《自然伽馬測井》PPT課件.ppt

1,自然伽馬測井,2012年11月,主講人：賀淑平,2,巖石中所含的放射性元素的種類和數(shù)量不同，放射性強度也不同。巖石的自然伽馬放射性水平主要決定于鈾U、釷Th、鉀K的含量。 自然伽馬測井GR：通過測量巖層的自然伽馬射線的強度來認識巖層的一種放射性測井方法。是在井內(nèi)測量巖層中自然存在的放射性元素核衰變過程中放射出來的伽馬射線的強度。,4.2.1 自然伽馬測井的測量原理,4.2 自然伽馬測井,井下儀器包括：伽馬射線探測器（將接收到的伽馬射線轉(zhuǎn)換成電脈沖的裝置）、供給該探測器所需的高壓電源，以及將探測器輸出的電脈沖進行放大的放大器等。 地面儀器主要包括：將來自地下的一連串電脈沖轉(zhuǎn)換成連續(xù)電流的一整套電路，以及記錄儀和電源等。,測量原理：當井下儀器在井內(nèi)由下向上提升時，來自巖層的自然伽馬射線穿過鉆井液和儀器外殼進入探測器，經(jīng)過閃爍計數(shù)器，將伽馬射線轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，放大器把電脈沖放大后由電纜送到地面儀器，地面儀器把每分鐘電脈沖數(shù)轉(zhuǎn)變成與其成正比例的電位差進行記錄，井下儀器沿井身移動，就連續(xù)記錄出井剖面上自然伽馬強度曲線，稱為GR曲線，單位是脈沖/分，在儀器標準化后，曲線單位是R/h?，F(xiàn)在使用API單位。,3,自然伽馬測井原理,整形器,計數(shù)率計,積分線路輸入輸出特性,時間常數(shù)：,輸入電壓,輸入電壓,輸出電壓,計數(shù)電路,4,1、理論曲線特征 1)、探測范圍 巖石放射的伽馬射線能到達探測器的一個以探測器中點為球心的球體，其半徑約為3045cm。 2)、總體特征 對著高放射性地層，曲線顯示高讀數(shù)，并在巖層中心處出現(xiàn)極大值。對于厚巖層，該極大值能很好地反映巖層的放射性，隨著巖層厚度的變薄，極大值隨之降低。,4.2.2 自然伽馬測井曲線的特點,自然伽馬測井的探測半徑和巖層厚度與GR曲線的解釋關系,3)、曲線的對稱性 上下圍巖放射性含量相同時，曲線對稱于地層中點，反之，曲線不對稱。,5,自然伽馬理論曲線,理論曲線與實際情況的差異分析 理想情況：探測器在井內(nèi)是進行的點測，而且每一個點上的讀數(shù)是較長時間內(nèi)（3）所測脈沖數(shù)的平均值。 實際測井情況（有v和參數(shù)）： 儀器有一定的上提速度v，使得探測器在井內(nèi)每一深度的停留時間有限 地面儀器中將脈沖數(shù)平均轉(zhuǎn)化為連續(xù)電流的計數(shù)率電路的時間常數(shù)有一定的數(shù)值，且不可能太長記錄電路的“延遲性”。,d0井徑,4)、當巖層厚度較厚時 當h大于3倍d0井徑或者大于2倍探測半徑時，地層中心處的平均值為地層的伽馬射線強度值，可用曲線上最大幅度一半的地方（半幅值點）劃分巖層的上下界面。,5)、當巖層變薄時 當h3d0時，受低放射性圍巖的影響，自然伽馬幅度值對厚度h減小而減小，巖層界面的位置移向曲線的頂端。,6,1)、測井速度v和記錄儀中電路的積分時間常數(shù)的影響 v越大，曲線幅度越小，對稱性越差，極值向提升方向偏移越遠，即曲線的深度位移和形態(tài)畸變隨之加劇。,不同測井速度對自然伽馬測井曲線的影響,2、自然伽馬測井曲線的影響因素,深度位移：指根據(jù)實測自然伽馬測井曲線的分層原則（如用半幅值點）定出的巖層界面深度與實際深度之間有一偏差，而且前者比后者偏淺。 實際測井要選擇合適的提升速度和儀器時間常數(shù)，同時，在整理資料時，需通過與其它曲線的對比，將整個曲線下移一定深度（深度校正）。,時間常數(shù)RC對放射性測井曲線的影響,儀器移動方向,7,2)、放射性漲落誤差的影響 放射性漲落：在放射性源強度和測量條件不變的情況下，在相同的時間間隔內(nèi)，對放射性射線的強度進行反復測量，每次記錄的數(shù)值不相同，但總在平均值 ）附近變化,實測自然伽馬測井曲線特征,鋸齒狀,它和測量條件無關，是微觀世界的一種客觀現(xiàn)象，并且有一定的規(guī)律。這是由于放射性元素的各個原子核的衰變彼此獨立，衰變的次序是偶然原因造成的。這種現(xiàn)象的存在，使得自然伽馬曲線不光滑，有許多起伏的變化。這些起伏是放射性漲落引起的，不是由于地層放射性元素含量變化引起的。放射性測井曲線上讀數(shù)的變化，一種是地層性質(zhì)引起的變化，用它可以劃分地質(zhì)剖面。另一種變化是放射性漲落引起的。區(qū)分這兩種變化是正確解釋應用的前提。放射性漲落符合統(tǒng)計規(guī)律，其誤差可以計算。,統(tǒng)計漲落,泥巖,砂巖,8,放射性測井曲線漲落誤差,（1）測井測量的每一點計數(shù)率的漲落誤差1 如能根據(jù)多次測量確定平均值，則每次的測量讀數(shù)與平均值的誤差就是1。采用積分線路的自然伽馬測井儀，其輸出結(jié)果是在輸出時刻前2時間內(nèi)的平均值，則曲線上任何一點的相對標準誤差為：,曲線上任何一點的計數(shù)率和真值間的偏差為：,（3）放射性的漲落誤差： 即是每一點的漲落誤差范圍（21）加上每次測量的平均計數(shù)率的漲落誤差范圍（22）,（2）某段地層內(nèi)測量的平均記數(shù)率的漲落誤差2 即以某一深度上一次測量的測井讀數(shù)代替應由多次重復測量計算的平均值時所帶來的誤差,9,3)、地層厚度的影響 當?shù)貙幼銐蚝駮r，對應曲線的幅度平均值代表地層的真實情況。當?shù)貙雍鼙r，曲線的平均值達不到代表地層的真實性質(zhì)。 在砂泥巖剖面，由于地層變薄會使得泥巖的自然伽馬測井曲線值下降，砂巖層的自然伽馬曲線值上升，并且地層越薄，這種上升和下降的幅度越大。對于地層層厚小于3d0時，應考慮層厚的影響。 4)、井的影響 井內(nèi)鉆井液的放射性強弱對數(shù)值有影響。井徑大，井內(nèi)鉆井液降低了巖層的數(shù)值。套管和管外的水泥環(huán)有很強的吸收能力，也降低了曲線的數(shù)值。在大井眼和套管井中，要做曲線校正。,物理意義：同一地層各點的讀數(shù)n落在 的幾率為68.3%。如果分層正確，那么該層內(nèi)就應有70%左右的讀數(shù)不超出 ，如果曲線幅度變化超過上述范圍，且超過(2.53)時，則分層不正確，應重新分層。,地層厚度對自然伽馬曲線的影響,薄砂層,薄泥巖層,測值圍繞平均值的變化情況及其統(tǒng)計分布規(guī)律示意圖,高斯分布,厚砂層,厚泥巖層,10,4.2.3 自然伽馬曲線的應用,1、劃分巖性,GRmax,GRmin,砂泥巖剖面自然伽馬測井曲線,自然伽馬測井響應曲線,1)、在砂泥巖剖面，純砂巖GR最低，粘土最高，泥質(zhì)砂巖較低，泥質(zhì)粉砂巖和砂質(zhì)泥巖較高。即自然伽馬隨泥質(zhì)含量的增加而升高。,GR,11,2)、在碳酸鹽巖地層，純石灰?guī)r和純白云巖最低，泥巖和頁巖最高，泥灰?guī)r較高，泥質(zhì)石灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖介于它們之間，也是隨泥質(zhì)增加曲線數(shù)值增高。 3)、在膏鹽剖面中，石膏層的數(shù)值最低，泥巖最高，砂巖在二者之間。,碳酸鹽巖剖面自然伽馬測井曲線,用自然伽馬測井曲線劃分膏鹽剖面砂巖儲集層,砂巖儲層,砂巖儲層,12,2、進行地層對比 (1)、一般與孔隙流體無關。儲層含油、含水或含氣對曲線影響不大，或根本沒什么影響，用自然電位和電阻率進行對比，同一儲層由于含流體性質(zhì)不同差別很大。含水時自然電位異常幅度大，電阻率低。含油氣時異常幅度小，電阻率高。,穿過某油田的剖面確定第1、2類砂巖的分布,(2)、與地層水和鉆井液的礦化度關系不大。 (3)、很容易識別風化殼、薄的頁巖等，曲線特征明顯。 (4)、在膏鹽剖面及鹽水鉆井液條件下，自然電位和電阻率曲線變化較小，就顯示出了自然伽馬曲線進行對比的優(yōu)越性。 (5)、在套管井也可以進行地層比。,13,3、確定泥質(zhì)含量 1)、地質(zhì)基礎（計算條件）：地層除粘土礦物外，不含其它放射性礦物時 2）相對值計算法：,砂泥巖剖面：低GR的為砂巖儲集層，在厚層狀態(tài)下可以用半幅點分層 碳酸鹽巖剖面：低GR說明含泥質(zhì)少的純巖石，結(jié)合高孔隙度、低電阻率可劃分出儲集層,利用IGR確定泥質(zhì)含量Vsh的圖版,3)、經(jīng)驗法：用統(tǒng)計法得到VshGR的經(jīng)驗公式,或者考慮體密度對自然伽馬的數(shù)值影響 這里：B0是不含泥質(zhì)純地層的背景值,GCUR=3.7,GCUR=2,14,常見礦物鈾、釷和鉀含量,1、粘土巖石中鈾( )、釷( )和鉀( )的分布 粘土巖中粘土含量50，一般來說，普通粘土巖中鉀、釷含量高，而鈾的含量較低。根據(jù)統(tǒng)計分析得知放射性平均含量鉀2%，鈾6mg/l，釷12mg/l。在還原環(huán)境中，鈾的含量會增高，如海相頁巖中鈾含量可達100mg/l。若富含有機質(zhì)或硫化物時，鈾含量明顯增高。粘土巖中Th/U比值在2.04.1范圍內(nèi)。,采用能譜分析的方法，可以定量測量釷、鈾、鉀的含量，同時給出地層總的伽馬放射性強度和無鈾自然伽馬強度，用以解決更多的地層問題。,4.3 自然伽馬能譜測井,4.3.1 自然伽馬能譜NGS測井的地質(zhì)基礎,粘土礦物,粘土礦物,膨潤土,蒙脫石,高嶺石,伊利石,綠泥石,蒙脫石,高嶺石,伊利石,綠泥石,15,2、沉積巖中鈾、釷和鉀的含量,表4-2 砂巖和碳酸鹽巖鈾、釷和鉀的含量范圍,砂巖及碳酸鹽巖中，隨粘土礦物增加，鈾、釷、鉀的含量增加，但水流作用也可造成鈾含量很高。用鉀含量或鉀、釷含量之和（去鈾自然伽馬）計算泥質(zhì)含量，比用總的自然伽馬計算泥質(zhì)含量更好。 釷化合物難溶于水，是母巖風化的產(chǎn)物，故巖石中釷含量較高時，離物源區(qū)較近。Th/U比與沉積環(huán)境有關。 四價鈾U4+難溶于水，六價鈾U6+溶于水，鈾含量與沉積環(huán)境及成巖后水流作用有關。四價鈾氧化成六價鈾，六價鈾在還原環(huán)境條件下變成四價鈾而沉淀。鈾含量與生油粘土巖的有機碳含量有關，或者與儲集層水流作用有關。為了避免高含鈾含量造成對儲集層的誤判，NGS測井還記錄去鈾自然伽馬曲線。,16,1、鈾、釷和鉀的譜特征 分析譜曲線，可得巖層中所含各種放射性元素及其含量 特征值（用以識別鈾、釷、鉀的特征能量）： 1.46MeV Th2.62MeV U1.76MeV,4.3.2 自然伽馬能譜測井原理,鈾系、釷系、K40伽馬能譜,特征譜,特征譜,根據(jù)鈾、釷和鉀的自然伽馬能譜特征，用能譜分析的方法，將測量到的鈾、釷和鉀的伽馬放射性的混合譜，進行譜的解析，從而確定鈾、釷和鉀在地層中的含量。,釷系,鈾鐳系,17,混合譜：用伽馬譜儀測到的自然伽馬射線脈沖幅度譜要比初始譜復雜的多，它不但有各種特征伽馬射線引起的光電峰或全能峰，還會有伽馬光子與晶體發(fā)生康普頓散射或生成電子對等效應形成的其它能譜分布,巖石樣品的伽馬儀器譜,雖然各種譜峰值較多，但三個特征峰最易識別,初始譜：根據(jù)鈾系和釷系核素的原子核初始衰變發(fā)射的伽馬光子能量和強度繪出的譜,18,儀器與自然伽馬測井儀基本相同，使用NaI閃爍計數(shù)器，將入射的伽馬射線能量的大小以脈沖幅度大小輸出。地面儀器部分不同 該儀器的核心是多道脈沖幅度分析器，該分析器將能譜分為5個能量窗口，各窗的能量范圍是：,2、測井儀和記錄原理 自然伽馬能譜NGS分別對鈾、釷、鉀三種主要放射性核素輻射的伽馬射線造成的計數(shù)率進行記錄，反映的是不同放射性核素的效應。測井得到的曲線分別是反映釷含量（ppm）、鈾含量（ppm）和K40（%）含量及總的計數(shù)率（API）,自然伽馬能譜測井測量原理,W1：0.150.5MeV W2：0.51.1MeV W3：0.321.575MeV（含1.46MeV鉀的特征譜） W4：1.652.39MeV（含1.76MeV鈾的特征譜） W5：2.4752.39MeV（含2.62MeV釷的特征譜）,自然伽馬總計數(shù)率(SGR)、釷含量，鈾含量、鉀含量、去鈾自然伽馬CGR,用剝譜器對復雜譜進行解析,19,W1W5分別是5個窗的計數(shù)率，響應矩陣A（53的矩陣）內(nèi)元素值對應于每種放射性同位素對每個窗貢獻的計數(shù)率（刻度系數(shù)），確定這15個系數(shù)可認為是對井下儀器的標準刻度。,實際計算,解譜：對各能窗綜合考慮三種元素的貢獻，列出方程組求解,用NaI晶體探測器取得的鉀、釷、鈾的真實能譜圖,井下部分,地面部分,自然伽馬能譜測井儀器的原理示意圖,釷系,鈾系,鉀,20,1、研究生油巖 巖石中有機質(zhì)對鈾的富集起著重要作用，還原環(huán)境和有機質(zhì)的富集，可以使泥質(zhì)沉積物吸附大量的鈾離子，因而使生油巖的鈾含量明顯升高，并使U或U/K與有機碳含量有密切的關系，可用于追蹤生油層和評價生油能力。 U或U/K越高，說明有機碳越多，則泥巖為生油巖，且生油能力強,富含有機質(zhì)的頁巖在能譜曲線上的特征,4.3.3 自然伽馬能譜測井資料的應用,非生油巖，鉀釷含量較高 鈾較低,富含有機質(zhì)的生油巖，鉀釷含量較低，鈾的含量很高,致密灰?guī)r,GR,K,U,Th,21,黑色頁巖儲集層,2、尋找頁巖儲集層,富含有機質(zhì)的高放射性黑色頁巖，在局部地段有裂縫、粉砂或碳酸鹽巖夾層，可能成為產(chǎn)油層，其特點是鉀、釷含量低，而鈾含量高。,GR,K,U,Th,22,3、尋找高放射性碎屑巖和某些碳酸鹽巖儲層,純的碎屑巖三種能譜都低，但離陸源較近的含有獨居石、云母、鉀長石等放射性礦物時，鈾元素的能譜會變高。 對于碳酸鹽巖儲層含有鉀鹽或長石多時，鉀含量明顯增高，水中的鈾也會在滲透層沉積，所以可以尋找裂縫帶儲層。,含放射性云母砂巖的實例，自然伽馬能譜測井指明Th、U和K的濃度。標明含有云母的層段，表示出異常高的鉀含量。在這個層段上，GR測井曲線錯誤地暗示有不可忽略的粘土存在,鉀異常高,基本特征是：總自然放射性高和鈾含量高，而釷和鉀含量較低。對非泥巖，鉀和釷含量低說明泥質(zhì)少，巖性較純，而鈾含量高說明它對高放射性起了決定性作用，但它是巖石有滲透性的標志。,23,含放射性鉀長石砂巖層段的實例,鉀異常高,24,高放射性碳酸鹽巖儲集層實例,尋找碳酸鹽巖裂縫 對于碳酸鹽巖儲層含有鉀鹽或長石多時，鉀含量明顯增高，水中的鈾也會在滲透層沉積,日產(chǎn)油0.24m3,高鈾層段射孔，日產(chǎn)油2.86m3，產(chǎn)量增加5倍,25,用|Th|