1、第九章第九章 中子測井中子測井 中子測井的核物理基礎(chǔ)中子測井的核物理基礎(chǔ)超熱中子測井超熱中子測井熱中子測井熱中子測井中子伽馬測井中子伽馬測井內(nèi)容小結(jié)內(nèi)容小結(jié)思考題思考題一、中子和中子源一、中子和中子源 1 1、中子、中子 中子是組成原子核不帶電的微小粒子，中子是組成原子核不帶電的微小粒子，其質(zhì)量約為一個氫原子核的質(zhì)量，與質(zhì)子以很其質(zhì)量約為一個氫原子核的質(zhì)量，與質(zhì)子以很強的核力結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。強的核力結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。 第一節(jié)第一節(jié) 中子測井的核物理基礎(chǔ)中子測井的核物理基礎(chǔ)中能中子中能中子（1 keV -0.5MeV1 keV -0.5MeV）；）； 快中子（快中子（能

2、量大于能量大于0.5MeV0.5MeV）根據(jù)中子能量的大小，將中子分為根據(jù)中子能量的大小，將中子分為 慢中子慢中子（0-1keV0-1keV） 熱中子）超熱中子（eV102 . 0 以某種方式，給原子核以能量，引起核以某種方式，給原子核以能量，引起核反應(yīng)，把中子從原子核中釋放出來的裝置反應(yīng)，把中子從原子核中釋放出來的裝置叫中子源。叫中子源。 測井使用兩類中子源：測井使用兩類中子源：同位素中源同位素中源和和加速器中子源加速器中子源。 2 2、中子源、中子源241237495932941214260( )(5.701)AmNpHeBeHeCnQMeV同位素中子源（镅鈹中子源）：同位素中子源（镅鈹中

3、子源）：加速器（脈沖）中子源（加速器（脈沖）中子源（D DT T中子源）：中子源）：412017.588DTHenMeV二、中子與物質(zhì)的作用二、中子與物質(zhì)的作用 根據(jù)入射中子的能量，中子與物質(zhì)的作用分根據(jù)入射中子的能量，中子與物質(zhì)的作用分為：為： 1 1、快中子非彈性散射、快中子非彈性散射 快中子先被靶核吸收形成復(fù)核，而后再放快中子先被靶核吸收形成復(fù)核，而后再放出一個能量較低的中子，靶核處于較高能級的出一個能量較低的中子，靶核處于較高能級的激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的靶核以伽馬射線的形式釋放激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的靶核以伽馬射線的形式釋放出能量以回到基態(tài)，釋放出的伽馬射線為出能量以回到基態(tài)，釋放出的伽馬射線為非彈

4、非彈性散射伽馬射線，性散射伽馬射線，此作用為非彈性散射。此作用為非彈性散射。 結(jié)果：結(jié)果：1 1）、）、快中子能量降低；快中子能量降低； 2 2）、）、產(chǎn)生非彈性散射伽馬射線；產(chǎn)生非彈性散射伽馬射線； 3 3）、）、快中子與不同靶核產(chǎn)生的非彈性快中子與不同靶核產(chǎn)生的非彈性散射伽馬射線的能量不同散射伽馬射線的能量不同產(chǎn)生的幾率與中子能量有關(guān)，中子能量越產(chǎn)生的幾率與中子能量有關(guān)，中子能量越高，產(chǎn)生的幾率越大。高，產(chǎn)生的幾率越大。2 2、快中子對原子核的活化、快中子對原子核的活化 快中子與穩(wěn)定的原子核作用會發(fā)生（快中子與穩(wěn)定的原子核作用會發(fā)生（n n，）、（）、（n n，p p）核反應(yīng)。生成新的放射

5、性核）核反應(yīng)。生成新的放射性核素。此作用為活化核反應(yīng)。素。此作用為活化核反應(yīng)。特點：活化形成的新核素，油一定的半衰期，特點：活化形成的新核素，油一定的半衰期，其衰變產(chǎn)生的伽馬射線為活化伽馬射線。其衰變產(chǎn)生的伽馬射線為活化伽馬射線。2828),(AlpnSi如如，28Al衰變放射出伽馬射線衰變式為衰變放射出伽馬射線衰變式為)782. 1 (28142813MeVQSiAl3 3、快中子的彈性散射、快中子的彈性散射 快中子撞擊一個原子核，撞擊后中子和靶核組快中子撞擊一個原子核，撞擊后中子和靶核組成的系統(tǒng)的總動能不變，中子能量降低，靶核仍成的系統(tǒng)的總動能不變，中子能量降低，靶核仍處于基態(tài)，此作用為彈

6、性散射。處于基態(tài)，此作用為彈性散射。 快中子經(jīng)多次彈性散射后，能量逐漸減小，快中子經(jīng)多次彈性散射后，能量逐漸減小，最后變?yōu)槌瑹嶂凶雍蜔嶂凶印Ｗ詈笞優(yōu)槌瑹嶂凶雍蜔嶂凶印?快中子與不同靶核發(fā)生彈性散射時，快中子快中子與不同靶核發(fā)生彈性散射時，快中子變?yōu)槌瑹嶂凶踊驘嶂凶铀钑r間不同。變?yōu)槌瑹嶂凶踊驘嶂凶铀钑r間不同。1) 特點：特點：224101cmb宏觀彈性散射截面宏觀彈性散射截面 ：1 1立方厘米物質(zhì)原子立方厘米物質(zhì)原子核的微觀彈性散射截面之和。核的微觀彈性散射截面之和。 s 2) 描述此過程的參數(shù)：描述此過程的參數(shù)：s微觀彈性散射截面微觀彈性散射截面 ：一個快中子和一個原：一個快中子和一個原子

7、核發(fā)生彈性散射的幾率，單位為巴子核發(fā)生彈性散射的幾率，單位為巴62dsRL 減速長度減速長度 ：介質(zhì)對快中子的減速長度與減速：介質(zhì)對快中子的減速長度與減速距離有關(guān)，其關(guān)系如式（距離有關(guān)，其關(guān)系如式（9 91 1）所示）所示。 sL（9 91 1）其中：其中： 為減速距離，為快中子減速為熱中子為減速距離，為快中子減速為熱中子所移動的直線距離。所移動的直線距離。 dR 核素核素 鈣鈣 氯氯 硅硅氧氧碳碳?xì)錃?.510.1.74.24.845每次散射最大能量損失每次散射最大能量損失% %810122128100熱化所需平均散射次數(shù)熱化所需平均散射次數(shù)37131626115011518s表表9-19-

8、1氫核素是最好的快中子減速核。氫核素是最好的快中子減速核。物質(zhì)對快中子的減速能力取決于物質(zhì)所含核素的物質(zhì)對快中子的減速能力取決于物質(zhì)所含核素的種類及數(shù)量。單位體積介質(zhì)所含氫核素的個數(shù)越種類及數(shù)量。單位體積介質(zhì)所含氫核素的個數(shù)越多，其減速能力越強。多，其減速能力越強。由表由表9 91 1得出：得出：4 4、熱中子的俘獲、熱中子的俘獲 熱中子的俘獲熱中子的俘獲：熱中子形成后，有高密度區(qū)向：熱中子形成后，有高密度區(qū)向低密度區(qū)擴散，在擴散過程中，被靶核俘獲，形低密度區(qū)擴散，在擴散過程中，被靶核俘獲，形成復(fù)核，處于激發(fā)態(tài)的復(fù)核以伽馬射線的形式放成復(fù)核，處于激發(fā)態(tài)的復(fù)核以伽馬射線的形式放出多余的能量，靶核

9、回到基態(tài)。釋放的伽馬射線出多余的能量，靶核回到基態(tài)。釋放的伽馬射線叫俘獲伽馬射線。叫俘獲伽馬射線。 描述靶核俘獲熱中子能力的參數(shù)為：描述靶核俘獲熱中子能力的參數(shù)為：擴散長擴散長度、宏觀俘獲截面和熱中子壽命。度、宏觀俘獲截面和熱中子壽命。 微觀俘獲截面微觀俘獲截面：一個原子核俘獲熱中子的幾：一個原子核俘獲熱中子的幾率叫該原子核的微觀俘獲截面。率叫該原子核的微觀俘獲截面。宏觀俘獲截面宏觀俘獲截面： 1 1立方厘米物質(zhì)原子核的微觀立方厘米物質(zhì)原子核的微觀俘獲截面之和叫宏觀俘獲截面。俘獲截面之和叫宏觀俘獲截面。擴散長度擴散長度：從熱中子產(chǎn)生到被俘獲，熱中子：從熱中子產(chǎn)生到被俘獲，熱中子移動的直線距離為

10、移動的直線距離為 ，則擴散長度定義為：，則擴散長度定義為： tR62tdRL 表表9-2 9-2 幾種核素的微觀俘獲截面幾種核素的微觀俘獲截面 核素 鈣氯 硅氧碳?xì)渑疰k（b) 0.42320.160.00160.00450.3297593500其中：鎘、硼核對熱中子的俘獲截面最大，氯核其中：鎘、硼核對熱中子的俘獲截面最大，氯核對熱中子的俘獲截面也比較大。對熱中子的俘獲截面也比較大。的微觀俘獲截面的微觀俘獲截面49000 49000 。熱中子壽命熱中子壽命：從熱中子生成到它被俘獲吸收為止所：從熱中子生成到它被俘獲吸收為止所經(jīng)過的平均時間。它與宏觀俘獲截面經(jīng)過的平均時間。它與宏觀俘獲截面 的關(guān)系的

11、關(guān)系為：為： aatv1其中：其中：v為熱中子移動速度，常溫下，為熱中子移動速度，常溫下，v=0.22cm/s。 注：注：1 1、地層對快中子的彈性散射截面越大，則對地層對快中子的彈性散射截面越大，則對快中子的減速能力越強，快中子的減速距離越短?？熘凶拥臏p速能力越強，快中子的減速距離越短。氫核素的減速能力強氫核素的減速能力強。地層中的氫地層中的氫:1、地層水（孔隙，泥質(zhì)）、地層水（孔隙，泥質(zhì)） 2、石油及天然氣。、石油及天然氣。地層中的氯：地層水（地層水礦化度）地層中的氯：地層水（地層水礦化度）2、地層對熱中子的俘獲截面越大，則對熱中子的俘地層對熱中子的俘獲截面越大，則對熱中子的俘獲能力越強，

12、熱中子擴散距離及壽命越短。獲能力越強，熱中子擴散距離及壽命越短。氯核素的氯核素的俘獲能力強。俘獲能力強。三、中子探測器三、中子探測器中子探測器：利用超熱中子、熱中子和探測器物中子探測器：利用超熱中子、熱中子和探測器物質(zhì)的原子核發(fā)生反應(yīng)，放出電離能力很強的帶電質(zhì)的原子核發(fā)生反應(yīng)，放出電離能力很強的帶電離子以記錄中子的裝置。離子以記錄中子的裝置。硼探測器、鋰探測器、氦三（硼探測器、鋰探測器、氦三（ ）探測器，）探測器，它們的核反應(yīng)分別為：它們的核反應(yīng)分別為：3HeQLinB7110QTnLi16QpTnHe13 第二節(jié)第二節(jié) 超熱中子測井超熱中子測井一、超熱中子測井的基本原理一、超熱中子測井的基本

13、原理 1、基本概念基本概念源距源距：快中子源和超熱中子探測器之間的距離。快中子源和超熱中子探測器之間的距離。零源距零源距：超熱中子探測器的計數(shù)率不隨地層減速能力超熱中子探測器的計數(shù)率不隨地層減速能力的變化而變化的變化而變化。正源距正源距：大于零源距的源距大于零源距的源距。此時，超熱中子探測器。此時，超熱中子探測器的計數(shù)率隨地層減速能力的增強而減小。的計數(shù)率隨地層減速能力的增強而減小。中子測井一般采用正源距。中子測井一般采用正源距。2 、超熱中子測井儀超熱中子測井儀 超熱中子測井儀有快中子源和超熱中子探超熱中子測井儀有快中子源和超熱中子探測器組成?？熘凶釉春统瑹嶂凶犹綔y器之間的測器組成?？熘凶釉?/p>

14、和超熱中子探測器之間的距離為源距，一般使用同位素中子源及采用正距離為源距，一般使用同位素中子源及采用正源距。為減小井眼影響，測井時，快中子源和源距。為減小井眼影響，測井時，快中子源和超熱中子探測器貼靠井壁。如圖超熱中子探測器貼靠井壁。如圖9-1所示。所示。3、測量原理測量原理 由快中子源發(fā)出的快中子在地層中運動，與由快中子源發(fā)出的快中子在地層中運動，與地層中的各核素發(fā)生彈性散射，能量逐漸減小，地層中的各核素發(fā)生彈性散射，能量逐漸減小，速度降低，成為超熱中子，其減速過程的長短與速度降低，成為超熱中子，其減速過程的長短與地層中的核素類型及數(shù)量有關(guān)。不同巖性含水地層中的核素類型及數(shù)量有關(guān)。不同巖性含

15、水地層的減速長度與孔隙度的關(guān)系如圖地層的減速長度與孔隙度的關(guān)系如圖9-2所示。所示。圖圖9-1、井壁中子測井儀示意圖、井壁中子測井儀示意圖探測器井眼中子源地層圖圖9-29-2：孔隙度相孔隙度相同時，白云巖、同時，白云巖、 石灰?guī)r、砂巖的石灰?guī)r、砂巖的減速長度依次增減速長度依次增加；加；巖性相同，隨含巖性相同，隨含水孔隙度的增加，水孔隙度的增加，減速長度減小，減速長度減小，減速能力增加。減速能力增加。圖圖9-2 減速長度與孔隙度的關(guān)系（飽含水純地層）減速長度與孔隙度的關(guān)系（飽含水純地層）減速長度砂巖白云巖石灰?guī)r孔隙度 超熱中子在空間的分布規(guī)律：以源為球心，超熱中子在空間的分布規(guī)律：以源為球心，呈

16、對稱分布，即超熱中子密度在整個球面上是相呈對稱分布，即超熱中子密度在整個球面上是相同的。距源某一距離處，超熱中子密度與介質(zhì)的同的。距源某一距離處，超熱中子密度與介質(zhì)的減速能力有關(guān)，減速能力有關(guān)，減速距離越短，則在源附近的超減速距離越短，則在源附近的超熱中子密度越大；反之，在遠(yuǎn)處超熱中子密度大。熱中子密度越大；反之，在遠(yuǎn)處超熱中子密度大。 源距的選擇原則：源距的選擇原則：測井時一般選擇長源距（測井時一般選擇長源距（正源距）。即在此源距下，超熱中子計數(shù)率隨地正源距）。即在此源距下，超熱中子計數(shù)率隨地層減速能力的增加而減小層減速能力的增加而減小。超熱中子計數(shù)率與減。超熱中子計數(shù)率與減速能力的關(guān)系曲線

17、如圖速能力的關(guān)系曲線如圖9-3所示。所示。 圖9-3、計數(shù)計數(shù)率與率與含水含水孔隙孔隙度的度的關(guān)系關(guān)系曲線曲線 計數(shù)率孔隙度砂巖石灰?guī)r白云巖二、超熱中子測井資料應(yīng)用二、超熱中子測井資料應(yīng)用1、測井資料的刻度測井資料的刻度 中子測井儀器一級裸眼井刻度是在淡水飽和的中子測井儀器一級裸眼井刻度是在淡水飽和的實驗室標(biāo)準(zhǔn)井眼中進(jìn)行的。其條件為：井徑實驗室標(biāo)準(zhǔn)井眼中進(jìn)行的。其條件為：井徑7-7/8英英寸，井內(nèi)充滿淡水，無泥餅且儀器貼井壁，地層處寸，井內(nèi)充滿淡水，無泥餅且儀器貼井壁，地層處于于1大氣壓和大氣壓和75 的條件下。的條件下。 其標(biāo)準(zhǔn)巖性地層包括：石灰?guī)r、砂巖和白云巖。其標(biāo)準(zhǔn)巖性地層包括：石灰?guī)r、

18、砂巖和白云巖。實驗井提供三個石灰?guī)r孔隙度點，孔隙度分別為實驗井提供三個石灰?guī)r孔隙度點，孔隙度分別為26%、19%及及1.9%。2 2、超熱中子測井的輸出超熱中子測井的輸出 超熱中子測井的輸出為用完全含水純超熱中子測井的輸出為用完全含水純石灰?guī)r地層刻度的石灰?guī)r中子孔隙度。石灰?guī)r地層刻度的石灰?guī)r中子孔隙度。如圖如圖9-49-4所示。所示。 圖圖9-49-4、超熱中超熱中子測井子測井曲線曲線 3、測井資料的應(yīng)用、測井資料的應(yīng)用 1）、泥餅影響）、泥餅影響 由于井壁中子測井儀為貼井壁測量，因此，測量結(jié)由于井壁中子測井儀為貼井壁測量，因此，測量結(jié)果不受井內(nèi)介質(zhì)的影響，但與泥餅有關(guān)。果不受井內(nèi)介質(zhì)的影響，

19、但與泥餅有關(guān)。泥餅密度為泥餅密度為1.4 時：時： 3/cmg）47882. 027296. 5()901255. 026126. 0()00326. 000088. 0(2mcsnpmcsnpmccorrhhh泥餅密度為2.5 3/cmg）1105. 0385. 3()016. 1245. 0()00041. 000853. 0(2mcsnpmcsnpmccorrhhh其中：其中： -泥餅厚度（英寸）；泥餅厚度（英寸）； -超熱中子孔隙度測井儀測量的視石超熱中子孔隙度測井儀測量的視石灰?guī)r孔隙度。灰?guī)r孔隙度。 mchsnp2）、應(yīng)用 （1）、確定地層孔隙度超熱中子測井得到的地層孔隙度為視石灰?guī)r

20、孔隙度，其大小反映地層相對于方解石對快中子的減速能力。因此，其大小與地層巖性、孔隙流體性質(zhì)有關(guān)。A、巖性：孔隙度為零的純砂巖和白云巖，其視石灰?guī)r孔隙度分別為-3.5%和5%。另外，石膏和泥巖的視石灰?guī)r孔隙度比較大，前者為45%，后者大約為35%。B、孔隙流體性質(zhì)：由于不同濃度的鹽水、石油及天然氣與淡水的減速能力不同，因此，當(dāng)?shù)貙觾?nèi)含有這些流體時，測量的視石灰?guī)r孔隙度與它們在孔隙內(nèi)的相對含量有關(guān)。特別是當(dāng)孔隙內(nèi)含有天然氣時，由于天然氣的減速能力特別弱，致使測量的視石灰?guī)r孔隙度特別低，即由“挖掘效應(yīng)”所致。巖性影響校正圖版如圖巖性影響校正圖版如圖9-5所示，所示，0432. 3047. 10014

21、. 02snpsnpcorr砂巖：砂巖：2494. 18278. 00034. 02snpsnpcorr白云巖：白云巖：圖圖9-5、超熱中超熱中子測井子測井孔隙度孔隙度巖性校巖性校正圖版正圖版 井壁中子測井孔隙井壁中子測井孔隙度度已已知知巖巖性性的的真真孔孔隙隙度度砂巖白云巖石灰?guī)r孔隙流體影響的校正公式：孔隙流體影響的校正公式： )1 (17. 067. 1)1 (ppsmfhmfhrsnp其中：其中：P-泥漿礦化度；泥漿礦化度； 。測井響應(yīng)與校正量之和等于地層孔隙度測井響應(yīng)與校正量之和等于地層孔隙度。 7 . 0h圖圖9-6 超超熱中熱中子子-密度密度測井測井交會交會圖圖 井壁中子孔隙度井壁

22、中子孔隙度體積密度體積密度白云巖石灰?guī)r砂巖天然氣校正方向（2）、確定地層孔隙度和巖性）、確定地層孔隙度和巖性 中子孔隙度與聲波時差或密度測井組合構(gòu)成交中子孔隙度與聲波時差或密度測井組合構(gòu)成交會圖，可以確定地層巖性及孔隙度。如圖會圖，可以確定地層巖性及孔隙度。如圖9-6所示所示。 （3）、估計油氣密度）、估計油氣密度當(dāng)?shù)貙雍刑烊粴鈺r，地層密度減小，密度孔隙度當(dāng)?shù)貙雍刑烊粴鈺r，地層密度減小，密度孔隙度增加，而井壁中子孔隙度減小。應(yīng)用二者比與油氣增加，而井壁中子孔隙度減小。應(yīng)用二者比與油氣飽和度及油氣密度的關(guān)系，即可估計油氣密度。如飽和度及油氣密度的關(guān)系，即可估計油氣密度。如圖圖9-7所示。所示

23、。 圖9-7、用 估計油氣密度圖版DN/油氣飽和度油氣密度DN/（4）、定性指示高孔隙度氣層）、定性指示高孔隙度氣層當(dāng)?shù)貙雍刑烊粴鈺r，地層密度減小，密度孔當(dāng)?shù)貙雍刑烊粴鈺r，地層密度減小，密度孔隙度增加，而井壁中子孔隙度減小。由此，在含隙度增加，而井壁中子孔隙度減小。由此，在含氣高孔隙地層，兩條曲線出現(xiàn)明顯的分離，如圖氣高孔隙地層，兩條曲線出現(xiàn)明顯的分離，如圖9-8所示。所示。圖9-8、 與 曲線重疊顯示氣層 ND高孔隙度無侵入低孔隙度無侵入高孔隙度被侵入低孔隙度被侵入泥質(zhì)砂巖密度孔隙度中子孔隙度第三節(jié)第三節(jié) 補償中子測井補償中子測井一、補償中子測井的補償原理一、補償中子測井的補償原理 補償

24、中子測井一是通過測量熱中子計補償中子測井一是通過測量熱中子計數(shù)率，確定地層的減速能力，判斷地層巖數(shù)率，確定地層的減速能力，判斷地層巖性和計算地層孔隙度的一種測井方法。性和計算地層孔隙度的一種測井方法。 方解石方解石 淡水淡水石英石英白云石白云石泥巖泥巖石膏石膏硬石膏硬石膏常見介質(zhì)對快中子常見介質(zhì)對快中子 的相對減速能力的相對減速能力影響熱中子計數(shù)率的因素影響熱中子計數(shù)率的因素： 1 1）、源距）、源距 源距一定的熱中子探測器測量的熱中子數(shù)與熱中子源距一定的熱中子探測器測量的熱中子數(shù)與熱中子在地層中的分布有關(guān)。在地層中的分布有關(guān)。（正源距）（正源距） 2 2）、地層對快中子的減速能力。）、地層對

25、快中子的減速能力。 地層減速能力越強，接收器的熱中子計數(shù)率越低。地層減速能力越強，接收器的熱中子計數(shù)率越低。 3 3）、地層對熱中子的俘獲能力。）、地層對熱中子的俘獲能力。 地層對熱中子的俘獲能力越高，地層對熱中子的俘獲能力越高，接收器的熱中子計接收器的熱中子計數(shù)率越低。數(shù)率越低。圖圖9-9 補償中子測井示意圖補償中子測井示意圖 減速階段熱運動階段地層井眼長源距探測器短源距探測器中子源1、井下儀、井下儀 補償中子測井儀如圖補償中子測井儀如圖9-9所示。一個快中子源、兩所示。一個快中子源、兩個距源不同距離的熱中子探測器。測井時儀器居中個距源不同距離的熱中子探測器。測井時儀器居中測量。測量。2、補

26、償原理、補償原理 測井時，快中子源產(chǎn)生快中子，快中子打入地測井時，快中子源產(chǎn)生快中子，快中子打入地層后，與地層中的各種核素產(chǎn)生彈性散射，能量逐層后，與地層中的各種核素產(chǎn)生彈性散射，能量逐漸減弱，變?yōu)槌瑹嶂凶雍蜔嶂凶?。在均勻無限介質(zhì)漸減弱，變?yōu)槌瑹嶂凶雍蜔嶂凶?。在均勻無限介質(zhì)中，點狀快中子源產(chǎn)生的熱中子的分布為：中，點狀快中子源產(chǎn)生的熱中子的分布為： 其中：其中： -熱中子計數(shù)率；熱中子計數(shù)率；r-探測器到中子探測器到中子源的距離（源距）；源的距離（源距）；D-擴散系數(shù)；擴散系數(shù)； 、 -分別為減速長度和擴散長度；分別為減速長度和擴散長度； K-與儀器有關(guān)的系數(shù)。與儀器有關(guān)的系數(shù)。 tNSLdL

27、)()(4)(/222rereLLDKLrNdsLrLrdsdt孔隙度超熱中子參數(shù) 熱中子參數(shù) (%)L(cm) D(cm) 淡水 鹽水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 實驗及計算的中子參數(shù) L、D分別為減速長度和擴散長度分別為減速長度和擴散長度

28、從表從表9-3知：知：超熱中子的減速長度小于擴散長度超熱中子的減速長度小于擴散長度(LD)；熱中子的減速長度大于擴散長度熱中子的減速長度大于擴散長度(LD)。當(dāng)源距足夠大時，兩個探測器熱中子計數(shù)率之比當(dāng)源距足夠大時，兩個探測器熱中子計數(shù)率之比僅于地層的減速能力有關(guān)。僅于地層的減速能力有關(guān)。 sLrrtterrrNrN/ )(212121)()(、補償中子測井的輸出、補償中子測井的輸出 補償中子測井的輸出補償中子測井的輸出為用飽含水的石灰?guī)r刻度為用飽含水的石灰?guī)r刻度的石灰?guī)r孔隙度的石灰?guī)r孔隙度 。 N方解石方解石 淡水淡水石英石英白云石白云石泥巖泥巖石膏石膏硬石膏硬石膏地層對快中子的減速能力越強

29、地層對快中子的減速能力越強,其值越大其值越大.與地層巖性、孔隙流體性質(zhì)、孔隙度有關(guān)。與地層巖性、孔隙流體性質(zhì)、孔隙度有關(guān)。圖圖9-10 9-10 補償中補償中子測井子測井曲線曲線中子孔隙度（%） 石灰?guī)r骨架補償中子測井曲線補償中子測井曲線補償中子測井曲線補償中子測井曲線二、含氫指數(shù)二、含氫指數(shù) 1 1、含氫指數(shù)定義、含氫指數(shù)定義 HIK每個分子中氫原子的個數(shù)介質(zhì)密度分子量規(guī)定：淡水的含氫指數(shù)等于規(guī)定：淡水的含氫指數(shù)等于1 1。K K9 9 2、地層含氫指數(shù)、地層含氫指數(shù) 地層含氫指數(shù)大小與地層巖性、孔隙度及孔隙流地層含氫指數(shù)大小與地層巖性、孔隙度及孔隙流體性質(zhì)有關(guān)。體性質(zhì)有關(guān)。地層含氫指數(shù)越大

30、，其中子孔隙度越高。地層含氫指數(shù)越大，其中子孔隙度越高。 當(dāng)用含水純灰?guī)r刻度中子測井儀時，認(rèn)為方當(dāng)用含水純灰?guī)r刻度中子測井儀時，認(rèn)為方解石的含氫指數(shù)等于零。石英的含氫指數(shù)小于解石的含氫指數(shù)等于零。石英的含氫指數(shù)小于方解石的含氫指數(shù)。白云石的含氫指數(shù)大于方方解石的含氫指數(shù)。白云石的含氫指數(shù)大于方解石的含氫指數(shù)。解石的含氫指數(shù)。 泥巖的含氫指數(shù)比較大。（泥巖的含氫指數(shù)比較大。（0.30.4） 相同體積的流體，天然氣的含氫指數(shù)最小。相同體積的流體，天然氣的含氫指數(shù)最小。fNmaNN)1 (含水純地層含水純地層含油氣純地層含油氣純地層hNwwNwmaNNSS)1 ()1 (fNshNshshmaNNV

31、V)1 (含水泥質(zhì)地層含水泥質(zhì)地層hNhwNwshNshshmaNNSSVV)1 (含油氣泥質(zhì)地層含油氣泥質(zhì)地層三、補償中子測井的應(yīng)用三、補償中子測井的應(yīng)用 1、中子測井的探測深度、中子測井的探測深度 中子測井的探測深度指從中子源出發(fā)又能到達(dá)探中子測井的探測深度指從中子源出發(fā)又能到達(dá)探測器的中子，在地層中所滲入的平均深度測器的中子，在地層中所滲入的平均深度。它與孔它與孔隙度、骨架巖性、中子源能量、強熱中子吸收劑濃隙度、骨架巖性、中子源能量、強熱中子吸收劑濃度、地層的含氫指數(shù)及源距有關(guān)。度、地層的含氫指數(shù)及源距有關(guān)。一般而言，對孔一般而言，對孔隙性地層，補償中子測井響應(yīng)對離井壁隙性地層，補償中子

32、測井響應(yīng)對離井壁8-10英寸內(nèi)英寸內(nèi)的地層靈敏。若其他因素相同，儀器探測的地層體的地層靈敏。若其他因素相同，儀器探測的地層體積隨含氫指數(shù)的降低而增加。補償中子的探測深度積隨含氫指數(shù)的降低而增加。補償中子的探測深度大于井壁中子的探測深度，如圖大于井壁中子的探測深度，如圖9-11所示。所示。 圖圖9-11 9-11 中子和密中子和密度測井的度測井的探測深度探測深度（孔隙度（孔隙度為為35%35%的的砂巖）砂巖） 密度補償中子井壁中子砂巖孔隙度35%深度（in)相對頻率2、補償中子測井響應(yīng)的校正、補償中子測井響應(yīng)的校正 補償中子儀的刻度條件：儀器偏心，井徑補償中子儀的刻度條件：儀器偏心，井徑7-7/

33、8英寸，井眼和地層內(nèi)充淡水，無泥餅或儀器與井壁英寸，井眼和地層內(nèi)充淡水，無泥餅或儀器與井壁間的間隙，溫度間的間隙，溫度75 ，一大氣壓。若實際測井時偏，一大氣壓。若實際測井時偏離這些條件，則需進(jìn)行校正。離這些條件，則需進(jìn)行校正。 其中： D-井徑（英寸）。 )875. 703. 01)875. 7(885. 0)875. 7(016. 01DDDcorr（1）、井徑影響）、井徑影響井徑影響的校正公式為：井徑影響的校正公式為： 2）、泥餅的影響）、泥餅的影響 14/ )225. 0(825. 0735. 025. 0NmchANcorrA其中：其中： 為泥餅厚度（英寸）。為泥餅厚度（英寸）。 m

34、ch3 3）、礦化度影響）、礦化度影響井內(nèi)流體及地層流體含鹽量對補償中井內(nèi)流體及地層流體含鹽量對補償中子測井讀數(shù)具有一定的影響。子測井讀數(shù)具有一定的影響。0.988(0.415)corrN（1）井內(nèi)流體：）井內(nèi)流體：100,000ppm 氯化鈉溶液氯化鈉溶液井內(nèi)流體井內(nèi)流體250,000ppm 氯化鈉溶液氯化鈉溶液)245. 1(963. 0Ncorr2）地層流體：地層流體：100,000ppm 氯化鈉溶液氯化鈉溶液 Ncorr04. 1地層流體：地層流體：250,000ppm 氯化鈉溶液氯化鈉溶液 Ncorr105. 14）、巖性影響）、巖性影響 （含水純地層）（含水純地層） 4Ncorr砂

35、巖砂巖：例例:含水純砂巖地層的中子測井值含水純砂巖地層的中子測井值15%.求地層孔隙度求地層孔隙度.解解:根據(jù)巖性校正公式根據(jù)巖性校正公式,得地層孔隙度得地層孔隙度:194154Ncorr所以所以,地層孔隙度為地層孔隙度為19%.白云巖：白云巖：10N1331. 0102. 00311. 02NNcorr10N6Ncorr例例:已知兩層含水白云巖地層的中子孔隙度分別為已知兩層含水白云巖地層的中子孔隙度分別為13%、9%；求其孔隙度。；求其孔隙度。解：解：1、76136Ncorr2、3 . 31331. 09102. 0990311. 01331. 0102. 00311. 02NNcorr所以

36、所以,地層孔隙度分別為地層孔隙度分別為%、3.3% 。5）、油氣影響）、油氣影響 )1 (87. 067. 2)1 (ppsmfhmfhrCNCNNcorr外部條件（壓力、溫度）相同時，天然氣對快外部條件（壓力、溫度）相同時，天然氣對快中子的減速能力小于同等體積水和石油的減速中子的減速能力小于同等體積水和石油的減速能力。能力。h此處，此處， 的最大值限于的最大值限于0.7。P-泥漿濾液礦化度泥漿濾液礦化度 ( ) 。610ppm6）、泥質(zhì)影響）、泥質(zhì)影響 由于泥質(zhì)的含氫指數(shù)大，當(dāng)?shù)貙雍噘|(zhì)時，由于泥質(zhì)的含氫指數(shù)大，當(dāng)?shù)貙雍噘|(zhì)時，中子孔隙度增大。中子孔隙度增大。Nsh其中：其中： 為鄰近泥巖層

37、的中子孔隙度測為鄰近泥巖層的中子孔隙度測井響應(yīng)。井響應(yīng)。NshshNcorrV泥質(zhì)含水地層：泥質(zhì)含水地層：NshshCNNcorrV泥質(zhì)含烴地層：泥質(zhì)含烴地層：3、補償中子測井的應(yīng)用、補償中子測井的應(yīng)用 補償中子測井的應(yīng)用的應(yīng)用與超熱中子測井資補償中子測井的應(yīng)用的應(yīng)用與超熱中子測井資料的應(yīng)用基本相同。料的應(yīng)用基本相同。 1）、確定地層孔隙度）、確定地層孔隙度 2）、與聲波時差或密度測井組合形成雙孔隙度）、與聲波時差或密度測井組合形成雙孔隙度交會圖，確定地層巖性及孔隙度。交會圖，確定地層巖性及孔隙度。 3）、與密度曲線重疊）、與密度曲線重疊，判斷氣層。如圖判斷氣層。如圖9-12所所示。示。 在水

38、層兩條曲線基本重合。從左到右，密度刻在水層兩條曲線基本重合。從左到右，密度刻度值增加；中子刻度值減小。在氣層，兩條曲線明度值增加；中子刻度值減小。在氣層，兩條曲線明顯分離。顯分離。圖圖9-12 密密度與度與補償補償中子中子曲線曲線重疊重疊識別識別氣層氣層圖圖 中子孔隙度密度孔隙度井徑GR1、根據(jù)、根據(jù)GR曲線劃曲線劃分滲透層（低分滲透層（低GR）2、根據(jù)泥漿侵入特、根據(jù)泥漿侵入特征，確定油、氣、征，確定油、氣、水層。水層。3、根據(jù)中子、密度、根據(jù)中子、密度曲線的關(guān)系，識別曲線的關(guān)系，識別氣層。（低密度、氣層。（低密度、低中子孔隙度）低中子孔隙度） 兩條曲線兩條曲線不重合不重合氣層氣層兩條曲線兩

39、條曲線差異較小差異較小油層油層水層、氣層的中子孔隙度與密度孔隙度關(guān)系水層、氣層的中子孔隙度與密度孔隙度關(guān)系28ND層 與的關(guān)系不定，地層孔隙度、滲透率低，干層。29ND層 ，為氣層。38ND層 ，為氣層。39ND層 ，為水層。 第四節(jié)第四節(jié) 中子伽馬測井中子伽馬測井一、測井原理一、測井原理 1、井下儀、井下儀井下儀由快中子源和伽馬光子探測器組成。井下儀由快中子源和伽馬光子探測器組成。2、測量原理、測量原理 快中子源產(chǎn)生快中子，快中子進(jìn)入地層后，與快中子源產(chǎn)生快中子，快中子進(jìn)入地層后，與地層中的各種核素發(fā)生彈性散射，中子能量降低，地層中的各種核素發(fā)生彈性散射，中子能量降低，直至成為超熱中子和熱中

40、子，形成的熱中子進(jìn)行擴直至成為超熱中子和熱中子，形成的熱中子進(jìn)行擴散，并被地層中的靶核俘獲，產(chǎn)生俘獲伽馬射線，散，并被地層中的靶核俘獲，產(chǎn)生俘獲伽馬射線，中子伽馬測井就是記錄俘獲伽馬射線的強度，以對中子伽馬測井就是記錄俘獲伽馬射線的強度，以對地層作進(jìn)一步的解釋。地層作進(jìn)一步的解釋。 30 俘獲伽馬射線的空間分布與地層的含氫指數(shù)、地層俘獲伽馬射線的空間分布與地層的含氫指數(shù)、地層對熱中子的俘獲能力有關(guān)。而記錄到的俘獲伽馬射對熱中子的俘獲能力有關(guān)。而記錄到的俘獲伽馬射線強度與俘獲伽馬射線的空間分布、源距有關(guān)。圖線強度與俘獲伽馬射線的空間分布、源距有關(guān)。圖9-13為俘獲伽馬射線計數(shù)率與源距的關(guān)系曲線。

41、為俘獲伽馬射線計數(shù)率與源距的關(guān)系曲線。 圖圖9-13俘俘獲伽馬射獲伽馬射線計數(shù)率線計數(shù)率與源距的與源距的關(guān)系曲線關(guān)系曲線 計數(shù)率源距 （cm)1淡水2鹽水3- = 0，10，20%的巖石2110%20% 源距相同，淡水中的俘獲伽馬射線計數(shù)率低于源距相同，淡水中的俘獲伽馬射線計數(shù)率低于鹽水中的俘獲伽馬射線計數(shù)率；對于飽含淡水、孔鹽水中的俘獲伽馬射線計數(shù)率；對于飽含淡水、孔隙度不同的地層，其計數(shù)率曲線相交一點，將此點隙度不同的地層，其計數(shù)率曲線相交一點，將此點對應(yīng)的源距稱為零源距。對應(yīng)的源距稱為零源距。 當(dāng)源距小于零源距時，地層含水孔隙度越大當(dāng)源距小于零源距時，地層含水孔隙度越大（含氫指數(shù)大，減速

42、能力強），俘獲伽馬射線計數(shù)（含氫指數(shù)大，減速能力強），俘獲伽馬射線計數(shù)率越高；率越高； 當(dāng)源距大于零源距時，地層含水孔隙度越大當(dāng)源距大于零源距時，地層含水孔隙度越大（含氫指數(shù)大，減速能力強），俘獲伽馬射線計數(shù)（含氫指數(shù)大，減速能力強），俘獲伽馬射線計數(shù)率越低。測井采用的源距為正源距（大于零源距）。率越低。測井采用的源距為正源距（大于零源距）。 二、測井資料的應(yīng)用二、測井資料的應(yīng)用 1、劃分氣層、劃分氣層含氣地層的含氫指數(shù)低，減速能力差，中子伽馬計含氣地層的含氫指數(shù)低，減速能力差，中子伽馬計數(shù)率高。如圖數(shù)率高。如圖9-14所示。所示。 圖圖9-14用中用中子伽馬測井子伽馬測井曲線劃分曲線劃分氣層氣層 氣層：快中子減速能力差，中子伽馬計數(shù)率高氣層：快中子減速能力差，中子伽馬計數(shù)率高中子伽馬曲線識別氣層實例：中子伽馬曲線識別氣層實例：老資料顯示：老資料顯示：氣層累計厚度氣層累計厚度67.267.2米；米；新資料顯示：原新資料顯示：原67.267.2米米氣層僅剩未水淹氣層氣層僅剩未水淹氣層6 6米米/3/3層；層；日產(chǎn)氣日產(chǎn)氣3656036560立方米；立方米；累計產(chǎn)氣累計產(chǎn)氣 立方