的比值比值1cm1cm3 3物质中的氢核数：物质中的氢核数：24GaoJ-3-3式中：式中：MM化合物的摩
20、尔质量，化合物的摩尔质量，g/mol;g/mol;体积密度，体积密度，g/cmg/cm3 3；x x 每个分子中的氢原子数；每个分子中的氢原子数；NNA A Avogadro常数；常数；K K 待定系数待定系数AMKNxH含氢指数：含氢指数：25GaoJ-3-3对于对于淡水淡水：H=1H=1，而，而x=2x=2，g/cmg/cm3 3，M=18M=18 g/mol g/mol因此，物质的含氢指数可由下式确定：因此，物质的含氢指数可由下式确定：代入得：代入得：H=KNH=KNA A2/18=12/18=1，所以：，所以：KNKNA A9 9AMKNxHMxH926GaoJ-3-33.3.油气的含
21、氢指数油气的含氢指数 油气的分子式：油气的分子式：CHx CHx 分子量：分子量：12+x 12+x 密度：密度：h hhhxxH129对于对于石油石油（C Cn nH Hnxnx):):密度密度0 00.250.25000005.2165.2495.24Hx如果如果0 0=0.85=0.85H H0 0=1.034=1.034MxH927GaoJ-3-30.55gH25.0gggH1636对于对于天然气天然气（CHCH4 4)：hhxxH12928GaoJ-3-34.4.饱和饱和淡水纯石灰岩淡水纯石灰岩的含氢指数的含氢指数(Hydrogen Index)(Hydrogen Index)：()
22、wmaHHH 1 水水骨架骨架H 1maV单位体积纯石灰岩单位体积纯石灰岩孔隙度即是含氢指数孔隙度即是含氢指数，对淡水石灰岩，对淡水石灰岩29GaoJ-3-3 中子测井仪在饱含中子测井仪在饱含淡水的纯石灰岩（孔隙度淡水的纯石灰岩（孔隙度已知）已知）刻度井中将热中子或者超热中子计数率刻度井中将热中子或者超热中子计数率刻度为孔隙度，记为刻度为孔隙度，记为 NN，常称，常称中子孔隙度或视中子孔隙度或视石灰岩中子孔隙度石灰岩中子孔隙度（即含氢指数）（即含氢指数）对饱含淡水的纯对饱含淡水的纯石灰岩石灰岩：N N=对饱含淡水的纯对饱含淡水的纯砂岩砂岩：N N 30GaoJ-3-35.5.与有效孔隙度无关的
23、含氢指数与有效孔隙度无关的含氢指数（1 1）泥质泥质：因含束缚水和结晶水，因而有很：因含束缚水和结晶水，因而有很高的含氢指数。大小由泥质孔隙体积和粘土矿高的含氢指数。大小由泥质孔隙体积和粘土矿物成分决定物成分决定 42CaSO2H O00.49,49%NH 时，（2 2）石膏：石膏：31GaoJ-3-3（3 3）岩性影响：仪器以纯石灰岩为标准刻度时）岩性影响：仪器以纯石灰岩为标准刻度时 石灰岩骨架：石灰岩骨架：H=0H=0 砂岩骨架：砂岩骨架：H=-0.01 H=-0.01 -0.050.05 白云岩骨架：白云岩骨架：H=0.01 H=0.01 0.0850.085（4 4）气的影响（）气的影
24、响（挖掘效应挖掘效应影响）影响）因中子测井的探测范围是因中子测井的探测范围是冲洗带冲洗带，所以当冲洗，所以当冲洗带有带有残余气残余气时，对纯石灰岩，其含氢指数为：时，对纯石灰岩，其含氢指数为：+H 流体的 骨架的32GaoJ-3-3(1)xowxohHS HSH测井时会出现测井时会出现 ：N N S SXOXO=XOXO 当当H Hh h=0,=0,即把含即把含天然气天然气的孔隙体积的孔隙体积当作当作石灰岩石灰岩骨架处理时骨架处理时 NN还小于还小于 XOXO，说明，说明天然气对快中天然气对快中子的减速能力比石灰岩骨架还差，子的减速能力比石灰岩骨架还差，所以显示为所以显示为负的含氢指数负的含氢
25、指数，把天然气对中子测井的这种影，把天然气对中子测井的这种影响称为响称为挖掘效应挖掘效应。应该：应该：NN S SXOXO(=(=XOXO)Hw=1,Hh033GaoJ-3-3 NN=V=V3 3 H Hww=3 3V1（石灰岩）（石灰岩）V2（石灰岩）（石灰岩）V3（水）（水）V1(石灰岩）石灰岩）V2(气气)V3(水水)NN N40岩岩 盐盐 D N56砂砂 岩岩 D=N0石灰岩石灰岩 D N813白云岩白云岩 D N16硬石膏硬石膏 D N1030泥泥 岩岩 D N40岩岩 盐盐 D N56砂砂 岩岩 D=N0石灰岩石灰岩 D N813白云岩白云岩 D N16硬石膏硬石膏 D N1030
26、泥泥 岩岩 D N40岩岩 盐盐 D N56砂砂 岩岩 D=N0石灰岩石灰岩 D N813白云岩白云岩 D N16硬石膏硬石膏 D N1030泥泥 岩岩 D N40岩岩 盐盐 D N56砂砂 岩岩 D=N0石灰岩石灰岩 D N813白云岩白云岩 D N16硬石膏硬石膏 D N1030泥泥 岩岩 D1m,h1m,和和较准，用半幅点分层较准，用半幅点分层h1m,h1m,受围岩影响受围岩影响60GaoJ-3-3发射中子脉冲后，选择时刻发射中子脉冲后，选择时刻t t1 1和和t t2 2测量测量热中子热中子，得到计数率得到计数率NN1 1、NN2 2121020,ttNN eNN e2112ttNeN
27、2112lnlnttNNPNN PNN（脉冲中子中子测井）（脉冲中子中子测井）:测量热中子计数测量热中子计数率率,得到热中子寿命得到热中子寿命61GaoJ-3-3五、应用（主要在套管井求饱和度）五、应用（主要在套管井求饱和度）响应方程响应方程(1)(1)含水纯岩石含水纯岩石1maw mama、ww 岩石骨架及地层水的宏观俘获截面岩石骨架及地层水的宏观俘获截面适用条件：孔隙度中到高适用条件：孔隙度中到高,泥质含量小泥质含量小,地层水矿地层水矿化度高化度高(大于大于50000ppm)50000ppm)的地层。的地层。62GaoJ-3-3maNLLwma NLL 对完全含水的纯地层对完全含水的纯地层
28、 NLLNLL 对地层水含盐量不高的油层对地层水含盐量不高的油层 NLLNLL 中子寿命资料按含水纯岩石计算的地中子寿命资料按含水纯岩石计算的地层孔隙度层孔隙度63GaoJ-3-3（2 2）含油气纯地层）含油气纯地层11mawwwhSS mamahwwhS h h油气的宏观俘获截面油气的宏观俘获截面64GaoJ-3-3一、基本原理一、基本原理脉冲中子源脉冲中子源:发射发射14MeV14MeV的快中子脉冲的快中子脉冲伽马能谱仪伽马能谱仪:测量测量非弹性散射伽马非弹性散射伽马及及俘获伽俘获伽马马能谱数据，处理后得到碳氧能谱数据，处理后得到碳氧比或硅钙比等曲线比或硅钙比等曲线优点：计算含水饱和度与矿
29、化度无关优点：计算含水饱和度与矿化度无关缺点：测速非常低，仪器昂贵，探测深度浅缺点：测速非常低，仪器昂贵，探测深度浅4 4 次生伽马能谱测井次生伽马能谱测井65GaoJ-3-366GaoJ-3-3核核 素素28Si40Ca12C16O非弹性散射伽马非弹性散射伽马（MeV）1.783.834.436.1367GaoJ-3-3核核 素素1H28Si35Cl40Ca56Fe俘获伽马俘获伽马(MeV)2.233.441.95 6.116.64 7.426.147.64核核 素素28Si28Al16O48Ca活化伽马活化伽马(MeV)1.7821.0130.8426.177.123.084 4.071B
30、GO/NaI非弹性散射伽马能谱图（仪器谱）非弹性散射伽马能谱图（仪器谱）1.1.C、O、Si、Ca的非弹性散射伽马能谱的非弹性散射伽马能谱GaoJ-3-368BGO/NaI俘获伽马能谱图（仪器谱）俘获伽马能谱图（仪器谱）2.2.H、Si、Cl、Ca、Fe的俘获伽马能谱的俘获伽马能谱GaoJ-3-369二、次生伽马能谱的测量二、次生伽马能谱的测量Baker Atlas公司的公司的RPM对给定的核素开设能窗对给定的核素开设能窗还原数据处理还原数据处理记录记录Si计数率曲线（俘获），计数率曲线（俘获），Si,Ca计数率比值计数率比值曲线（俘获），曲线（俘获），Ca,Si计数率比值（非弹），计数率比值
31、（非弹），C,O比计数率比值（非弹）比计数率比值（非弹）1.70GaoJ-3-32.Schlumberger公司的公司的GST测量非弹性散射伽马及俘获伽马的仪器谱测量非弹性散射伽马及俘获伽马的仪器谱71GaoJ-3-31）中子脉冲持续）中子脉冲持续20s，隔，隔100 s 发射一次发射一次2 2）发射中子期间（）发射中子期间（20 s 内），记录伽马谱内），记录伽马谱（包括非弹性伽马，俘获伽马，活化伽马）（包括非弹性伽马，俘获伽马，活化伽马）3）在）在2040 s内记录本底谱（俘获内记录本底谱（俘获+活化），活化），则：发射谱则：发射谱-本底谱本底谱=净的非弹性谱净的非弹性谱4）然后在）然后在
32、4084 s 测量俘获伽马仪器谱测量俘获伽马仪器谱72GaoJ-3-3三、能谱数据处理三、能谱数据处理输出的各种比值曲线及其意义输出的各种比值曲线及其意义比值比值测量性质测量性质参数含义参数含义符号符号其它意义其它意义C/O非弹性射散射非弹性射散射指示油气指示油气COR ,岩性岩性Cl/H俘获俘获指示含盐量的比值指示含盐量的比值SIRSW,Vsh,H/(Si+Ca)俘获俘获指示孔隙度比值指示孔隙度比值PIR岩性岩性,VshFe/(Si+Ca)俘获俘获指示铁含量比值指示铁含量比值IIRVsh,岩性岩性Si/(Si+Ca)俘获及非弹性射俘获及非弹性射散射散射指示岩性的比值指示岩性的比值LIR S/
33、(Si+Ca)俘获及非弹性射俘获及非弹性射散射散射指示硬石膏含量的指示硬石膏含量的比值比值AIR岩性岩性73GaoJ-3-3四、四、C/O 应用应用非弹性模式：非弹性模式：13 13 25cm25cm俘获模式：俘获模式：20 20 30cm30cm探测深度：探测深度：CORCOR曲线的解释曲线的解释（1 1）用能谱仪对已知岩性和孔隙度，完全含）用能谱仪对已知岩性和孔隙度，完全含油和完全含水的岩样测量油和完全含水的岩样测量C/OC/O，得其差值，得其差值R R（2 2）绘）绘CORCOR与孔隙度的交会图与孔隙度的交会图 骨架点与完全含水的资料点连线为水线骨架点与完全含水的资料点连线为水线 骨架点
34、与完全含油的资料点连线为油线骨架点与完全含油的资料点连线为油线 74GaoJ-3-3000.23 1.9552(1)SCORS当孔隙度小于当孔隙度小于15%15%时，时，COR COR 求求含水饱和度分辨含水饱和度分辨力较差力较差（3 3）建立经验公式）建立经验公式如大庆油田对锗（锂）谱仪建的砂岩公式如大庆油田对锗（锂）谱仪建的砂岩公式75GaoJ-3-3五、中子俘获伽马能谱测井热中子能与大多数元素发生俘获反应。利用中子与地层热中子能与大多数元素发生俘获反应。利用中子与地层各种元素作用发生俘获核反应，瞬发的伽马射线能量不各种元素作用发生俘获核反应，瞬发的伽马射线能量不同，测量和分析同，测量和分
35、析俘获伽马俘获伽马能谱，可以确定地层元素成分能谱，可以确定地层元素成分和含量，该测井方法称为和含量，该测井方法称为中子俘获伽马能谱测井中子俘获伽马能谱测井。该方法几乎能确定地层中的全部元素成分，然后该方法几乎能确定地层中的全部元素成分，然后应用氧应用氧化物闭合模型化物闭合模型确定岩石的矿物组成，为复杂岩性识别和确定岩石的矿物组成，为复杂岩性识别和地层评价开辟了新的途径。因此，通常称为地层评价开辟了新的途径。因此，通常称为地层元素测地层元素测井井(Formation Element Logging)或或地球化学测井地球化学测井(Geochemical Logging)。GaoJ-3-376地质应
36、用依据：地质应用依据：n矿物的化学成分稳定时，矿物中的元素的百分比基本保持不变；矿物的化学成分稳定时，矿物中的元素的百分比基本保持不变；n地壳中有地壳中有100多种元素，但前多种元素，但前9种元素占全部元素质量的种元素占全部元素质量的98.13%，只要能精确测量这些元素的含量，则完全可确定地层的矿物含量。只要能精确测量这些元素的含量，则完全可确定地层的矿物含量。O(46.50%)、Si(25.70%)、Al(7.65%)、Fe(6.24%)、Ca(5.79%)、Mg(3.23%)、Na(1.81%)、K(1.34%)等GaoJ-3-377地层元素测井仪器地层元素测井仪器（Schlumberge
37、r 公司）公司）ECS:Elemental Capture Spectroscopy tool采用单BGO探测器及Am-Be中子源中子源，伽马射线的能量范围为0.68MeV，纵向分辨率和探测深度分别为18in.和9in.，不受钻井液类型影响，能够确定6种元素：Si、Ca、Fe、S、Ti和Gd。ECS能够实现的主要功能有实时的元素分析；能够实现的主要功能有实时的元素分析；不借助自然伽马确定粘土含量；能够进行复不借助自然伽马确定粘土含量；能够进行复杂储层矿物分析及岩性识别。杂储层矿物分析及岩性识别。ECS测井仪测井仪DetectorNPLCAcquisitionCartridgeAmBe Sour
38、ceBGO Crystaland PMTBoron SleeveElectronicsHeat SinkDewar FlaskGaoJ-3-378地层元素测井仪器地层元素测井仪器（Schlumberger公司）公司）Litho Scanner 由高频率的D-T脉冲中子发生器脉冲中子发生器以及高分辨率的LaBr3(溴化镧)探测器，采用相应的中子和伽马屏蔽体来消除井眼等环境伽马的影响，通过氧化物与岩性关系进行复杂岩性识别。能量记录范围：110MeV，纵向分辨率18in.，输出：元素产额、元素含量、TOC、矿物含量和骨架属性等参数。能够确定的元素种类主要有Si、Ca、Fe、Mg、S、Al、K、C、M
39、n、Ti、Gd、Cu、Ni等13种元素。Litho Scanner仪器结构示意图仪器结构示意图GaoJ-3-379地层元素测井仪器（地层元素测井仪器（Halliburton公司）公司）GEM测井仪测井仪GEMGamma ray Elemental Mineralogical Analysis Logging tool GEM测井仪采用测井仪采用Am-Be中子源中子源和和BGO探测器，测井过程中能够实时输出元素探测器，测井过程中能够实时输出元素含量进行地层岩性评价。含量进行地层岩性评价。仪器贴井壁测量，可在直径仪器贴井壁测量，可在直径20in.的井的井眼进行测量；可以在油基钻井液、水基眼进行测量
40、；可以在油基钻井液、水基钻井液及空气钻井条件下使用，纵向分钻井液及空气钻井条件下使用，纵向分辨率为辨率为18in.，探测深度，探测深度6in.；能够确定；能够确定Mg、Al、Si、K、Ca、Ti、Mn、Fe、Gd等等8种元素含量，种元素含量，GEM能够进行矿能够进行矿物成分分析，确定骨架密度及孔隙度。物成分分析，确定骨架密度及孔隙度。GaoJ-3-380地层元素测井仪器（地层元素测井仪器（Baker Hughes公司）公司）FLeXFormation Lithology eXplorer 由高频率的D-T脉冲中子发生器脉冲中子发生器、BGO晶体闪烁探测器、高速井下传输线路和高强度钛外壳组成，并
41、采用相应的中子和伽马屏蔽体来消除井眼等环境伽马的影响，通过氧化物与岩性关系进行复杂岩性识别。FLeX测井仪脉冲中子工作时序分为两个阶段，测井仪脉冲中子工作时序分为两个阶段，第一阶段包括第一阶段包括950个重复短周期，每个短周期个重复短周期，每个短周期工作时间为工作时间为100s，其中，其中1040s记录非弹伽记录非弹伽马信息，马信息，50100s记录俘获伽马信息；第二记录俘获伽马信息；第二阶段包括阶段包括50个工作时间为个工作时间为100s的短周期，记的短周期，记录伽马本底谱，能够确定录伽马本底谱，能够确定Al、C、Ca、Fe、Gd、K、Mg、S、Si、Ti等等10元素。元素。GaoJ-3-3
42、81左图为巴左图为巴XX井井ECS测井资料处理成果测井资料处理成果图。图中第图。图中第1道为计算的矿物重量百分道为计算的矿物重量百分比，包括粘土比，包括粘土(CLAY)，石英，石英/长石长石/云母云母类类(QFM)，碳酸盐岩，碳酸盐岩(CARB)，黄铁矿，黄铁矿(PYRITE)。第。第3、第、第4、第、第5、第、第6、第、第7、第、第8、第、第9道分别为铝元素重量百分比道分别为铝元素重量百分比(DWAL)，硅元素重量百分比，硅元素重量百分比(DWSI)，钙元素重量百分比钙元素重量百分比(DWCA)，铁元素重，铁元素重量百分比量百分比(DWFE)，硫元素重量百分比，硫元素重量百分比(DWSU)，
43、钛元素重量百分比，钛元素重量百分比(DWTI)，轧元素重量百分比轧元素重量百分比(DWGD)。本井储层主要矿物为石英本井储层主要矿物为石英/长石类砂岩长石类砂岩、泥岩、白云石，黄铁矿主要以结核状、泥岩、白云石，黄铁矿主要以结核状及分散状形式分布于地层中。及分散状形式分布于地层中。地地层层元元素素测测井井应应用用实实例例巴巴XX井井ECS测井成果图测井成果图GaoJ-3-3821.地层对快中子的减速能力主要取决于地层的含地层对快中子的减速能力主要取决于地层的含 量，而对量，而对热中子的俘获能力取决于地层的含热中子的俘获能力取决于地层的含 量。当地层含天然气量。当地层含天然气时，由于时，由于 效应
44、的影响，使得测量的中子孔隙度比实际效应的影响，使得测量的中子孔隙度比实际地层孔隙度偏地层孔隙度偏 。83GaoJ-3-3本节习题本节习题2.岩石中，水和石油的快中子减速长度岩石中，水和石油的快中子减速长度Lf最小，而方解石，石最小，而方解石，石英的英的Lf很大，这是由于很大，这是由于 ；对热中子的扩散长度；对热中子的扩散长度Ld来说，来说，以岩盐为最小，而方解石、石英则很大，原因是以岩盐为最小，而方解石、石英则很大，原因是 。3.简述补偿中子孔隙度测井的原理及曲线主要用途简述补偿中子孔隙度测井的原理及曲线主要用途 4.中子源发出的快中子与岩石作用要经历哪几个过程中子源发出的快中子与岩石作用要经
45、历哪几个过程?它们分它们分别与岩石中元素的哪些特性有关别与岩石中元素的哪些特性有关?6.试述平均能量为试述平均能量为14.1MeV的快中子和至少包括石英、石油的快中子和至少包括石英、石油和水的地层可能发生哪些作用，并说明根据这些作用进行和水的地层可能发生哪些作用，并说明根据这些作用进行的测井能解决哪些储集层评价问题。的测井能解决哪些储集层评价问题。7.在在10%孔隙度砂岩中，含气饱和度为孔隙度砂岩中，含气饱和度为50%，预期的视石灰，预期的视石灰岩 中 子、密 度 孔 隙 度 是 多 少？天 然 气 的 密 度岩 中 子、密 度 孔 隙 度 是 多 少？天 然 气 的 密 度 ch=0.25g/cm3，含氢指数为，含氢指数为2.25 ch；砂岩骨架密度为；砂岩骨架密度为 ma=2.65g/cm3，含氢指数为，含氢指数为 Nma=-0.05。84GaoJ-3-35.阐述与有效孔隙度无关的含氢指数是由那些因素造成的。阐述与有效孔隙度无关的含氢指数是由那些因素造成的。
