1、第 三 章,能譜巖性密度測井,利用置于井下儀器內(nèi)的放射源的射線與地層相互作用發(fā)生康-吳散射，通過測量康-吳散射的強(qiáng)度來確定地層密度的測井方法稱為地層密度測井。利用康-吳散射射線與地層作用的光電效應(yīng)吸收以及康-吳散射射線同時測量（雙窗）來確定地層巖性和密度的測井方法稱為巖性密度測井。通過測量康-吳散射線的能譜來確定地層的巖性和密度的方法稱為能譜巖性密度測井。上面三種測井統(tǒng)稱散射測井。,第3.1節(jié)能譜巖性密度測井的基本原理,3.1.1能譜巖性密度測井的物理基礎(chǔ),1、地層對源射線的散射射線 巖性密度測井的基本特點：發(fā)射射線的放射源和測量射線的NaI(Tl)探測器均在地層的同一側(cè)，能記錄到的地層散射射

2、線的多少決定于射線的準(zhǔn)直孔。 （1）源的準(zhǔn)直孔 1）為楔形直孔；2）位于平面成一定角度的窗形準(zhǔn)直孔。,楔形的與窗形的比較入射到探測器散射大約30度，并且計數(shù)率高，探測的統(tǒng)計性好，再之，所得的地層密度值誤差小5%（0.765%與1.451%）并且提高了地層密度測量的靈敏度。,(2)散射射線與入射的源光子能量的關(guān)系： （如圖3.1）為散射射線強(qiáng)度與入射能量及原子序數(shù)Z的關(guān)系。從下圖可見，當(dāng)Z一定時，散射射線強(qiáng)度隨入射光子能量的增加而減弱，這里因為康-吳散射界面與入射光子能量成反比。因而，在能譜巖性密度測井中，一般選擇發(fā)射能量為0.661Mev單能射線的137Cs源，作為入射光子的輻射源。,強(qiáng) 度,

3、（3）散射射線強(qiáng)度與原子序數(shù)的關(guān)系： 從上圖可知（圖3.1也可看出）散射射線強(qiáng)度隨Z的增大而減弱。由于康-吳散射截面與Z成正比，當(dāng)Z比較小時，隨Z的增加，散射幾率增加，但散射射線與散射物質(zhì)發(fā)生光電效應(yīng)的幾率增大 ，使一部分散射射線被吸收而不能出地層界面，這兩種作用綜合效果使散射射線強(qiáng)度隨Z的增大而減弱。,同時，當(dāng)散射務(wù)物質(zhì)無限厚（地層）時，輕物質(zhì)的散射射線強(qiáng)度除一次散射射線的貢獻(xiàn)外，還有來自深部的多次散射射線的貢獻(xiàn)，使散射射線中低能光子增多。而重物質(zhì)的散射強(qiáng)度，主要是井壁表層的一次散射射線，來自深處的散射射線被吸收了。因此探測表層一次或二次康-吳散射射線和來自深處的多次康-吳散射射線強(qiáng)度（反映

4、光電效應(yīng)吸收的幾率），則成為地層巖性密度測井的基礎(chǔ)。,測量分析整個地層康-吳散射射線的能譜就成為能譜巖性密度測井的物理基礎(chǔ)。,2、巖石物理參數(shù)以及康吳散射和光電吸收參數(shù)。 巖石對射線的散射及對散射射線的光電吸收都與地層巖石的原子序數(shù)有關(guān)，也就是與巖石的一些物理參數(shù)，康-吳散射參數(shù)和光電吸收數(shù)有關(guān)。因此，必須給出這些參數(shù)的明確定義：,3、地層巖石的散射-吸收譜與有關(guān)物理參數(shù)的關(guān)系 如果放射源為137Cs，入射光子的能量為0.661Mev的單能射線， 三種散射-吸收介質(zhì)，測得三個散射-吸收譜如下圖所示。從圖中可見三種介質(zhì)的密度相同，即康-吳散射譜在H區(qū)間不變，而在低能譜段S區(qū)間，三個譜是不一樣的，

5、反映了光電吸收截面指數(shù)和體積光電吸收截面指數(shù)U的不同。,3.1.2 能譜巖性密度測井的地質(zhì)依據(jù) 上面物理基礎(chǔ)說利用康-吳散射及散射在地層中的吸收譜，可測定密度和光電吸收截面指數(shù)。但地層中是否具有不同的密度？不同的光電吸收截面指數(shù)？它們與油藏有什么關(guān)系？這就是地質(zhì)的依據(jù)了。,（1）不同巖石骨架的密度不同，所以在井剖面中根據(jù)密度能夠把不同的巖性地層區(qū)分開。尤其是其它的球物理方法難以區(qū)分的巖鹽與硬石膏、硬石膏與致密灰?guī)r、致密灰?guī)r與白云巖、石膏與高孔隙度灰?guī)r等，但根據(jù)密度可將它們分開。特別是煤層更容易區(qū)分。 （2）孔隙性地層（見上式）相當(dāng)于致密地層中巖石骨架的一部分被密度小的水、原油或天然氣所代替，故

6、其密度小于致密地層（見上式）?？紫抖仍酱?地層的密度,小。所以密度測井資料可用于求地層的孔隙度。確實密度測井是孔隙度測井的主要方法之一。 （3）利用Pe值可以區(qū)分密度相近的巖石骨架，如是石英和一般頁巖體積密度很接近。而光電吸收截面指數(shù)Pe差別較大，可以區(qū)分。又如石英、灰?guī)r和白云巖密度差別較小，但Pe差別較大，很容易區(qū)分開。 （4）利用體積光電吸收截面指數(shù)U值，即使孔隙度為30%的灰?guī)r（方解石）地層，,第3.2節(jié)能譜巖性密度測井儀器系統(tǒng)（數(shù)據(jù)獲?。?能譜巖性密度測井儀系統(tǒng)具有近源距和遠(yuǎn)源距兩個NaI(Tl)探測器,在井下微處理機(jī)控制下,獲取(記錄)40800KeV能量范圍內(nèi)從地層散射進(jìn)來的散射射

7、線全譜.兩個譜數(shù)據(jù)在下井儀器中累積起來,通過數(shù)字遙測系統(tǒng)將信號經(jīng)過電纜傳送到地面計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后,輸出Pe、 曲線(測井)以及質(zhì)量控制曲線.,同樣的道理減少外殼對來自地層散射射線的吸收和再散射，使得探測器能夠接受更多的來自地層的散射。特別是提高低能光子的探測效率。另外，長源距探測器的扇形窗角度比短源距探測器的大，以保證長源距探測器有足夠的計數(shù)率，減少統(tǒng)計誤差，但相應(yīng)地層增大了井眼對測量的影響，特別是井壁不規(guī)則或推靠不良時。而同時防止短源距探測器計數(shù)率太高產(chǎn)生譜畸變，并減少井眼的影響。,地層散射譜的全譜測量，便于實時能量刻度?？捎妙A(yù)先存儲于地面計算機(jī)中的程序?qū)λ鶞y的散射譜進(jìn)行實時能量刻度，從

8、而對漂移了的能窗進(jìn)行校正。同時經(jīng)過能量刻度可以計算長、短源距探測系統(tǒng)的增益，從而可分別控制和調(diào)節(jié)兩探測系統(tǒng)的增益，提高各能窗（道區(qū))計數(shù)的測量精度。儀器可輸出參考峰位置、探測系統(tǒng)的增益和能量分辨率以及指示增益穩(wěn)定性好壞的根測量值曲線，以便于監(jiān)視兩探測器的穩(wěn)定性，并供操作員監(jiān)視測井情況和解釋人員參考。,能譜巖性密度測井儀，將譜分析置于井下（井下多道），長、短源距探測器所記錄的散射譜數(shù)據(jù)，在井下被累積起來，然后通過遙測系統(tǒng)全部傳送到地面，地面計算機(jī)自動進(jìn)行實時刻度和各種數(shù)據(jù)處理。這種數(shù)字傳輸和譜分析方法，克服了傳輸?shù)姆蔷€性及地面譜分析會降低探測器系統(tǒng)能量分辨率的缺點。,第3.3節(jié)能譜巖性密度測井的

9、數(shù)據(jù)處理 3.3.1 能譜巖性密度測井的實測譜數(shù)據(jù)處理 1、散射實測譜的基本特征 用能譜巖性密度測井儀測得的散射實測譜如下圖所示。,（2）仔細(xì)對比長、短源距探測器在同一地層中所獲得的散射譜，并沒有明顯的差別。但由于長、短源距的扇形探測窗的圓心角大小不同，使得相對低能段來說，高能段的計數(shù)率，短源距比長源距探測系統(tǒng)高。因圓心角大，弧面積大，進(jìn)來低能量的光子相對的多，另外，源距長，康-吳散射的次數(shù)多，使得能量向低能方向移動，低能計數(shù)相對就多。,3、譜增益、零截、分辨率的計算和能量刻度 譜的增益、零截、分辨率開始時用本底譜（長、短源距探測系統(tǒng)）來計算，而在測井時只計算增益和分辨率，零截則取本底譜計算得

10、到的初始值，作為常數(shù)。,3.3.2能譜巖性密度測井 和 的計算方法,(1)密度刻度 作刻度要和實際測量一樣，必須要給出光電吸收截面指數(shù)Pe窗和康-吳散射（密度）窗。我們要實測地層的散射吸收譜如下圖所示，將權(quán)譜分為8個窗，各能窗的典型能量范圍如表3.4所示。,（2）儀器的Pe（光電吸收截面指數(shù)）刻度 同樣用上述二種模塊：Al、Al+鋼片，井眼注滿足淡水進(jìn)行實驗測量，得到兩點，由于儀器的Pe響應(yīng)是非線性的，因而還要第三點，第三點的刻度是取標(biāo)準(zhǔn)儀器在Pe值等于碳酸鈉巖（天然堿）地層中讀數(shù)，由這三個刻度點則可以定義Pe響應(yīng)的三個常數(shù)。這三個常數(shù)是曲線的曲率K1、斜率K2、和截距K3，令PA 、 PF和PB分別為Al、A+Fe和天然堿模塊的光電吸收截面指數(shù)Pe值。,如NLSAP、NLSFP、NLSBP和NLSAC 、NLSFC 、 NLSBC分別為三種模塊譜光電吸收窗和康-吳窗的計數(shù)率。,探測系統(tǒng)光電窗（Pe窗）和康-吳窗的計數(shù)率。,這個比值雖然大部分與地層