第九章中子測井中子測井(NUETRONLOGGING)：種用中子和地層的相互作用的各種效應(yīng)，來研究井剖面地層性質(zhì)的各種測井方法的總稱。它包括中子—熱中子、中子—超熱中子、中子—伽馬測井、中子活化測井以及非彈性散射伽馬能譜測井和中子壽命測井。測井時(shí)，中子源向地層發(fā)射快中子，快中子在地層中運(yùn)動(dòng)與地層物質(zhì)的原子核發(fā)生各種作用，由探測器探測超熱中子、熱中子或次生伽馬射線的強(qiáng)度，研究地層的孔隙度、巖性及孔隙流體性質(zhì)等地質(zhì)問題。1第九章中子測井中子測井(NUETRONLO第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)第二節(jié)中子孔隙度測井第三節(jié)中子壽命測井第四節(jié)次生伽馬能譜測井第十章中子測井2第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)第十章中子測井2第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)一、中子和中子源二、中子和物質(zhì)的作用三、中子探測器3第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)一、中子和中子源3一中子和中子源1、中子(1)組成原子核不帶電的中性微粒，電荷上限10-18電子電荷。它與質(zhì)子以很強(qiáng)的核力結(jié)合在一起，形成原子核。(2)中子的質(zhì)量1.00887u；質(zhì)子的質(zhì)量1.00758u。(3)中子的半衰期

中子的靜止質(zhì)量大于質(zhì)子和電子的靜止質(zhì)量之和，會(huì)自發(fā)的發(fā)生β-衰變，它的半衰期為11.7±0.3min，自然界幾乎不存在自由中子。4一中子和中子源1、中子4(4)中子的分類當(dāng)中子與原子相互作用時(shí)，和核外電子幾乎沒有庫侖力作用，而直接與原子核碰撞，其反應(yīng)幾率主要取決于核的性質(zhì)。因此，中子入射物質(zhì)后，主要是與原子核發(fā)生作用。中子能量不同（速度不同），它與物質(zhì)相互作用的行為也就大不相同，因此，目前使用的中子測井包括使用同位素中子源和加速器中子源，提供不同能量的快中子。一中子和中子源5(4)中子的分類一中子和中子源5一中子和中子源根據(jù)中子的能量可將中子分為：高能中子能量〉10MeV穿透能力極強(qiáng)快中子10MeV—10KeV穿透能力很強(qiáng)中能中子100eV—10KeV

慢中子0.03eV—100eV超熱中子約為0.2~10eV熱中子約為0.025eV，熱中子標(biāo)準(zhǔn)速度2200m/s中子的能量指的是它的動(dòng)能6一中子和中子源根據(jù)中子的能量可將中子分為：慢中子

2、中子源：將原子核中的中子釋放出來的裝置。質(zhì)子和中子在核中存在很強(qiáng)的核力作用，要使之從核中釋放出來，必須提供足夠的能量。用高能（帶電）粒子轟擊作靶的原子核，引起核反應(yīng)，釋放出中子。一般選用輕原子核作靶核（A小，結(jié)核能小，易產(chǎn)生中子），如4Be9和1H3。測井用的中子源有兩類：同位素中子源、加速器中子源。

一中子和中子源72、中子源：將原子核中的中子釋放出來的裝置。一中子和利用放射性同位素核衰變時(shí)放出的高能粒子（а粒子）去轟擊靶核，引起核反應(yīng)，釋放中子，這種中子源的特點(diǎn)是連續(xù)發(fā)射中子。發(fā)射中子的平均能量為4~5Mev。(1)（a,n）中子源：利用同位素鐳、釙、镅等核素核衰變產(chǎn)生的a粒子轟擊靶核鈹，發(fā)生（a,n）反應(yīng)，發(fā)射中子。如镅鈹（Am-Be）中子源，利用镅衰變產(chǎn)生的a粒子去轟擊鈹，引起核反應(yīng)釋放出中子，產(chǎn)生中子能量平均為5Mev。一中子和中子源—同位素中子源(2)自發(fā)裂變中子源。锎Cf252半衰期2.65y；產(chǎn)額2.31×1012/(s.g)8利用放射性同位素核衰變時(shí)放出的高能粒子（а粒子）去轟擊（脈沖中子源）：用人工的方法（加速器）加速帶電粒子，去轟擊靶核，產(chǎn)生快中子，特點(diǎn)是人為控制脈沖式發(fā)射。如（D-T）中子源：利用加速器夾帶電粒子氘核加速到0.126MeV的能量，然后轟擊靶核氚，生成a粒子和中子，中子的能量平均為14Mev。一、中子和中子源—加速器中子源9（脈沖中子源）：用人工的方法（加速器）加速帶電粒子，去轟中子源的幾個(gè)特性參數(shù)：1)中子源強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的中子數(shù)。

中子產(chǎn)額：同位素中子源：1Ci居里放射性物質(zhì)產(chǎn)生的中子強(qiáng)度稱為它的產(chǎn)額。脈沖中子源：把單位強(qiáng)度束流也就是單位強(qiáng)度流(uA或uC)在靶核上產(chǎn)生的中子數(shù)稱為它的產(chǎn)額。2)半衰期間：發(fā)生轟擊粒子的放射性同位素的半衰期。(靶核的半衰期)一中子和中子源一定量的放射性核素在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生核衰變的核數(shù)，1Ci＝3.7×1010次核衰變/s。10中子源的幾個(gè)特性參數(shù)：一中子和中子源一定量的放射性核素在單二中子和物質(zhì)的作用

1、快中子的非彈性散射高能快中子與地層發(fā)生作用時(shí)，快中子被靶核吸收形成復(fù)核，然后放出能量較低的中子，靶核仍處于激發(fā)態(tài)，而激發(fā)態(tài)的核放出特定能量的伽馬射線后回到基態(tài)。例如，12C和16O都能與14Mev的中子發(fā)生非彈性散射而激發(fā)釋放出γ射線，這是C/O能譜測井的基礎(chǔ)。特點(diǎn)：將入射中子和靶核作為一個(gè)系統(tǒng)，碰撞前后能量（動(dòng)能）發(fā)生損失，所以是非彈性散射，或稱（n，n’）核反應(yīng)，放出的伽馬射線稱為非彈性散射伽馬射線。在14Mev中子源發(fā)出中子后10-6秒時(shí)間內(nèi)主要發(fā)生此效應(yīng)。11二中子和物質(zhì)的作用1、快中子的非彈性散射11二中子和物質(zhì)的作用非彈性散射截面：一個(gè)快中子與一個(gè)靶核非彈性散射的幾率，單位巴（10-24cm2）。原子核的能級(jí)是非連續(xù)的，只有當(dāng)入射的中子的能量至少大于靶核的第一激發(fā)能級(jí)時(shí)，才有可能發(fā)生非彈性散射，同位素中子源發(fā)射的中子能量較低，對(duì)非彈性散射的貢獻(xiàn)可忽略不記，因此，必須使用加速器中子源。高能快中子和碳發(fā)生非彈反應(yīng)的釋放伽馬能量為4.43MeV。對(duì)其探測，可得到碳的含量。高能快中子和氧發(fā)生非彈反應(yīng)的釋放的能量為6.14MeV、6.91MeV和7.12MeV。但前者強(qiáng)度高容易識(shí)別，而后兩者不考慮。

12二中子和物質(zhì)的作用非彈性散射截面：一個(gè)快中子與2、快中子對(duì)原子核的活化快中子除發(fā)生（n，n’）反應(yīng)外，還可發(fā)生（n，a），（n，p）核反應(yīng)。這些反應(yīng)產(chǎn)生新原子核。有一定的半衰期，衰變放射出帶電粒子和γ射線，其中伽馬射線稱為次生活化伽馬射線。

活化測井：如：硅測井，鋁測井，鈣測井，氯測井

二中子和物質(zhì)的作用硅活化：又有快中子能量14MeV，反應(yīng)截面為0.22b，Al28的半衰期2.3min，發(fā)射伽馬光子的能量為1.782，探測之可以探測硅的含量。有效區(qū)分砂層和碳酸鹽巖。132、快中子對(duì)原子核的活化二中子和物質(zhì)的作用硅活化：又有快中鋁活化：二中子和物質(zhì)的作用鈣活化：氯活化：可確定巖性和泥質(zhì)含量，鋁是常見粘土礦物的指示元素，而硅是砂巖的指示元素。鈣是碳酸鹽巖的指示元素。特點(diǎn)：反應(yīng)過程中，中子被吸收，產(chǎn)生新核，這些新核有些具有放射性14鋁活化：二中子和物質(zhì)的作用鈣活化：氯活化：可確定巖性和

3、快中子的彈性散射(1)快中子的彈性散射中等能量的中子與靶核碰撞，將部分能量傳給靶核，使之能量（動(dòng)能）增加，仍處于穩(wěn)態(tài)，而快中子速度減慢，系統(tǒng)總的動(dòng)能守恒，此過程即為快中子的彈性散射。對(duì)于同位素中子源中子測井，中子的初始能量較低，因此，從開始就以彈性散射為主。14Mev的高能快中子經(jīng)一兩次非彈性散射后就不能再發(fā)生非彈性散射或核活化反應(yīng)，只能發(fā)生彈性散射而繼續(xù)減速，直至其能量為0.025ev左右，成為熱中子。二中子和物質(zhì)的作用153、快中子的彈性散射二中子和物質(zhì)的作用15(2)特點(diǎn)入射中子＋被碰原子核系統(tǒng)，在碰撞前后總動(dòng)能不變，中子損失的能量全部變成被碰核的動(dòng)能，而核仍處于穩(wěn)態(tài)，純減速過程。(3)彈性碰撞能量損失彈性碰撞能量損失與靶核的A、入射中子能量E0及散射角φ（中子散射方向和入射方向的夾角）有關(guān)。當(dāng)為正碰撞時(shí)，中子損失能量最大。實(shí)驗(yàn)證明，中子一次彈性碰撞可能損失的最大能量和平均能量分別為：二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞16(2)特點(diǎn)二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞16二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞對(duì)氫核來說，A=1，a=0，ΔEmax=E0，E=1/2E0，而對(duì)C，A=12，a=0.716，E=0.142E0，ΔEmax=0.284E0。因此氫是巖石中最主要的減速元素，巖石對(duì)快中子的減速能力取決于巖石的含H量。(4)能量減縮ζ：每次碰撞后中子能量的自然對(duì)數(shù)差的平均值，表示物質(zhì)對(duì)快中子的減速能力。17二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞對(duì)氫核來說，A=1，a=0二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞中子與化合物的彈性散射的平均對(duì)數(shù)能量減縮Ζi為第i種核的平均對(duì)數(shù)能量減縮；Ni為單位體積物質(zhì)中第i種核的個(gè)數(shù)；σsi為第i種核的微觀散射截面，b；N物質(zhì)中有n種原子。18二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞中子與化合物的彈性散射的平均對(duì)(5)熱化碰撞次數(shù)熱化碰撞次數(shù)：核物理將初始能量為E0的快中子減速為熱中子所需的平均碰撞次數(shù)。若E0為2Mev，則H、C、O的熱化碰撞次數(shù)為18、114、150。說明，H為主要的減速劑。二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞ξ隨著散射核質(zhì)量數(shù)增加而減小，與中子能量無關(guān)。H、C、O、Mg、Al、Si、Ca的ξ分別為1、0.158、0.120、0.075、0.07、0.07、0.05。19(5)熱化碰撞次數(shù)熱化碰撞次數(shù)：核物理將初始能量為E0的快(6)巖石宏觀散射截面微觀散射截面σs：一個(gè)中子與一個(gè)原子核發(fā)生彈性散射的幾率，單位1b=10-24cm2；

宏觀散射截面Εs：單位體積物質(zhì)中的原子核的微觀散射截面之和，單位cm-1

結(jié)論：純巖石的宏觀減速能力基本上決定于純巖石的孔隙度（含淡水條件）二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞20(6)巖石宏觀散射截面微觀散射截面σs：一個(gè)中子與一個(gè)原二中子和物質(zhì)的作用(7)減速時(shí)間τf和減速長度Lf減速時(shí)間τf：快中子從初始能量E0減速為熱中子能量Et所需時(shí)間；減速距離L：在減速時(shí)間內(nèi)，中子移動(dòng)的直線距離。Σs.H巖石中氫的宏觀散射截面ζ’除氫以外巖石對(duì)中子的能量減縮Σ’s除氫以外巖石中的宏觀散射截面21二中子和物質(zhì)的作用(7)減速時(shí)間τf和減速長度LfΣs

4、熱中子擴(kuò)散和俘獲(1)熱中子的擴(kuò)散快中子經(jīng)減速到能量與地層原子處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，中子不再減速，而像氣體分子一樣處于擴(kuò)散過程。由密度大的地方向密度小的區(qū)域擴(kuò)散，直到被地層原子核俘獲為止。(2)輻射俘獲核反應(yīng)靶核俘獲一個(gè)熱中子而變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的復(fù)核，然后，復(fù)核放出一個(gè)或多個(gè)幾個(gè)光子，回到基態(tài)。二中子和物質(zhì)的作用224、熱中子擴(kuò)散和俘獲二中子和物質(zhì)的作用22(3)巖石對(duì)熱中子的宏觀俘獲截面Εa：

微觀俘獲截面σ：一個(gè)原子核俘獲熱中子的幾率；宏觀俘獲截面Εa：一立方厘米所有原子微觀俘獲截面的總和。二中子和物質(zhì)的作用ClHCOMgAgSiCa31.60.3290.00450.00160.400.2150.130.43結(jié)論：巖石對(duì)熱中子的俘獲能力主要取決于含氯量（礦化度、地層水含量）23(3)巖石對(duì)熱中子的宏觀俘獲截面Εa：二中子和物質(zhì)的作用(4)熱中子壽命τ

從熱中子的生成時(shí)起到它被吸收為止所經(jīng)過的平均時(shí)間，在數(shù)值上等于平均擴(kuò)散自由程（1／Εa）與熱中子平均速度的比值。它和宏觀俘獲截面的關(guān)系為：另外：硼的Εa=710b，即使含量微小，也對(duì)測井將會(huì)有很大影響。即使硼B(yǎng)含量很少，也會(huì)造成地層水或巖石宏觀俘獲截面的顯著增大，現(xiàn)在發(fā)展了注硼中子壽命測井。v為熱中子的移動(dòng)速度。二中子和物質(zhì)的作用24(4)熱中子壽命τ另外：硼的Εa=710b，即使含量（5）擴(kuò)散距離Lt熱中子產(chǎn)生到被俘獲所經(jīng)過的直線距離Lt，由核物理學(xué)，可知25（5）擴(kuò)散距離Lt熱中子產(chǎn)生到被俘獲所經(jīng)過的直線距離Lt，由（6）俘獲核反應(yīng)熱中子被俘獲時(shí)，該核變成激發(fā)態(tài)的復(fù)核，然后釋放出伽馬射線退激，這種反應(yīng)就叫俘獲核反應(yīng)，釋放出的伽馬射線叫俘獲伽馬射線。26（6）俘獲核反應(yīng)熱中子被俘獲時(shí)，該核變成激發(fā)態(tài)的復(fù)核，然后釋（7）熱中子和超熱中子的空間分布中子通量：空間上單位時(shí)間通過單位面積的中子數(shù)，探測器的計(jì)數(shù)率與之成正比。Le＝超熱中子平均擴(kuò)散長度；Εe表示超熱中子的俘獲截面；而且Le＝(De/Ee)1/2,De為超熱中子的擴(kuò)散系數(shù)。如果把熱中的擴(kuò)散長度寫為Lt＝(Dt/Et)1/2,Dt為熱中子擴(kuò)散系數(shù)指數(shù)衰減的規(guī)律。27（7）熱中子和超熱中子的空間分布中子通量：空間上單位時(shí)間通過三中子探測器中子測井中測量的熱中子、超熱中子均為慢中子。利用中子與某些原子核發(fā)生核反應(yīng)，放出帶電粒子而制成的將慢中子密度（熱中子、超熱中子）轉(zhuǎn)化成電脈沖數(shù)的裝置。28三中子探測器中子測井中測量的熱中子、超熱中子均第二節(jié)中子孔隙度測井即通過中子源（同位素中子源）發(fā)射快中子，照射地層（與地層介質(zhì)作用）減速形成熱中子或超熱中子，中子探測器探測熱中子或超熱中子的密度（通量），不同地層，減速能力不同，計(jì)數(shù)率不同，以此尋找儲(chǔ)集層、確定孔隙度的一類測井方法，包括熱中子測井、補(bǔ)償中子測井和超熱中子測井（井壁中子）測井，統(tǒng)稱為中子孔隙度測井。29第二節(jié)中子孔隙度測井即通過中子源（同位素中

中子孔隙度測井（neutronporositylogging）用點(diǎn)狀同位素中子源照射地層，用中子探測器測量熱中子計(jì)數(shù)率，并將計(jì)數(shù)率轉(zhuǎn)化為視石灰?guī)r孔隙度的一種中子測井方法。

井壁中子（sidewallneutronporositylogging）SNP；

補(bǔ)償中子(compensatedneutronporositylogging)CNL。第二節(jié)中子孔隙度測井30中子孔隙度測井（neutronporositylog一、超熱中子測井的基本原理二、決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素三、井壁中子孔隙度環(huán)境校正四、井壁中子孔隙度的響應(yīng)方程第二節(jié)中子孔隙度測井31一、超熱中子測井的基本原理第二節(jié)中子孔隙度測井31一超熱中子測井的基本原理井壁中子測井：（源，探測器裝在貼井壁的滑板上，測量超熱中子計(jì)數(shù)率來反映地層含H指數(shù)）

1、源距和超熱中子探測超熱中子計(jì)數(shù)率與源距的關(guān)系類似熱中子計(jì)數(shù)率與源距的關(guān)系：零源距，長源距，短源距。但零源距的大小會(huì)比熱中子的零源距略小。其中：短源距對(duì)含氫指數(shù)分辨率太低，一般不用；源距增加，對(duì)氫含量分辨率增加。32一超熱中子測井的基本原理井壁中子測井：（源，探測器裝在探測器為選擇記錄超熱中子，采取兩項(xiàng)措施：(1)探測器外加熱中子吸收劑（鎘）作屏蔽層——目的：吸收熱中子；(2)屏蔽層與探測器之間加減速器（塑料，石蠟等高H物質(zhì)）——目的：使穿過屏蔽層的超熱中子迅速變?yōu)闊嶂凶印?/p>

2、測量方式貼井壁測量。一超熱中子測井的基本原理33探測器為選擇記錄超熱中子，采取兩項(xiàng)措施：一超熱中子3、測量原理同位素中子源發(fā)出快中子，在地層中的運(yùn)動(dòng)和地層中的各種原子核發(fā)生彈性散射，而逐漸損失能量、降低速度，成為超熱中子，探測超熱中子密度，轉(zhuǎn)化為計(jì)數(shù)率，以此尋找儲(chǔ)集層、確定孔隙度的測井方法。一超熱中子測井的基本原理343、測量原理一超熱中子測井的基本原理344、儀器刻度刻度原因：不同儀器（源距，探測器），導(dǎo)致計(jì)數(shù)率變化。休斯頓大學(xué)的API中子測井標(biāo)準(zhǔn)井：三個(gè)孔隙不同的純石灰?guī)r地層（厚為6英尺，由6塊厚為1英尺、寬為5英尺的六面體組成），井眼居中，井徑7.875“，規(guī)定：把儀器零線與φ=19%的Indiana石灰?guī)r的曲線幅度之差的千分之一規(guī)定為一個(gè)API中子測井單位。5、曲線井壁中子曲線記為φSNP或φSWN，單位石灰?guī)r孔隙度單位。

一超熱中子測井的基本原理354、儀器刻度一超熱中子測井的基本原理35二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素

1、巖性的影響快中子的減速過程過程，取決于地層中原子核的種類及其數(shù)量，不同靶核與中子發(fā)生彈性散射的截面不同，每次散射的平均能量損失不同，因而，它們的減速長度不同。在孔隙度相同的情況下，由下表和下頁圖可知，不同巖性的地層，快中子的減速長度不同。曲線關(guān)系近似差值（%）可能的估價(jià)物質(zhì)фD>>фN40巖鹽фD>фN5~6砂巖фD=фN

石灰?guī)rфD<фN8.13白云巖фD<фN16硬石膏фD<<фN10~30泥巖фD<<фN28石膏36二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素1、巖性的影響曲線關(guān)系近似差值二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素37二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素372、孔隙度的影響在地層中所有的核素中，氫核減素能力最強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它核素。因此，地層的減速能力取決于地層中氫的含量，氫主要存在于孔隙流體中，因此，孔隙度增大，減速能力增強(qiáng)。二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素382、孔隙度的影響二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素383、源距對(duì)計(jì)數(shù)率的影響孔隙度、巖性不同，造成超熱中子的空間分布不同，孔隙度增大，減速長度越小，則在源附近的超熱中子越多；相反，孔隙度越小，減速長度越大，則離源較遠(yuǎn)的空間超熱中子越多。探測器到源之間的距離稱為源距，因此：探測器離源較近：孔隙度越大，計(jì)數(shù)率越高，對(duì)應(yīng)長源距探測器離源較遠(yuǎn)：孔隙度越大，計(jì)數(shù)率越高，對(duì)應(yīng)短源距探測器離源某一位置：計(jì)數(shù)率與孔隙度無關(guān)，對(duì)應(yīng)零源距實(shí)際應(yīng)用的均為長源距中子測井。二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素393、源距對(duì)計(jì)數(shù)率的影響二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素394、地層的含氫指數(shù)氫是地層中最重要的減速劑，因此，氫含量的高低決定了地層的減速能力，實(shí)際用含氫指數(shù)來反映地層中氫元素的多少。任何物質(zhì)單位體積（1立方厘米）的氫核數(shù)與同樣體積淡水氫核數(shù)的比值。根據(jù)規(guī)定，淡水（純水）含氫指數(shù)為1，而任何其它物質(zhì)的含氫指數(shù)將與其單位體積內(nèi)的氫核數(shù)成正比。二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素404、地層的含氫指數(shù)二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素40式中：ρ——介質(zhì)密度，g/cm3；x——介質(zhì)分子中的氫原子數(shù)；

M——介質(zhì)的分子量；

K——比例常數(shù)。對(duì)于水：ρ=1，x=2，M=18（水分子），規(guī)定其含氫指數(shù)為1，則1=K*2/18，得K=9，故：物質(zhì)的含氫指數(shù)為二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素即：41式中：ρ——介質(zhì)密度，g/cm3；二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素(1)飽和淡水純石灰?guī)r的含氫指數(shù)孔隙度為φ的石灰?guī)r，則含氫指數(shù)為：H=Hma(1-φ)+Hwφ中子孔隙度測井儀在飽和淡水的純石灰?guī)r刻度井中進(jìn)行含氫指數(shù)刻度，使它測量的含氫指數(shù)即為飽和淡水純石灰?guī)r的φ。這里，也就人為的將巖石骨架的含氫指數(shù)定為0，也就是沒有考慮石灰?guī)r骨架的減速能力。若孔隙度為φ，則含氫指數(shù)為：φⅩHw=φⅩ1=φ，將中子孔隙度測井得到的含氫指數(shù)記為φN，并稱為中子孔隙度，其單位是石灰?guī)r孔隙度單位。二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素42(1)飽和淡水純石灰?guī)r的含氫指數(shù)二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素4

飽和淡水地層：砂巖：φN略小于φ；

白云巖：φN略大于φ；

石灰?guī)r：φN等于φ；以上是骨架宏觀減速能力不同造成（砂巖骨架的宏觀減速能力小于石灰?guī)r，白云巖骨架的減速能力大于石灰?guī)r），這種差別是中子測井的巖性影響，也是識(shí)別巖性的依據(jù)。

二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素43飽和淡水地層：砂巖：φN略小于φ；二決定熱中子計(jì)數(shù)(2)油氣的含氫指數(shù)液態(tài)烴與水的含氫指數(shù)相近，而天然氣的含氫指數(shù)很低，且隨溫度和壓力而變。對(duì)分子式為CHx（分子量12+x），密度為ρh的烴：二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素對(duì)以CH4為主的天然氣（ρg<0.25），上式近似為

Hg=2.2ρg44(2)油氣的含氫指數(shù)二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素對(duì)以對(duì)以CnHnx為主的石油，根據(jù)原油化學(xué)分析有：x=4-2.5ρg

則：

二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素如ρo=0.85g/cm3，Ho=1.034。45對(duì)以CnHnx為主的石油，根據(jù)原油化學(xué)分析有：二決定熱中子(3)與有效孔隙度無關(guān)的含氫指數(shù)

a.泥質(zhì)：束縛水、粘土礦物結(jié)晶水、泥質(zhì)具有很高的含氫指數(shù)（純泥巖的中子孔隙度作為泥質(zhì)的含氫指數(shù)），取決于泥質(zhì)孔隙體積和礦物成分。

b.石膏：CaSO4·2H2O，其孔隙度為零，但含氫指數(shù)約為0.49，得到的中子孔隙度為49%。

c.巖性影響：純砂巖的骨架含氫指數(shù)為-0.01~0.05，白云巖為0.01~0.085，石灰?guī)r為0。二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素46(3)與有效孔隙度無關(guān)的含氫指數(shù)二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素4(4)挖掘效應(yīng)沖洗帶有殘余油氣的純石灰?guī)r，有：二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素當(dāng)忽略巖性影響時(shí)，此式也可作為一般純巖石的含氫指數(shù)。實(shí)際測井表明，輕烴對(duì)中子孔隙度測井的影響比上式嚴(yán)重。47(4)挖掘效應(yīng)二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素當(dāng)忽略巖性影響時(shí)二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素假設(shè)Hh=0，則：ΦN=φxo，而把含天然氣的孔隙作為巖石骨架。但實(shí)際中測井中，含氣時(shí)，時(shí)常有ΦN<φxo，這表明：天然氣含氫濃度太低，以至把含天然氣的孔隙體積作為骨架還不足以說明天然氣影響（天然氣對(duì)快中子的減速能力比石灰?guī)r骨架還低，將顯示為負(fù)的含氫指數(shù)），我們把油氣對(duì)中子孔隙度測井的這種影響，稱為中子孔隙度測井的挖掘效應(yīng)。48二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素假設(shè)Hh=0，則：ΦN=φxo，而二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素挖掘效應(yīng)的校正值可寫為顯然，挖掘效應(yīng)校正值的大小與孔隙度、飽和度、天然氣的含氫指數(shù)的大小有關(guān)，特別是當(dāng)孔隙度較大、而天然氣的含氫指數(shù)較小，校正值越大。上式中括號(hào)內(nèi)也稱為等效的含水飽和度，校正值與等效飽和度之間的關(guān)系可寫為，49二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素挖掘效應(yīng)的校正值可寫為顯然，挖掘效二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素對(duì)于石灰?guī)r，K=1；對(duì)于砂巖，K約等于1.046；白云巖則約等于1.173。當(dāng)?shù)刃э柡投鹊扔?.5時(shí)，校正值最大。而且等效飽和度一般小于1？看看圖10－3。50二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素對(duì)于石灰?guī)r，K=1；對(duì)于砂巖，K約三井壁中子孔隙度環(huán)境校正刻度的標(biāo)準(zhǔn)條件：地層水井液為淡水，井徑7.875"，溫度為75華氏度，壓力1個(gè)大氣壓，井壁無泥餅，不符合條件的，原則上講都必須校正。(1)井徑校正；(2)水墊校正，滑板與地層間泥漿；(3)泥餅校正（普通泥漿，重晶石泥漿），泥餅厚度確定；(4)礦化度校正，影響不大；(5)溫度壓力校正（高溫使減速能力降低，高壓又使減速能力增強(qiáng)），校正量較低。51三井壁中子孔隙度環(huán)境校正刻度的標(biāo)準(zhǔn)條件：地層四井壁中子孔隙度的響應(yīng)方程砂巖、白云巖、石灰?guī)r實(shí)際刻度井建立含氫指數(shù)（中子孔隙度）與巖性及孔隙度的關(guān)系，其曲線特征如圖10－7，注意一下視孔隙與真孔隙之間的不完全線性。含水純巖石：注：對(duì)含有油氣時(shí)，還需考慮挖掘效應(yīng)影響。由上述方程可求得中子孔隙度：52四井壁中子孔隙度的響應(yīng)方程砂巖、白云巖、石四井壁中子孔隙度的響應(yīng)方程含水泥質(zhì)巖石含水雙礦物模型含油氣泥質(zhì)巖石53四井壁中子孔隙度的響應(yīng)方程含水泥質(zhì)巖石53四井壁中子孔隙度的響應(yīng)方程對(duì)于原油，對(duì)于原油，54四井壁中子孔隙度的響應(yīng)方程對(duì)于原油，對(duì)于原油，54補(bǔ)償中子孔隙度測井補(bǔ)償中子測井：貼井壁的滑板上安裝同位素源和遠(yuǎn),近兩個(gè)熱中子探測器，用遠(yuǎn)、近探測器計(jì)數(shù)率的比值測量地層含氫指數(shù)。

1.補(bǔ)償原理熱中子易被核俘獲，因此，熱中子的空間分布不僅取決于地層的含氫量，還與含氯量有關(guān)，利用長短兩個(gè)探測器分別記錄兩個(gè)計(jì)數(shù)率NL、NS，則其比值只與減速性質(zhì)有關(guān)，只取決于含氫量。近探測器源距：35~40cm(r1)

遠(yuǎn)探測器源距：50~60cm(r2)55補(bǔ)償中子孔隙度測井補(bǔ)償中子測井：貼井壁的滑板上安式中：Le、Lt分別對(duì)應(yīng)快中子的減速長度和熱中子的擴(kuò)散長度。則：補(bǔ)償中子孔隙度測井表明：當(dāng)r1、r2一定后，Nt(r1)/Nt(r2)只取決于減速長度Le，即決定于巖石的含氫量,可將比值轉(zhuǎn)化為含氫指數(shù)或ΦCNL。56式中：Le、Lt分別對(duì)應(yīng)快中子的減速長度和熱中子的擴(kuò)散長

2.儀器刻度阿特拉斯在7.875"純石灰?guī)r井中獲得遠(yuǎn)近探測器計(jì)數(shù)率LS/SS與石灰?guī)r孔隙度的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

3.補(bǔ)償中子孔隙度的環(huán)境校正裸眼井圖版套管井圖版(1)井徑校正(2)泥餅校正(3)泥漿密度校正，φt<20%不校正(4)間隙校正(5)礦化度校正(6)溫度壓力校正補(bǔ)償中子孔隙度測井572.儀器刻度補(bǔ)償中子孔隙度測井574.真孔隙度確定對(duì)含水純巖石，可近似為：補(bǔ)償中子孔隙度測井其他與井壁中子完全相同。5.曲線

記錄ΦCNL，單位石灰?guī)r孔隙度單位。584.真孔隙度確定補(bǔ)償中子孔隙度測井其他與井壁中子完全相同?？紫抖葴y井應(yīng)用補(bǔ)償中子孔隙度測井1、求孔隙度59孔隙度測井應(yīng)用補(bǔ)償中子孔隙度測井1、求孔隙度59補(bǔ)償中子孔隙度測井2、劃分巖性(1)與密度孔隙度曲線重疊，定性劃分不同巖性曲線有不同的幅度差：砂巖：φD>φ；φN<φ；φD>φN,

白云巖：φD<φ；φN>φ；φD<φN,石灰?guī)r：φD=φ；φN=φ；φD=φN。60補(bǔ)償中子孔隙度測井2、劃分巖性不同巖性曲線有不同的幅度差：6補(bǔ)償中子孔隙度測井(2)與密度測井或聲波時(shí)差測井作交會(huì)圖，確定φ、巖性和礦物百分量。（圖見下頁）3、識(shí)別氣層氣層的含氫量明顯低于同孔隙度的油水層。輕烴對(duì)中子孔隙度測井的挖掘效應(yīng)；中子—密度孔隙度曲線重疊圖，氣層顯示為：φN減小，φD增大。61補(bǔ)償中子孔隙度測井(2)與密度測井或聲波時(shí)差測井作交會(huì)圖，補(bǔ)償中子孔隙度測井62補(bǔ)償中子孔隙度測井62中子伽馬測井一、原理二、決定Jnγ的因素三、應(yīng)用63中子伽馬測井一、原理63一原理同位素中子源發(fā)射快中子照射地層（經(jīng)減速、俘獲）→輻射俘獲γ射線→伽馬探測器記錄俘獲伽馬射線強(qiáng)度→記錄計(jì)數(shù)率，不同地層，計(jì)數(shù)率不同，得出一條隨深度變化的中子伽馬計(jì)數(shù)率曲線。64一原理同位素中子源發(fā)射快中子照射地層（經(jīng)減速、(1)中子伽馬計(jì)數(shù)率與源距關(guān)系關(guān)系同前面熱中子計(jì)數(shù)率與源距關(guān)系，但零源距約為35cm.，測井常用源距45~65cm。在長源距條件下：地層H增加→Jnr減??；致密巖石Jnr增加；氣層Jnr增加。二決定Jnγ的因素65(1)中子伽馬計(jì)數(shù)率與源距關(guān)系二決定Jnγ的因素65(2)地層中子伽馬計(jì)數(shù)率

Jnr與地層含氫量有關(guān)，也與地層含氯量有關(guān)（俘獲截面很大，且放出的伽馬光子也比氫多約3.1個(gè)）。高礦化度水層的Jnr很高；致密層，氣層Jnr高，泥巖層Jnr很低；可以用Jnr劃分地層，半浮點(diǎn)劃分地層界面。記錄單位：脈沖/分，標(biāo)準(zhǔn)單位：條件單位規(guī)定淡水的計(jì)數(shù)率為一個(gè)條件單位。二決定Jnγ的因素66(2)地層中子伽馬計(jì)數(shù)率二決定Jnγ的因素66三應(yīng)用特征：致密巖石的Jnr很高，氣層的Jnr很高，高礦化度的水層Jnr很高。(1)劃分巖性：和GR結(jié)合，孔隙性、滲透性地層Jnr較低；(2)識(shí)別氣層裸眼井：Jnr高于相鄰的儲(chǔ)集層，但受侵入影響，某些侵入深時(shí)，顯示不明顯。套管井：固井后不同時(shí)期測量Jnr顯示不同(侵入帶消失)67三應(yīng)用特征：致密巖石的Jnr很高，氣層的Jnr很高，(3)識(shí)別高礦化度水層(劃分油水界面)NaCl含量>150g/l

水層Jnr相對(duì)高，油層Jnr相對(duì)低，與電測資料結(jié)合，可劃分油水過渡帶。(4)在無孔隙度測井條件，可近似計(jì)算孔隙度條件：低地層水礦化度和淡水泥漿三應(yīng)用68(3)識(shí)別高礦化度水層(劃分油水界面)NaCl含量第九章中子測井中子測井(NUETRONLOGGING)：種用中子和地層的相互作用的各種效應(yīng)，來研究井剖面地層性質(zhì)的各種測井方法的總稱。它包括中子—熱中子、中子—超熱中子、中子—伽馬測井、中子活化測井以及非彈性散射伽馬能譜測井和中子壽命測井。測井時(shí)，中子源向地層發(fā)射快中子，快中子在地層中運(yùn)動(dòng)與地層物質(zhì)的原子核發(fā)生各種作用，由探測器探測超熱中子、熱中子或次生伽馬射線的強(qiáng)度，研究地層的孔隙度、巖性及孔隙流體性質(zhì)等地質(zhì)問題。69第九章中子測井中子測井(NUETRONLO第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)第二節(jié)中子孔隙度測井第三節(jié)中子壽命測井第四節(jié)次生伽馬能譜測井第十章中子測井70第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)第十章中子測井2第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)一、中子和中子源二、中子和物質(zhì)的作用三、中子探測器71第一節(jié)中子測井的核物理基礎(chǔ)一、中子和中子源3一中子和中子源1、中子(1)組成原子核不帶電的中性微粒，電荷上限10-18電子電荷。它與質(zhì)子以很強(qiáng)的核力結(jié)合在一起，形成原子核。(2)中子的質(zhì)量1.00887u；質(zhì)子的質(zhì)量1.00758u。(3)中子的半衰期

中子的靜止質(zhì)量大于質(zhì)子和電子的靜止質(zhì)量之和，會(huì)自發(fā)的發(fā)生β-衰變，它的半衰期為11.7±0.3min，自然界幾乎不存在自由中子。72一中子和中子源1、中子4(4)中子的分類當(dāng)中子與原子相互作用時(shí)，和核外電子幾乎沒有庫侖力作用，而直接與原子核碰撞，其反應(yīng)幾率主要取決于核的性質(zhì)。因此，中子入射物質(zhì)后，主要是與原子核發(fā)生作用。中子能量不同（速度不同），它與物質(zhì)相互作用的行為也就大不相同，因此，目前使用的中子測井包括使用同位素中子源和加速器中子源，提供不同能量的快中子。一中子和中子源73(4)中子的分類一中子和中子源5一中子和中子源根據(jù)中子的能量可將中子分為：高能中子能量〉10MeV穿透能力極強(qiáng)快中子10MeV—10KeV穿透能力很強(qiáng)中能中子100eV—10KeV

慢中子0.03eV—100eV超熱中子約為0.2~10eV熱中子約為0.025eV，熱中子標(biāo)準(zhǔn)速度2200m/s中子的能量指的是它的動(dòng)能74一中子和中子源根據(jù)中子的能量可將中子分為：慢中子

2、中子源：將原子核中的中子釋放出來的裝置。質(zhì)子和中子在核中存在很強(qiáng)的核力作用，要使之從核中釋放出來，必須提供足夠的能量。用高能（帶電）粒子轟擊作靶的原子核，引起核反應(yīng)，釋放出中子。一般選用輕原子核作靶核（A小，結(jié)核能小，易產(chǎn)生中子），如4Be9和1H3。測井用的中子源有兩類：同位素中子源、加速器中子源。

一中子和中子源752、中子源：將原子核中的中子釋放出來的裝置。一中子和利用放射性同位素核衰變時(shí)放出的高能粒子（а粒子）去轟擊靶核，引起核反應(yīng)，釋放中子，這種中子源的特點(diǎn)是連續(xù)發(fā)射中子。發(fā)射中子的平均能量為4~5Mev。(1)（a,n）中子源：利用同位素鐳、釙、镅等核素核衰變產(chǎn)生的a粒子轟擊靶核鈹，發(fā)生（a,n）反應(yīng)，發(fā)射中子。如镅鈹（Am-Be）中子源，利用镅衰變產(chǎn)生的a粒子去轟擊鈹，引起核反應(yīng)釋放出中子，產(chǎn)生中子能量平均為5Mev。一中子和中子源—同位素中子源(2)自發(fā)裂變中子源。锎Cf252半衰期2.65y；產(chǎn)額2.31×1012/(s.g)76利用放射性同位素核衰變時(shí)放出的高能粒子（а粒子）去轟擊（脈沖中子源）：用人工的方法（加速器）加速帶電粒子，去轟擊靶核，產(chǎn)生快中子，特點(diǎn)是人為控制脈沖式發(fā)射。如（D-T）中子源：利用加速器夾帶電粒子氘核加速到0.126MeV的能量，然后轟擊靶核氚，生成a粒子和中子，中子的能量平均為14Mev。一、中子和中子源—加速器中子源77（脈沖中子源）：用人工的方法（加速器）加速帶電粒子，去轟中子源的幾個(gè)特性參數(shù)：1)中子源強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的中子數(shù)。

中子產(chǎn)額：同位素中子源：1Ci居里放射性物質(zhì)產(chǎn)生的中子強(qiáng)度稱為它的產(chǎn)額。脈沖中子源：把單位強(qiáng)度束流也就是單位強(qiáng)度流(uA或uC)在靶核上產(chǎn)生的中子數(shù)稱為它的產(chǎn)額。2)半衰期間：發(fā)生轟擊粒子的放射性同位素的半衰期。(靶核的半衰期)一中子和中子源一定量的放射性核素在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生核衰變的核數(shù)，1Ci＝3.7×1010次核衰變/s。78中子源的幾個(gè)特性參數(shù)：一中子和中子源一定量的放射性核素在單二中子和物質(zhì)的作用

1、快中子的非彈性散射高能快中子與地層發(fā)生作用時(shí)，快中子被靶核吸收形成復(fù)核，然后放出能量較低的中子，靶核仍處于激發(fā)態(tài)，而激發(fā)態(tài)的核放出特定能量的伽馬射線后回到基態(tài)。例如，12C和16O都能與14Mev的中子發(fā)生非彈性散射而激發(fā)釋放出γ射線，這是C/O能譜測井的基礎(chǔ)。特點(diǎn)：將入射中子和靶核作為一個(gè)系統(tǒng)，碰撞前后能量（動(dòng)能）發(fā)生損失，所以是非彈性散射，或稱（n，n’）核反應(yīng)，放出的伽馬射線稱為非彈性散射伽馬射線。在14Mev中子源發(fā)出中子后10-6秒時(shí)間內(nèi)主要發(fā)生此效應(yīng)。79二中子和物質(zhì)的作用1、快中子的非彈性散射11二中子和物質(zhì)的作用非彈性散射截面：一個(gè)快中子與一個(gè)靶核非彈性散射的幾率，單位巴（10-24cm2）。原子核的能級(jí)是非連續(xù)的，只有當(dāng)入射的中子的能量至少大于靶核的第一激發(fā)能級(jí)時(shí)，才有可能發(fā)生非彈性散射，同位素中子源發(fā)射的中子能量較低，對(duì)非彈性散射的貢獻(xiàn)可忽略不記，因此，必須使用加速器中子源。高能快中子和碳發(fā)生非彈反應(yīng)的釋放伽馬能量為4.43MeV。對(duì)其探測，可得到碳的含量。高能快中子和氧發(fā)生非彈反應(yīng)的釋放的能量為6.14MeV、6.91MeV和7.12MeV。但前者強(qiáng)度高容易識(shí)別，而后兩者不考慮。

80二中子和物質(zhì)的作用非彈性散射截面：一個(gè)快中子與2、快中子對(duì)原子核的活化快中子除發(fā)生（n，n’）反應(yīng)外，還可發(fā)生（n，a），（n，p）核反應(yīng)。這些反應(yīng)產(chǎn)生新原子核。有一定的半衰期，衰變放射出帶電粒子和γ射線，其中伽馬射線稱為次生活化伽馬射線。

活化測井：如：硅測井，鋁測井，鈣測井，氯測井

二中子和物質(zhì)的作用硅活化：又有快中子能量14MeV，反應(yīng)截面為0.22b，Al28的半衰期2.3min，發(fā)射伽馬光子的能量為1.782，探測之可以探測硅的含量。有效區(qū)分砂層和碳酸鹽巖。812、快中子對(duì)原子核的活化二中子和物質(zhì)的作用硅活化：又有快中鋁活化：二中子和物質(zhì)的作用鈣活化：氯活化：可確定巖性和泥質(zhì)含量，鋁是常見粘土礦物的指示元素，而硅是砂巖的指示元素。鈣是碳酸鹽巖的指示元素。特點(diǎn)：反應(yīng)過程中，中子被吸收，產(chǎn)生新核，這些新核有些具有放射性82鋁活化：二中子和物質(zhì)的作用鈣活化：氯活化：可確定巖性和

3、快中子的彈性散射(1)快中子的彈性散射中等能量的中子與靶核碰撞，將部分能量傳給靶核，使之能量（動(dòng)能）增加，仍處于穩(wěn)態(tài)，而快中子速度減慢，系統(tǒng)總的動(dòng)能守恒，此過程即為快中子的彈性散射。對(duì)于同位素中子源中子測井，中子的初始能量較低，因此，從開始就以彈性散射為主。14Mev的高能快中子經(jīng)一兩次非彈性散射后就不能再發(fā)生非彈性散射或核活化反應(yīng)，只能發(fā)生彈性散射而繼續(xù)減速，直至其能量為0.025ev左右，成為熱中子。二中子和物質(zhì)的作用833、快中子的彈性散射二中子和物質(zhì)的作用15(2)特點(diǎn)入射中子＋被碰原子核系統(tǒng)，在碰撞前后總動(dòng)能不變，中子損失的能量全部變成被碰核的動(dòng)能，而核仍處于穩(wěn)態(tài)，純減速過程。(3)彈性碰撞能量損失彈性碰撞能量損失與靶核的A、入射中子能量E0及散射角φ（中子散射方向和入射方向的夾角）有關(guān)。當(dāng)為正碰撞時(shí)，中子損失能量最大。實(shí)驗(yàn)證明，中子一次彈性碰撞可能損失的最大能量和平均能量分別為：二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞84(2)特點(diǎn)二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞16二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞對(duì)氫核來說，A=1，a=0，ΔEmax=E0，E=1/2E0，而對(duì)C，A=12，a=0.716，E=0.142E0，ΔEmax=0.284E0。因此氫是巖石中最主要的減速元素，巖石對(duì)快中子的減速能力取決于巖石的含H量。(4)能量減縮ζ：每次碰撞后中子能量的自然對(duì)數(shù)差的平均值，表示物質(zhì)對(duì)快中子的減速能力。85二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞對(duì)氫核來說，A=1，a=0二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞中子與化合物的彈性散射的平均對(duì)數(shù)能量減縮Ζi為第i種核的平均對(duì)數(shù)能量減縮；Ni為單位體積物質(zhì)中第i種核的個(gè)數(shù)；σsi為第i種核的微觀散射截面，b；N物質(zhì)中有n種原子。86二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞中子與化合物的彈性散射的平均對(duì)(5)熱化碰撞次數(shù)熱化碰撞次數(shù)：核物理將初始能量為E0的快中子減速為熱中子所需的平均碰撞次數(shù)。若E0為2Mev，則H、C、O的熱化碰撞次數(shù)為18、114、150。說明，H為主要的減速劑。二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞ξ隨著散射核質(zhì)量數(shù)增加而減小，與中子能量無關(guān)。H、C、O、Mg、Al、Si、Ca的ξ分別為1、0.158、0.120、0.075、0.07、0.07、0.05。87(5)熱化碰撞次數(shù)熱化碰撞次數(shù)：核物理將初始能量為E0的快(6)巖石宏觀散射截面微觀散射截面σs：一個(gè)中子與一個(gè)原子核發(fā)生彈性散射的幾率，單位1b=10-24cm2；

宏觀散射截面Εs：單位體積物質(zhì)中的原子核的微觀散射截面之和，單位cm-1

結(jié)論：純巖石的宏觀減速能力基本上決定于純巖石的孔隙度（含淡水條件）二中子和物質(zhì)的作用－彈性碰撞88(6)巖石宏觀散射截面微觀散射截面σs：一個(gè)中子與一個(gè)原二中子和物質(zhì)的作用(7)減速時(shí)間τf和減速長度Lf減速時(shí)間τf：快中子從初始能量E0減速為熱中子能量Et所需時(shí)間；減速距離L：在減速時(shí)間內(nèi)，中子移動(dòng)的直線距離。Σs.H巖石中氫的宏觀散射截面ζ’除氫以外巖石對(duì)中子的能量減縮Σ’s除氫以外巖石中的宏觀散射截面89二中子和物質(zhì)的作用(7)減速時(shí)間τf和減速長度LfΣs

4、熱中子擴(kuò)散和俘獲(1)熱中子的擴(kuò)散快中子經(jīng)減速到能量與地層原子處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，中子不再減速，而像氣體分子一樣處于擴(kuò)散過程。由密度大的地方向密度小的區(qū)域擴(kuò)散，直到被地層原子核俘獲為止。(2)輻射俘獲核反應(yīng)靶核俘獲一個(gè)熱中子而變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的復(fù)核，然后，復(fù)核放出一個(gè)或多個(gè)幾個(gè)光子，回到基態(tài)。二中子和物質(zhì)的作用904、熱中子擴(kuò)散和俘獲二中子和物質(zhì)的作用22(3)巖石對(duì)熱中子的宏觀俘獲截面Εa：

微觀俘獲截面σ：一個(gè)原子核俘獲熱中子的幾率；宏觀俘獲截面Εa：一立方厘米所有原子微觀俘獲截面的總和。二中子和物質(zhì)的作用ClHCOMgAgSiCa31.60.3290.00450.00160.400.2150.130.43結(jié)論：巖石對(duì)熱中子的俘獲能力主要取決于含氯量（礦化度、地層水含量）91(3)巖石對(duì)熱中子的宏觀俘獲截面Εa：二中子和物質(zhì)的作用(4)熱中子壽命τ

從熱中子的生成時(shí)起到它被吸收為止所經(jīng)過的平均時(shí)間，在數(shù)值上等于平均擴(kuò)散自由程（1／Εa）與熱中子平均速度的比值。它和宏觀俘獲截面的關(guān)系為：另外：硼的Εa=710b，即使含量微小，也對(duì)測井將會(huì)有很大影響。即使硼B(yǎng)含量很少，也會(huì)造成地層水或巖石宏觀俘獲截面的顯著增大，現(xiàn)在發(fā)展了注硼中子壽命測井。v為熱中子的移動(dòng)速度。二中子和物質(zhì)的作用92(4)熱中子壽命τ另外：硼的Εa=710b，即使含量（5）擴(kuò)散距離Lt熱中子產(chǎn)生到被俘獲所經(jīng)過的直線距離Lt，由核物理學(xué)，可知93（5）擴(kuò)散距離Lt熱中子產(chǎn)生到被俘獲所經(jīng)過的直線距離Lt，由（6）俘獲核反應(yīng)熱中子被俘獲時(shí)，該核變成激發(fā)態(tài)的復(fù)核，然后釋放出伽馬射線退激，這種反應(yīng)就叫俘獲核反應(yīng)，釋放出的伽馬射線叫俘獲伽馬射線。94（6）俘獲核反應(yīng)熱中子被俘獲時(shí)，該核變成激發(fā)態(tài)的復(fù)核，然后釋（7）熱中子和超熱中子的空間分布中子通量：空間上單位時(shí)間通過單位面積的中子數(shù)，探測器的計(jì)數(shù)率與之成正比。Le＝超熱中子平均擴(kuò)散長度；Εe表示超熱中子的俘獲截面；而且Le＝(De/Ee)1/2,De為超熱中子的擴(kuò)散系數(shù)。如果把熱中的擴(kuò)散長度寫為Lt＝(Dt/Et)1/2,Dt為熱中子擴(kuò)散系數(shù)指數(shù)衰減的規(guī)律。95（7）熱中子和超熱中子的空間分布中子通量：空間上單位時(shí)間通過三中子探測器中子測井中測量的熱中子、超熱中子均為慢中子。利用中子與某些原子核發(fā)生核反應(yīng)，放出帶電粒子而制成的將慢中子密度（熱中子、超熱中子）轉(zhuǎn)化成電脈沖數(shù)的裝置。96三中子探測器中子測井中測量的熱中子、超熱中子均第二節(jié)中子孔隙度測井即通過中子源（同位素中子源）發(fā)射快中子，照射地層（與地層介質(zhì)作用）減速形成熱中子或超熱中子，中子探測器探測熱中子或超熱中子的密度（通量），不同地層，減速能力不同，計(jì)數(shù)率不同，以此尋找儲(chǔ)集層、確定孔隙度的一類測井方法，包括熱中子測井、補(bǔ)償中子測井和超熱中子測井（井壁中子）測井，統(tǒng)稱為中子孔隙度測井。97第二節(jié)中子孔隙度測井即通過中子源（同位素中

中子孔隙度測井（neutronporositylogging）用點(diǎn)狀同位素中子源照射地層，用中子探測器測量熱中子計(jì)數(shù)率，并將計(jì)數(shù)率轉(zhuǎn)化為視石灰?guī)r孔隙度的一種中子測井方法。

井壁中子（sidewallneutronporositylogging）SNP；

補(bǔ)償中子(compensatedneutronporositylogging)CNL。第二節(jié)中子孔隙度測井98中子孔隙度測井（neutronporositylog一、超熱中子測井的基本原理二、決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素三、井壁中子孔隙度環(huán)境校正四、井壁中子孔隙度的響應(yīng)方程第二節(jié)中子孔隙度測井99一、超熱中子測井的基本原理第二節(jié)中子孔隙度測井31一超熱中子測井的基本原理井壁中子測井：（源，探測器裝在貼井壁的滑板上，測量超熱中子計(jì)數(shù)率來反映地層含H指數(shù)）

1、源距和超熱中子探測超熱中子計(jì)數(shù)率與源距的關(guān)系類似熱中子計(jì)數(shù)率與源距的關(guān)系：零源距，長源距，短源距。但零源距的大小會(huì)比熱中子的零源距略小。其中：短源距對(duì)含氫指數(shù)分辨率太低，一般不用；源距增加，對(duì)氫含量分辨率增加。100一超熱中子測井的基本原理井壁中子測井：（源，探測器裝在探測器為選擇記錄超熱中子，采取兩項(xiàng)措施：(1)探測器外加熱中子吸收劑（鎘）作屏蔽層——目的：吸收熱中子；(2)屏蔽層與探測器之間加減速器（塑料，石蠟等高H物質(zhì)）——目的：使穿過屏蔽層的超熱中子迅速變?yōu)闊嶂凶印?/p>

2、測量方式貼井壁測量。一超熱中子測井的基本原理101探測器為選擇記錄超熱中子，采取兩項(xiàng)措施：一超熱中子3、測量原理同位素中子源發(fā)出快中子，在地層中的運(yùn)動(dòng)和地層中的各種原子核發(fā)生彈性散射，而逐漸損失能量、降低速度，成為超熱中子，探測超熱中子密度，轉(zhuǎn)化為計(jì)數(shù)率，以此尋找儲(chǔ)集層、確定孔隙度的測井方法。一超熱中子測井的基本原理1023、測量原理一超熱中子測井的基本原理344、儀器刻度刻度原因：不同儀器（源距，探測器），導(dǎo)致計(jì)數(shù)率變化。休斯頓大學(xué)的API中子測井標(biāo)準(zhǔn)井：三個(gè)孔隙不同的純石灰?guī)r地層（厚為6英尺，由6塊厚為1英尺、寬為5英尺的六面體組成），井眼居中，井徑7.875“，規(guī)定：把儀器零線與φ=19%的Indiana石灰?guī)r的曲線幅度之差的千分之一規(guī)定為一個(gè)API中子測井單位。5、曲線井壁中子曲線記為φSNP或φSWN，單位石灰?guī)r孔隙度單位。

一超熱中子測井的基本原理1034、儀器刻度一超熱中子測井的基本原理35二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素

1、巖性的影響快中子的減速過程過程，取決于地層中原子核的種類及其數(shù)量，不同靶核與中子發(fā)生彈性散射的截面不同，每次散射的平均能量損失不同，因而，它們的減速長度不同。在孔隙度相同的情況下，由下表和下頁圖可知，不同巖性的地層，快中子的減速長度不同。曲線關(guān)系近似差值（%）可能的估價(jià)物質(zhì)фD>>фN40巖鹽фD>фN5~6砂巖фD=фN

石灰?guī)rфD<фN8.13白云巖фD<фN16硬石膏фD<<фN10~30泥巖фD<<фN28石膏104二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素1、巖性的影響曲線關(guān)系近似差值二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素105二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素372、孔隙度的影響在地層中所有的核素中，氫核減素能力最強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它核素。因此，地層的減速能力取決于地層中氫的含量，氫主要存在于孔隙流體中，因此，孔隙度增大，減速能力增強(qiáng)。二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素1062、孔隙度的影響二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素383、源距對(duì)計(jì)數(shù)率的影響孔隙度、巖性不同，造成超熱中子的空間分布不同，孔隙度增大，減速長度越小，則在源附近的超熱中子越多；相反，孔隙度越小，減速長度越大，則離源較遠(yuǎn)的空間超熱中子越多。探測器到源之間的距離稱為源距，因此：探測器離源較近：孔隙度越大，計(jì)數(shù)率越高，對(duì)應(yīng)長源距探測器離源較遠(yuǎn)：孔隙度越大，計(jì)數(shù)率越高，對(duì)應(yīng)短源距探測器離源某一位置：計(jì)數(shù)率與孔隙度無關(guān)，對(duì)應(yīng)零源距實(shí)際應(yīng)用的均為長源距中子測井。二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素1073、源距對(duì)計(jì)數(shù)率的影響二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素394、地層的含氫指數(shù)氫是地層中最重要的減速劑，因此，氫含量的高低決定了地層的減速能力，實(shí)際用含氫指數(shù)來反映地層中氫元素的多少。任何物質(zhì)單位體積（1立方厘米）的氫核數(shù)與同樣體積淡水氫核數(shù)的比值。根據(jù)規(guī)定，淡水（純水）含氫指數(shù)為1，而任何其它物質(zhì)的含氫指數(shù)將與其單位體積內(nèi)的氫核數(shù)成正比。二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素1084、地層的含氫指數(shù)二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素40式中：ρ——介質(zhì)密度，g/cm3；x——介質(zhì)分子中的氫原子數(shù)；

M——介質(zhì)的分子量；

K——比例常數(shù)。對(duì)于水：ρ=1，x=2，M=18（水分子），規(guī)定其含氫指數(shù)為1，則1=K*2/18，得K=9，故：物質(zhì)的含氫指數(shù)為二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素即：109式中：ρ——介質(zhì)密度，g/cm3；二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素(1)飽和淡水純石灰?guī)r的含氫指數(shù)孔隙度為φ的石灰?guī)r，則含氫指數(shù)為：H=Hma(1-φ)+Hwφ中子孔隙度測井儀在飽和淡水的純石灰?guī)r刻度井中進(jìn)行含氫指數(shù)刻度，使它測量的含氫指數(shù)即為飽和淡水純石灰?guī)r的φ。這里，也就人為的將巖石骨架的含氫指數(shù)定為0，也就是沒有考慮石灰?guī)r骨架的減速能力。若孔隙度為φ，則含氫指數(shù)為：φⅩHw=φⅩ1=φ，將中子孔隙度測井得到的含氫指數(shù)記為φN，并稱為中子孔隙度，其單位是石灰?guī)r孔隙度單位。二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素110(1)飽和淡水純石灰?guī)r的含氫指數(shù)二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素4

飽和淡水地層：砂巖：φN略小于φ；

白云巖：φN略大于φ；

石灰?guī)r：φN等于φ；以上是骨架宏觀減速能力不同造成（砂巖骨架的宏觀減速能力小于石灰?guī)r，白云巖骨架的減速能力大于石灰?guī)r），這種差別是中子測井的巖性影響，也是識(shí)別巖性的依據(jù)。

二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素111飽和淡水地層：砂巖：φN略小于φ；二決定熱中子計(jì)數(shù)(2)油氣的含氫指數(shù)液態(tài)烴與水的含氫指數(shù)相近，而天然氣的含氫指數(shù)很低，且隨溫度和壓力而變。對(duì)分子式為CHx（分子量12+x），密度為ρh的烴：二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素對(duì)以CH4為主的天然氣（ρg<0.25），上式近似為

Hg=2.2ρg112(2)油氣的含氫指數(shù)二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素對(duì)以對(duì)以CnHnx為主的石油，根據(jù)原油化學(xué)分析有：x=4-2.5ρg

則：

二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素如ρo=0.85g/cm3，Ho=1.034。113對(duì)以CnHnx為主的石油，根據(jù)原油化學(xué)分析有：二決定熱中子(3)與有效孔隙度無關(guān)的含氫指數(shù)

a.泥質(zhì)：束縛水、粘土礦物結(jié)晶水、泥質(zhì)具有很高的含氫指數(shù)（純泥巖的中子孔隙度作為泥質(zhì)的含氫指數(shù)），取決于泥質(zhì)孔隙體積和礦物成分。

b.石膏：CaSO4·2H2O，其孔隙度為零，但含氫指數(shù)約為0.49，得到的中子孔隙度為49%。

c.巖性影響：純砂巖的骨架含氫指數(shù)為-0.01~0.05，白云巖為0.01~0.085，石灰?guī)r為0。二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素114(3)與有效孔隙度無關(guān)的含氫指數(shù)二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素4(4)挖掘效應(yīng)沖洗帶有殘余油氣的純石灰?guī)r，有：二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素當(dāng)忽略巖性影響時(shí)，此式也可作為一般純巖石的含氫指數(shù)。實(shí)際測井表明，輕烴對(duì)中子孔隙度測井的影響比上式嚴(yán)重。115(4)挖掘效應(yīng)二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素當(dāng)忽略巖性影響時(shí)二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素假設(shè)Hh=0，則：ΦN=φxo，而把含天然氣的孔隙作為巖石骨架。但實(shí)際中測井中，含氣時(shí)，時(shí)常有ΦN<φxo，這表明：天然氣含氫濃度太低，以至把含天然氣的孔隙體積作為骨架還不足以說明天然氣影響（天然氣對(duì)快中子的減速能力比石灰?guī)r骨架還低，將顯示為負(fù)的含氫指數(shù)），我們把油氣對(duì)中子孔隙度測井的這種影響，稱為中子孔隙度測井的挖掘效應(yīng)。116二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素假設(shè)Hh=0，則：ΦN=φxo，而二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素挖掘效應(yīng)的校正值可寫為顯然，挖掘效應(yīng)校正值的大小與孔隙度、飽和度、天然氣的含氫指數(shù)的大小有關(guān)，特別是當(dāng)孔隙度較大、而天然氣的含氫指數(shù)較小，校正值越大。上式中括號(hào)內(nèi)也稱為等效的含水飽和度，校正值與等效飽和度之間的關(guān)系可寫為，117二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素挖掘效應(yīng)的校正值可寫為顯然，挖掘效二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素對(duì)于石灰?guī)r，K=1；對(duì)于砂巖，K約等于1.046；白云巖則約等于1.173。當(dāng)?shù)刃э柡投鹊扔?.5時(shí)，校正值最大。而且等效飽和度一般小于1？看看圖10－3。118二決定熱中子計(jì)數(shù)率的因素對(duì)于石灰?guī)r，K=1；對(duì)于砂巖，K約三井壁中子孔隙度環(huán)境校正刻度的標(biāo)準(zhǔn)條件：地層水井液為淡水，井徑7.875"，溫度為75華氏度，壓力1個(gè)大氣壓，井壁無泥餅，不符合條件的，原則上講都必須校正。(1)井徑校正；(2)水墊校正，滑板與地層間泥漿；(3)泥餅校正（普通泥漿，重晶石泥漿），泥餅厚