《自然伽馬測(cè)井》PPT課件.pptVIP

1 自然伽馬測(cè)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(lèi)和數(shù)量不同 放射性強(qiáng)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(cè)井GR 通過(guò)測(cè)量巖層的自然伽馬射線(xiàn)的強(qiáng)度來(lái)認(rèn)識(shí)巖層的一種放射性測(cè)井方法 是在井內(nèi)測(cè)量巖層中自然存在的放射性元素核衰變過(guò)程中放射出來(lái)的伽馬射線(xiàn)的強(qiáng)度 4 2 1自然伽馬測(cè)井的測(cè)量原理 4 2自然伽馬測(cè)井 井下儀器包括 伽馬射線(xiàn)探測(cè)器 將接收到的伽馬射線(xiàn)轉(zhuǎn)換成電脈沖的裝置 供給該探測(cè)器所需的高壓電源 以及將探測(cè)器輸出的電脈沖進(jìn)行放大的放大器等 地面儀器主要包括 將來(lái)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(cè)量原理 當(dāng)井下儀器在井內(nèi)由下向上提升時(shí) 來(lái)自巖層的自然伽馬射線(xiàn)穿過(guò)鉆井液和儀器外殼進(jìn)入探測(cè)器 經(jīng)過(guò)閃爍計(jì)數(shù)器 將伽馬射線(xiàn)轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào) 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(jìn)行記錄 井下儀器沿井身移動(dòng) 就連續(xù)記錄出井剖面上自然伽馬強(qiáng)度曲線(xiàn) 稱(chēng)為GR曲線(xiàn) 單位是脈沖 分 在儀器標(biāo)準(zhǔn)化后 曲線(xiàn)單位是 R h 現(xiàn)在使用API單位 3 自然伽馬測(cè)井原理 整形器 計(jì)數(shù)率計(jì) 積分線(xiàn)路輸入輸出特性 時(shí)間常數(shù) 輸入電壓 輸入電壓 輸出電壓 計(jì)數(shù)電路 4 1 理論曲線(xiàn)特征1 探測(cè)范圍巖石放射的伽馬射線(xiàn)能到達(dá)探測(cè)器的一個(gè)以探測(cè)器中點(diǎn)為球心的球體 其半徑約為30 45cm 2 總體特征對(duì)著高放射性地層 曲線(xiàn)顯示高讀數(shù) 并在巖層中心處出現(xiàn)極大值 對(duì)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(cè)井曲線(xiàn)的特點(diǎn) 自然伽馬測(cè)井的探測(cè)半徑和巖層厚度與GR曲線(xiàn)的解釋關(guān)系 3 曲線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)性上下圍巖放射性含量相同時(shí) 曲線(xiàn)對(duì)稱(chēng)于地層中點(diǎn) 反之 曲線(xiàn)不對(duì)稱(chēng) 5 自然伽馬理論曲線(xiàn) 理論曲線(xiàn)與實(shí)際情況的差異分析理想情況 探測(cè)器在井內(nèi)是進(jìn)行的點(diǎn)測(cè) 而且每一個(gè)點(diǎn)上的讀數(shù)是較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi) 3 所測(cè)脈沖數(shù)的平均值 實(shí)際測(cè)井情況 有v和 參數(shù) 儀器有一定的上提速度v 使得探測(cè)器在井內(nèi)每一深度的停留時(shí)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(jì)數(shù)率電路的時(shí)間常數(shù) 有一定的數(shù)值 且不可能太長(zhǎng) 記錄電路的 延遲性 d0 井徑 4 當(dāng)巖層厚度較厚時(shí)當(dāng)h大于3倍d0井徑或者大于2倍探測(cè)半徑時(shí) 地層中心處的平均值為地層的伽馬射線(xiàn)強(qiáng)度值 可用曲線(xiàn)上最大幅度一半的地方 半幅值點(diǎn) 劃分巖層的上下界面 5 當(dāng)巖層變薄時(shí)當(dāng)h 3d0時(shí) 受低放射性圍巖的影響 自然伽馬幅度值對(duì)厚度h減小而減小 巖層界面的位置移向曲線(xiàn)的頂端 6 1 測(cè)井速度v和記錄儀中電路的積分時(shí)間常數(shù) 的影響v 越大 曲線(xiàn)幅度越小 對(duì)稱(chēng)性越差 極值向提升方向偏移越遠(yuǎn) 即曲線(xiàn)的深度位移和形態(tài)畸變隨之加劇 不同測(cè)井速度對(duì)自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)的影響 2 自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)的影響因素 深度位移 指根據(jù)實(shí)測(cè)自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)的分層原則 如用半幅值點(diǎn) 定出的巖層界面深度與實(shí)際深度之間有一偏差 而且前者比后者偏淺 實(shí)際測(cè)井要選擇合適的提升速度和儀器時(shí)間常數(shù) 同時(shí) 在整理資料時(shí) 需通過(guò)與其它曲線(xiàn)的對(duì)比 將整個(gè)曲線(xiàn)下移一定深度 深度校正 時(shí)間常數(shù)RC對(duì)放射性測(cè)井曲線(xiàn)的影響 儀器移動(dòng)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(qiáng)度和測(cè)量條件不變的情況下 在相同的時(shí)間間隔內(nèi) 對(duì)放射性射線(xiàn)的強(qiáng)度進(jìn)行反復(fù)測(cè)量 每次記錄的數(shù)值不相同 但總在平均值 附近變化 實(shí)測(cè)自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)特征 鋸齒狀 它和測(cè)量條件無(wú)關(guān) 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(gè)原子核的衰變彼此獨(dú)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(xiàn)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(cè)井曲線(xiàn)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?xiě)?yīng)用的前提 放射性漲落符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律 其誤差可以計(jì)算 統(tǒng)計(jì)漲落 泥巖 砂巖 8 放射性測(cè)井曲線(xiàn)漲落誤差 1 測(cè)井測(cè)量的每一點(diǎn)計(jì)數(shù)率的漲落誤差 1如能根據(jù)多次測(cè)量確定平均值 則每次的測(cè)量讀數(shù)與平均值的誤差就是 1 采用積分線(xiàn)路的自然伽馬測(cè)井儀 其輸出結(jié)果是在輸出時(shí)刻前2 時(shí)間內(nèi)的平均值 則曲線(xiàn)上任何一點(diǎn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差為 曲線(xiàn)上任何一點(diǎn)的計(jì)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(diǎn)的漲落誤差范圍 2 1 加上每次測(cè)量的平均計(jì)數(shù)率的漲落誤差范圍 2 2 2 某段地層內(nèi)測(cè)量的平均記數(shù)率的漲落誤差 2即以某一深度上一次測(cè)量的測(cè)井讀數(shù)代替應(yīng)由多次重復(fù)測(cè)量計(jì)算的平均值時(shí)所帶來(lái)的誤差 9 3 地層厚度的影響 當(dāng)?shù)貙幼銐蚝駮r(shí) 對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)的幅度平均值代表地層的真實(shí)情況 當(dāng)?shù)貙雍鼙r(shí) 曲線(xiàn)的平均值達(dá)不到代表地層的真實(shí)性質(zhì) 在砂泥巖剖面 由于地層變薄會(huì)使得泥巖的自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)值下降 砂巖層的自然伽馬曲線(xiàn)值上升 并且地層越薄 這種上升和下降的幅度越大 對(duì)于地層層厚小于3d0時(shí) 應(yīng)考慮層厚的影響 4 井的影響井內(nèi)鉆井液的放射性強(qiáng)弱對(duì)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(qiáng)的吸收能力 也降低了曲線(xiàn)的數(shù)值 在大井眼和套管井中 要做曲線(xiàn)校正 物理意義 同一地層各點(diǎn)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(yīng)有70 左右的讀數(shù)不超出 如果曲線(xiàn)幅度變化超過(guò)上述范圍 且超過(guò) 2 5 3 時(shí) 則分層不正確 應(yīng)重新分層 地層厚度對(duì)自然伽馬曲線(xiàn)的影響 薄砂層 薄泥巖層 測(cè)值圍繞平均值的變化情況及其統(tǒng)計(jì)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(xiàn)的應(yīng)用 1 劃分巖性 GRmax GRmin 砂泥巖剖面自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn) 自然伽馬測(cè)井響應(yīng)曲線(xiàn) 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(yè)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(xiàn)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(cè)井曲線(xiàn) 用自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)劃分膏鹽剖面砂巖儲(chǔ)集層 砂巖儲(chǔ)層 砂巖儲(chǔ)層 12 2 進(jìn)行地層對(duì)比 1 一般與孔隙流體無(wú)關(guān) 儲(chǔ)層含油 含水或含氣對(duì)曲線(xiàn)影響不大 或根本沒(méi)什么影響 用自然電位和電阻率進(jìn)行對(duì)比 同一儲(chǔ)層由于含流體性質(zhì)不同差別很大 含水時(shí)自然電位異常幅度大 電阻率低 含油氣時(shí)異常幅度小 電阻率高 穿過(guò)某油田的剖面確定第1 2類(lèi)砂巖的分布 2 與地層水和鉆井液的礦化度關(guān)系不大 3 很容易識(shí)別風(fēng)化殼 薄的頁(yè)巖等 曲線(xiàn)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(xiàn)變化較小 就顯示出了自然伽馬曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比的優(yōu)越性 5 在套管井也可以進(jìn)行地層比 13 3 確定泥質(zhì)含量1 地質(zhì)基礎(chǔ) 計(jì)算條件 地層除粘土礦物外 不含其它放射性礦物時(shí)2 相對(duì)值計(jì)算法 砂泥巖剖面 低GR的為砂巖儲(chǔ)集層 在厚層狀態(tài)下可以用半幅點(diǎn)分層碳酸鹽巖剖面 低GR說(shuō)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(chǔ)集層 利用IGR確定泥質(zhì)含量Vsh的圖版 3 經(jīng)驗(yàn)法 用統(tǒng)計(jì)法得到Vsh GR的經(jīng)驗(yàn)公式 或者考慮體密度對(duì)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(jiàn)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(lái)說(shuō) 普通粘土巖中鉀 釷含量高 而鈾的含量較低 根據(jù)統(tǒng)計(jì)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(huì)增高 如海相頁(yè)巖中鈾含量可達(dá)100mg l 若富含有機(jī)質(zhì)或硫化物時(shí) 鈾含量明顯增高 粘土巖中Th U比值在2 0 4 1范圍內(nèi) 采用能譜分析的方法 可以定量測(cè)量釷 鈾 鉀的含量 同時(shí)給出地層總的伽馬放射性強(qiáng)度和無(wú)鈾自然伽馬強(qiáng)度 用以解決更多的地層問(wèn)題 4 3自然伽馬能譜測(cè)井 4 3 1自然伽馬能譜NGS測(cè)井的地質(zhì)基礎(chǔ) 粘土礦物 粘土礦物 膨潤(rùn)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(jì)算泥質(zhì)含量 比用總的自然伽馬計(jì)算泥質(zhì)含量更好 釷化合物難溶于水 是母巖風(fēng)化的產(chǎn)物 故巖石中釷含量較高時(shí) 離物源區(qū)較近 Th U比與沉積環(huán)境有關(guān) 四價(jià)鈾U4 難溶于水 六價(jià)鈾U6 溶于水 鈾含量與沉積環(huán)境及成巖后水流作用有關(guān) 四價(jià)鈾氧化成六價(jià)鈾 六價(jià)鈾在還原環(huán)境條件下變成四價(jià)鈾而沉淀 鈾含量與生油粘土巖的有機(jī)碳含量有關(guān) 或者與儲(chǔ)集層水流作用有關(guān) 為了避免高含鈾含量造成對(duì)儲(chǔ)集層的誤判 NGS測(cè)井還記錄去鈾自然伽馬曲線(xiàn) 16 1 鈾 釷和鉀的譜特征分析譜曲線(xiàn) 可得巖層中所含各種放射性元素及其含量特征值 用以識(shí)別鈾 釷 鉀的特征能量 1 46MeVTh 2 62MeVU 1 76MeV 4 3 2自然伽馬能譜測(cè)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(cè)量到的鈾 釷和鉀的伽馬放射性的混合譜 進(jìn)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(cè)到的自然伽馬射線(xiàn)脈沖幅度譜要比初始譜復(fù)雜的多 它不但有各種特征伽馬射線(xiàn)引起的光電峰或全能峰 還會(huì)有伽馬光子與晶體發(fā)生康普頓散射或生成電子對(duì)等效應(yīng)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(gè)特征峰最易識(shí)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(qiáng)度繪出的譜 18 儀器與自然伽馬測(cè)井儀基本相同 使用NaI閃爍計(jì)數(shù)器 將入射的伽馬射線(xiàn)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(gè)能量窗口 各窗的能量范圍是 2 測(cè)井儀和記錄原理自然伽馬能譜NGS分別對(duì)鈾 釷 鉀三種主要放射性核素輻射的伽馬射線(xiàn)造成的計(jì)數(shù)率進(jìn)行記錄 反映的是不同放射性核素的效應(yīng) 測(cè)井得到的曲線(xiàn)分別是反映釷含量 ppm 鈾含量 ppm 和K40 含量及總的計(jì)數(shù)率 API 自然伽馬能譜測(cè)井測(cè)量原理 W1 0 15 0 5MeVW2 0 5 1 1MeVW3 0 32 1 575MeV 含1 46MeV鉀的特征譜 W4 1 65 2 39MeV 含1 76MeV鈾的特征譜 W5 2 475 2 39MeV 含2 62MeV釷的特征譜 自然伽馬總計(jì)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(duì)復(fù)雜譜進(jìn)行解析 19 W1 W5分別是5個(gè)窗的計(jì)數(shù)率 響應(yīng)矩陣A 5 3的矩陣 內(nèi)元素值對(duì)應(yīng)于每種放射性同位素對(duì)每個(gè)窗貢獻(xiàn)的計(jì)數(shù)率 刻度系數(shù) 確定這15個(gè)系數(shù)可認(rèn)為是對(duì)井下儀器的標(biāo)準(zhǔn)刻度 實(shí)際計(jì)算 解譜 對(duì)各能窗綜合考慮三種元素的貢獻(xiàn) 列出方程組求解 用NaI晶體探測(cè)器取得的鉀 釷 鈾的真實(shí)能譜圖 井下部分 地面部分 自然伽馬能譜測(cè)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(jī)質(zhì)對(duì)鈾的富集起著重要作用 還原環(huán)境和有機(jī)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(jī)碳含量有密切的關(guān)系 可用于追蹤生油層和評(píng)價(jià)生油能力 U或U K越高 說(shuō)明有機(jī)碳越多 則泥巖為生油巖 且生油能力強(qiáng) 富含有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖在能譜曲線(xiàn)上的特征 4 3 3自然伽馬能譜測(cè)井資料的應(yīng)用 非生油巖 鉀釷含量較高鈾較低 富含有機(jī)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(yè)巖儲(chǔ)集層 2 尋找頁(yè)巖儲(chǔ)集層 富含有機(jī)質(zhì)的高放射性黑色頁(yè)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(diǎn)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(chǔ)層 純的碎屑巖三種能譜都低 但離陸源較近的含有獨(dú)居石 云母 鉀長(zhǎng)石等放射性礦物時(shí) 鈾元素的能譜會(huì)變高 對(duì)于碳酸鹽巖儲(chǔ)層含有鉀鹽或長(zhǎng)石多時(shí) 鉀含量明顯增高 水中的鈾也會(huì)在滲透層沉積 所以可以尋找裂縫帶儲(chǔ)層 含放射性云母砂巖的實(shí)例 自然伽馬能譜測(cè)井指明Th U和K的濃度 標(biāo)明含有云母的層段 表示出異常高的鉀含量 在這個(gè)層段上 GR測(cè)井曲線(xiàn)錯(cuò)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(duì)非泥巖 鉀和釷含量低說(shuō)明泥質(zhì)少 巖性較純 而鈾含量高說(shuō)明它對(duì)高放射性起了決定性作用 但它是巖石有滲透性的標(biāo)志 23 含放射性鉀長(zhǎng)石砂巖層段的實(shí)例 鉀異常高 24 高放射性碳酸鹽巖儲(chǔ)集層實(shí)例 尋找碳酸鹽巖裂縫對(duì)于碳酸鹽巖儲(chǔ)層含有鉀鹽或長(zhǎng)石多時(shí) 鉀含量明顯增高 水中的鈾也會(huì)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 和 K 或Th K識(shí)別粘土礦物 4 用Th U比值研究沉積環(huán)境和粘土礦物類(lèi)型Th U 7 陸相沉積 氧化環(huán)境 風(fēng)化殼 Th U 7 海相沉積 灰色或灰綠色頁(yè)巖 Th U 2 海相黑色頁(yè)巖 磷酸鹽巖 Th U比值越低 有機(jī)碳含量越高 指示較大的不整合面或古濱線(xiàn)的距離 Th U比值愈大則愈近 Th K 指示沉積環(huán)境 離古濱線(xiàn)的距離 識(shí)別不同沉積相的巖石類(lèi)型 粘土礦物分類(lèi) 識(shí)別地層巖石的接觸關(guān)系 不整合 Th Th K U K 估計(jì)泥質(zhì)沉積的生油能力 越高則越好 指示天然裂縫系統(tǒng) 比值高表示裂縫發(fā)育 地層對(duì)比 含鈾礦物的標(biāo)準(zhǔn)層 蒙脫石 高嶺石 伊利石 長(zhǎng)石 海綠石 云母 26 自然伽馬能譜測(cè)井資料的自動(dòng)解釋結(jié)