散射伽馬能譜測(cè)井

1、第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 散射伽馬能譜測(cè)井是以伽馬射線與地層的相互作散射伽馬能譜測(cè)井是以伽馬射線與地層的相互作用為基礎(chǔ)的測(cè)井方法。用為基礎(chǔ)的測(cè)井方法。 其發(fā)展過程：其發(fā)展過程：補(bǔ)償密度測(cè)井補(bǔ)償密度測(cè)井巖性密度測(cè)井巖性密度測(cè)井散射伽馬能譜巖性密度測(cè)井散射伽馬能譜巖性密度測(cè)井第一代第一代第二代第二代 第三代第三代第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 一、地層密度、巖性與伽馬射線散射和吸收特性參數(shù) 1、礦物和巖石的康普頓散射線性吸收系數(shù)、礦物和巖石的康普頓散射線性吸收系數(shù) 原子的康普頓散射截面為：原子的康普頓散射截面為： 若巖石由一種原子組成，則其康普頓散射線性衰

2、減若巖石由一種原子組成，則其康普頓散射線性衰減系數(shù)為：系數(shù)為： eccZ,AZNNAeccc,第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 單位體積巖石中的電子數(shù)稱為電子密度，即單位體積巖石中的電子數(shù)稱為電子密度，即 為了方便，在密度測(cè)井中引入電子密度指數(shù)的概念，為了方便，在密度測(cè)井中引入電子密度指數(shù)的概念，即定義即定義 AZNnAeAZNnAee22第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 有一種化合物組成的礦物，其電子密度為：有一種化合物組成的礦物，其電子密度為： 電子密度指數(shù)為：電子密度指數(shù)為： MZnNniiiAeMZnNniiiAee22第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散

3、射伽馬能譜測(cè)井 例：例：計(jì)算純石英、方解石、原油、淡水以及密度計(jì)算純石英、方解石、原油、淡水以及密度為為0.2g/cm3甲烷的電子密度指數(shù)分別甲烷的電子密度指數(shù)分別 為多少？為多少？65. 2654. 2083.60)82141 (221MZniie708. 271. 2088.100)2018361 (222MZniie1101. 1000. 10148.18) 1281 (224MZniie970. 085. 00158.14) 1261 (223MZniie第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 康普頓線性衰減系數(shù)可寫為：康普頓線性衰減系數(shù)可寫為： ececn,2AeeNneA

4、eccN,212495. 0200. 00316.16) 1461 (225MZniie第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 2、巖石的視密度、巖石的視密度 對(duì)于純巖石飽含淡水地層模型，有：對(duì)于純巖石飽含淡水地層模型，有： 設(shè)骨架的電子密度指數(shù)為設(shè)骨架的電子密度指數(shù)為 ，則巖石的電子密，則巖石的電子密度指數(shù)為：度指數(shù)為： 體積密度和電子密度指數(shù)之間的關(guān)系為：體積密度和電子密度指數(shù)之間的關(guān)系為：000. 1)1 (mabme1101. 1)1 (meemamefemefmaefemefmab第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 飽含淡水純石灰?guī)r地層有：飽含淡水純石灰?guī)r地層

5、有： 飽含淡水純石英砂巖地層有：飽含淡水純石英砂巖地層有： 電子密度指數(shù)和電子密度與康普頓線性衰減系數(shù)電子密度指數(shù)和電子密度與康普頓線性衰減系數(shù)成正比，可以利用伽馬射線能譜確定出電子密度成正比，可以利用伽馬射線能譜確定出電子密度指數(shù)；而體積密度是根據(jù)刻度條件下與電子密度指數(shù)；而體積密度是根據(jù)刻度條件下與電子密度指數(shù)的關(guān)系間接導(dǎo)出來的。指數(shù)的關(guān)系間接導(dǎo)出來的。1883. 00702. 1eb1924. 00741. 1eb第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 刻度條件：通常密度測(cè)井儀是在飽含淡水的石灰刻度條件：通常密度測(cè)井儀是在飽含淡水的石灰?guī)r為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行刻度的，通過利用石灰?guī)r電子密度

6、巖為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行刻度的，通過利用石灰?guī)r電子密度指數(shù)和體積密度關(guān)系轉(zhuǎn)換出來，輸出的密度值與指數(shù)和體積密度關(guān)系轉(zhuǎn)換出來，輸出的密度值與被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際密度略有差別，稱之為視密度。被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際密度略有差別，稱之為視密度。 對(duì)于飽含水砂巖地層：對(duì)于飽含水砂巖地層： 則其視密度值為：則其視密度值為：0741. 1/ )1924. 0(be1883. 00741. 1/ )1924. 0(0704. 1ba00344. 099656. 0b第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 其視密度和真密度的差值為：其視密度和真密度的差值為： 一般情況下，一般情況下， ，則有關(guān)系：，則有關(guān)系： 同樣可以得到白云

7、巖地層，有：同樣可以得到白云巖地層，有： 對(duì)于飽含天然氣砂巖地層，其電子密度指數(shù)為：對(duì)于飽含天然氣砂巖地層，其電子密度指數(shù)為： 則視密度為：則視密度為： 差值：差值：)1 (00344. 000344. 099656. 0bbbba1bbaba05506. 002229. 1eb13065. 004706. 1ba13065. 004706. 0bba第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 3、礦物和巖石的光電吸收系數(shù)和光電吸收指數(shù)礦物和巖石的光電吸收系數(shù)和光電吸收指數(shù) 在石油測(cè)井中常見元素原子的光電吸收截面寫為：在石油測(cè)井中常見元素原子的光電吸收截面寫為： 而一個(gè)電子的光電吸收截面

8、為：而一個(gè)電子的光電吸收截面為： 對(duì)于單一化合物分子組成的巖石，每個(gè)電子的平均對(duì)于單一化合物分子組成的巖石，每個(gè)電子的平均截面為：截面為：6 . 415. 3ZkEph6 . 315. 3ZkEZpheiiiieZnZnkE6 . 415. 3第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 若礦物由單一元素組成，則光電線性吸收系數(shù)為：若礦物由單一元素組成，則光電線性吸收系數(shù)為： 定義與巖石中一個(gè)電子的平均光電吸收截面成正比定義與巖石中一個(gè)電子的平均光電吸收截面成正比的量為巖石的光電吸收截面指數(shù)，即有：的量為巖石的光電吸收截面指數(shù)，即有： 同樣對(duì)于化合物，有公式：同樣對(duì)于化合物，有公式： 6

9、. 3ZnNeephph6 . 3)10(ZnPephe6 . 36 . 46 . 3)10(10ZZnZnPiiiie第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 體積光電吸收截面指數(shù)：體積光電吸收截面指數(shù)： 例：計(jì)算純石英、方解石和淡水的光電吸收截面例：計(jì)算純石英、方解石和淡水的光電吸收截面指數(shù)指數(shù) 和體積光電吸收截面指數(shù)和體積光電吸收截面指數(shù)。eeeeAphAPPnNNU228058. 1)82141 ()82141 (10106 . 46 . 46 . 36 . 46 . 31iiiieZnZnP785. 48058. 165. 2111eePU第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射

10、伽馬能譜測(cè)井767.13084. 5708. 2222eePU397. 0358. 01101. 1333eePU084. 5)8361201 ()8361201 (10106 . 46 . 46 . 46 . 36 . 46 . 32iiiieZnZnP358. 0) 1281 ()1281 (10106 . 46 . 46 . 36 . 46 . 33iiiieZnZnP第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 地層的光電吸收系數(shù)取決于組成它的礦物，含淡地層的光電吸收系數(shù)取決于組成它的礦物，含淡水純地層的光電吸收系數(shù)為：水純地層的光電吸收系數(shù)為： 地層的體積光電吸收指數(shù)和電子密度分

11、別為：地層的體積光電吸收指數(shù)和電子密度分別為： 孔隙度變化時(shí)巖性參數(shù)，尤其是孔隙度變化時(shí)巖性參數(shù)，尤其是Pe指數(shù)變化很小，指數(shù)變化很小，對(duì)識(shí)別巖性有利。對(duì)識(shí)別巖性有利。fmaph)1 (fmaUUU)1 (efmee)1 (第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 二、散射伽馬能譜及伽馬通量與源距的關(guān)系 伽馬源產(chǎn)生的伽馬射線進(jìn)入地層，會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)、伽馬源產(chǎn)生的伽馬射線進(jìn)入地層，會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)，源能量光子已經(jīng)很少，從地層中穿出康普頓效應(yīng)，源能量光子已經(jīng)很少，從地層中穿出的主要是能量低于源光子能量的散射伽馬光子；且的主要是能量低于源光子能量的散射伽馬光子；且地層的密度不同，發(fā)

12、生康普頓散射的能力不同，高地層的密度不同，發(fā)生康普頓散射的能力不同，高能的散射伽馬光子數(shù)目也不同；地層物質(zhì)的等效原能的散射伽馬光子數(shù)目也不同；地層物質(zhì)的等效原子序數(shù)越高，伽馬光子的能量越低，發(fā)生光電效應(yīng)子序數(shù)越高，伽馬光子的能量越低，發(fā)生光電效應(yīng)的幾率越大，伽馬光子被吸收的越多，從地層中穿的幾率越大，伽馬光子被吸收的越多，從地層中穿出的伽馬光子數(shù)目越少。出的伽馬光子數(shù)目越少。第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.01.0 x10-82.0 x10-83.0 x10-84.0 x10-85.0 x10-86.0

13、 x10-87.0 x10-88.0 x10-8高能譜高能譜伽 馬光子 計(jì)數(shù)能量/MeV 純石灰?guī)r(5.05) 純石英(1.81) 純白云巖(3.14) 純泥巖(4.25) 飽 含水砂 巖(1.61)低能譜低能譜第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 1、能譜特點(diǎn)：、能譜特點(diǎn)： 1）能譜曲線是完全連續(xù)的，并且在）能譜曲線是完全連續(xù)的，并且在E0.1MeV處處出現(xiàn)極大值，整個(gè)譜段分為兩部分；出現(xiàn)極大值，整個(gè)譜段分為兩部分； 2)在在E0.1MeV 譜段，即散射譜的高能譜段，譜段，即散射譜的高能譜段，0.4MeV以上部分光子計(jì)數(shù)很少，這主要是發(fā)生小以上部分光子計(jì)數(shù)很少，這主要是發(fā)生小角度

14、散射的部分在地層中繼續(xù)散射，能量繼續(xù)降低；角度散射的部分在地層中繼續(xù)散射，能量繼續(xù)降低；第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 隨著能量的降低，光子相對(duì)計(jì)數(shù)率逐漸增大，反隨著能量的降低，光子相對(duì)計(jì)數(shù)率逐漸增大，反映出多次散射后能譜的軟化現(xiàn)象，因此高能部分映出多次散射后能譜的軟化現(xiàn)象，因此高能部分又稱為軟譜部分；又稱為軟譜部分； 3）在）在E0.1MeV 的譜段，隨著能量降低，光子的譜段，隨著能量降低，光子相對(duì)計(jì)數(shù)率逐漸減小，光電吸收逐漸成為主要作相對(duì)計(jì)數(shù)率逐漸減小，光電吸收逐漸成為主要作用，因此地層部分也稱為硬譜部分。用，因此地層部分也稱為硬譜部分。第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散

15、射伽馬能譜測(cè)井 2、伽馬光子通量與源距的關(guān)系、伽馬光子通量與源距的關(guān)系 根據(jù)伽馬射線穿過介質(zhì)的吸收規(guī)律有：根據(jù)伽馬射線穿過介質(zhì)的吸收規(guī)律有： 利用蒙特卡羅方法模擬裸眼井條件下伽馬光子通利用蒙特卡羅方法模擬裸眼井條件下伽馬光子通量與源距的關(guān)系，其中井眼直徑為量與源距的關(guān)系，其中井眼直徑為20cm，充滿水，充滿水，測(cè)井儀貼井壁且源和探測(cè)器背部屏蔽，得到的光測(cè)井儀貼井壁且源和探測(cè)器背部屏蔽，得到的光子通量隨源距的關(guān)系如圖。子通量隨源距的關(guān)系如圖。reII0第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井01020304050601E-81E-71E-61E-5NL/cm第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)

16、井散射伽馬能譜測(cè)井 3、伽馬光子計(jì)數(shù)率與地層密度的關(guān)系、伽馬光子計(jì)數(shù)率與地層密度的關(guān)系 探測(cè)器到源的距離叫探測(cè)器到源的距離叫源距源距。當(dāng)源強(qiáng)和源距選定后，。當(dāng)源強(qiáng)和源距選定后，探測(cè)器接收到的散射伽馬射線的強(qiáng)度決定于地層探測(cè)器接收到的散射伽馬射線的強(qiáng)度決定于地層的兩個(gè)作用過程：的兩個(gè)作用過程：由源發(fā)射出的伽馬光子經(jīng)地由源發(fā)射出的伽馬光子經(jīng)地層散射或多次散射使部分光子射向探測(cè)器；層散射或多次散射使部分光子射向探測(cè)器；射射向探測(cè)器的那些伽馬光子，有一部分被再散射而向探測(cè)器的那些伽馬光子，有一部分被再散射而改變方向或者被吸收。改變方向或者被吸收。 第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 當(dāng)源

17、距很小時(shí)上述第當(dāng)源距很小時(shí)上述第個(gè)過程是主要的，因而地個(gè)過程是主要的，因而地層密度越大，計(jì)數(shù)率也越高。當(dāng)源距很大時(shí)，上層密度越大，計(jì)數(shù)率也越高。當(dāng)源距很大時(shí)，上述第述第個(gè)過程壓倒了第個(gè)過程壓倒了第個(gè)過程的作用，因而地個(gè)過程的作用，因而地層的密度越大，探測(cè)器接收到的光子越少，計(jì)數(shù)層的密度越大，探測(cè)器接收到的光子越少，計(jì)數(shù)率就越小。換句話說，在密度大的地層中，計(jì)數(shù)率就越小。換句話說，在密度大的地層中，計(jì)數(shù)率隨源距的增大下降得快；而在密度小的地層中，率隨源距的增大下降得快；而在密度小的地層中，計(jì)數(shù)率隨源距增大下降得慢。計(jì)數(shù)率隨源距增大下降得慢。 第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 零源

18、距：零源距：在不同密度的地層中，計(jì)數(shù)率隨源距衰在不同密度的地層中，計(jì)數(shù)率隨源距衰減的曲線會(huì)有一個(gè)交點(diǎn)，相應(yīng)的源距叫零源距。減的曲線會(huì)有一個(gè)交點(diǎn)，相應(yīng)的源距叫零源距。源距為零源距時(shí)，不同密度的地層具有相同的計(jì)源距為零源距時(shí)，不同密度的地層具有相同的計(jì)數(shù)率，儀器對(duì)地層密度的靈敏度為零。小于零源數(shù)率，儀器對(duì)地層密度的靈敏度為零。小于零源距叫負(fù)源距，大于零源距叫正源距；密度測(cè)井均距叫負(fù)源距，大于零源距叫正源距；密度測(cè)井均采用正源距。采用正源距。 為為討論方便，引入視源距的概念，定義：討論方便，引入視源距的概念，定義：0ddda第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 實(shí)驗(yàn)證明，密度測(cè)井儀器測(cè)得

19、的計(jì)數(shù)率與視源距實(shí)驗(yàn)證明，密度測(cè)井儀器測(cè)得的計(jì)數(shù)率與視源距的關(guān)系具有普通吸收方程相同的形式，即的關(guān)系具有普通吸收方程相同的形式，即 由于由于 ，則，則 可以得到：可以得到：adNN0lnlnbmabmdNN0lnln)ln(ln10NNdamb第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 三、地層密度測(cè)井的基本原理 1、密度測(cè)井的基本公式 即為密度測(cè)井的基本公式。即為密度測(cè)井的基本公式。aAedMZNA0lnNB )(ln1BNAb第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 2、地層密度測(cè)井儀的結(jié)構(gòu)、地層密度測(cè)井儀的結(jié)構(gòu) 泥餅?zāi)囡灥貙拥貙淤ゑR源伽馬源短源距探測(cè)器短源距探測(cè)器長(zhǎng)源距探測(cè)

20、器長(zhǎng)源距探測(cè)器第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 儀器的放射源和探測(cè)器裝在壓向井壁的滑板上。測(cè)儀器的放射源和探測(cè)器裝在壓向井壁的滑板上。測(cè)井時(shí)伽馬源向地層發(fā)射伽馬光子，經(jīng)地層散射吸收井時(shí)伽馬源向地層發(fā)射伽馬光子，經(jīng)地層散射吸收后，有部分經(jīng)過散射的光子由離源不同距離的兩個(gè)后，有部分經(jīng)過散射的光子由離源不同距離的兩個(gè)伽馬射線探測(cè)器所接收。伽馬射線探測(cè)器所接收。 源和探測(cè)器之間由屏蔽隔開，使源發(fā)射的伽馬光子源和探測(cè)器之間由屏蔽隔開，使源發(fā)射的伽馬光子不能直接射到探測(cè)器。儀器背向地層的一方也屏蔽不能直接射到探測(cè)器。儀器背向地層的一方也屏蔽起來，以減小井的影響。離源近的探測(cè)器叫短源距起來，

21、以減小井的影響。離源近的探測(cè)器叫短源距探測(cè)器，離源遠(yuǎn)的另一個(gè)叫長(zhǎng)源距探測(cè)器。探測(cè)器，離源遠(yuǎn)的另一個(gè)叫長(zhǎng)源距探測(cè)器。 第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 3、泥餅對(duì)計(jì)數(shù)率的影響、泥餅對(duì)計(jì)數(shù)率的影響 滲透性地層的井壁通常積有泥垢，它對(duì)探測(cè)器計(jì)滲透性地層的井壁通常積有泥垢，它對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率的相對(duì)貢獻(xiàn)與儀器的探測(cè)深度有關(guān)，通過蒙數(shù)率的相對(duì)貢獻(xiàn)與儀器的探測(cè)深度有關(guān)，通過蒙特卡羅方法模擬源距分別為特卡羅方法模擬源距分別為30cm和和50cm的儀器對(duì)的儀器對(duì)純石灰?guī)r骨架的探測(cè)深度時(shí)，計(jì)數(shù)的純石灰?guī)r骨架的探測(cè)深度時(shí)，計(jì)數(shù)的90%主要來主要來自于徑向厚度約為自于徑向厚度約為5cm的地層，泥餅的影響

22、不可忽的地層，泥餅的影響不可忽視，由于短源距的探測(cè)深度比長(zhǎng)源距淺，受泥餅視，由于短源距的探測(cè)深度比長(zhǎng)源距淺，受泥餅影響靈敏，常采用雙探測(cè)器系統(tǒng)來補(bǔ)償泥餅的影影響靈敏，常采用雙探測(cè)器系統(tǒng)來補(bǔ)償泥餅的影響。響。第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 1) 在沒有泥餅的條件下，用不同源距的兩個(gè)探測(cè)在沒有泥餅的條件下，用不同源距的兩個(gè)探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量。它們的計(jì)數(shù)率與地層密度的關(guān)系與器進(jìn)行測(cè)量。它們的計(jì)數(shù)率與地層密度的關(guān)系與前面公式一致?，F(xiàn)分別用角碼前面公式一致?，F(xiàn)分別用角碼S及及L表示短源距和表示短源距和長(zhǎng)源距，則有長(zhǎng)源距，則有)(ln1LLLL

23、BNA)(ln1SSSSBNA第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井因?yàn)闆]有泥餅影響，故有因?yàn)闆]有泥餅影響，故有 ，合并得，合并得即長(zhǎng)短源距探測(cè)器計(jì)數(shù)率對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系，所確定即長(zhǎng)短源距探測(cè)器計(jì)數(shù)率對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系，所確定的直線稱為的直線稱為“脊線脊線”，與橫坐標(biāo)的夾角為，與橫坐標(biāo)的夾角為“脊脊角角”。bSL)(lnlnSSSLLLBNAABNSLSSSLLNaaBBNAANln)(lnln10第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 2) 在地層密度為在地層密度為 ，且存在泥餅，泥，且存在泥餅，泥餅的視密度為餅的視密度為 ，改變泥

24、餅厚度可觀，改變泥餅厚度可觀察到：察到：當(dāng)泥餅厚度增加時(shí)短源距探測(cè)器計(jì)數(shù)率當(dāng)泥餅厚度增加時(shí)短源距探測(cè)器計(jì)數(shù)率比長(zhǎng)源距探測(cè)器增加快，交會(huì)點(diǎn)離開脊線向右上比長(zhǎng)源距探測(cè)器增加快，交會(huì)點(diǎn)離開脊線向右上方偏移，此時(shí)方偏移，此時(shí) ；當(dāng)泥餅厚度足夠當(dāng)泥餅厚度足夠大時(shí)，交會(huì)點(diǎn)落在脊線上密度等于大時(shí)，交會(huì)點(diǎn)落在脊線上密度等于1.5g/cm3的點(diǎn)的點(diǎn)上，長(zhǎng)短源距探測(cè)器都主要反映泥餅的性質(zhì)。上，長(zhǎng)短源距探測(cè)器都主要反映泥餅的性質(zhì)。3/5 . 2cmgb3*/5 . 1cmgmcSLb第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 3) 當(dāng)泥餅的視密度為當(dāng)泥餅的視密度

25、為 ，地層密度分，地層密度分別為別為 時(shí)，時(shí)，當(dāng)泥餅當(dāng)泥餅厚度足夠大時(shí)，計(jì)數(shù)率交會(huì)點(diǎn)的軌跡都終止在脊線厚度足夠大時(shí)，計(jì)數(shù)率交會(huì)點(diǎn)的軌跡都終止在脊線上密度等于上密度等于1.5g/cm3的點(diǎn)上，長(zhǎng)短源距探測(cè)器都主要的點(diǎn)上，長(zhǎng)短源距探測(cè)器都主要反映泥餅的性質(zhì)。反映泥餅的性質(zhì)。333/0 . 3/5 . 2/0 . 2cmgcmgcmgb和、3*/5 . 1cmgmc第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 4) 當(dāng)?shù)貙用芏葹楫?dāng)?shù)貙用芏葹?，泥餅的視密度分別，泥餅的視密度分別為為 時(shí)，時(shí)，當(dāng)泥餅厚當(dāng)泥餅厚度足夠大時(shí)，計(jì)數(shù)率交會(huì)點(diǎn)軌跡分為左右兩支：

26、前度足夠大時(shí)，計(jì)數(shù)率交會(huì)點(diǎn)軌跡分為左右兩支：前兩條線的軌跡在脊線的右邊，并在泥餅厚度增大到兩條線的軌跡在脊線的右邊，并在泥餅厚度增大到一定值時(shí)才分叉；而泥餅的視密度為一定值時(shí)才分叉；而泥餅的視密度為3.0g/cm3的線在的線在脊線的左邊。脊線的左邊。333*/0 . 3/0 . 2/5 . 1cmgcmgcmgmc和、3/5 . 2cmgb第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 脊肋圖：脊肋圖： 對(duì)脊線上的每一點(diǎn)，即對(duì)真密度對(duì)脊線上的每一點(diǎn)，即對(duì)真密度b不同的各個(gè)地不同的各個(gè)地層，都有反映泥餅影響的左右分開的兩簇曲線，層，都有反映泥餅影響的左右分開的兩簇曲線，而且每一簇曲線都是當(dāng)泥餅

27、厚度大于某一數(shù)值后而且每一簇曲線都是當(dāng)泥餅厚度大于某一數(shù)值后才彼此分開，若將這些曲線在它們彼此分開的點(diǎn)才彼此分開，若將這些曲線在它們彼此分開的點(diǎn)的位置上截?cái)啵@些泥餅影響曲線像肋骨一樣排的位置上截?cái)?，這些泥餅影響曲線像肋骨一樣排列在脊線的兩側(cè)，故稱為列在脊線的兩側(cè)，故稱為“肋線肋線”。這種圖形就。這種圖形就叫脊肋圖。叫脊肋圖。 第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 4、泥餅影響的補(bǔ)償原理、泥餅影響的補(bǔ)償原理 對(duì)于補(bǔ)償密度測(cè)井對(duì)于補(bǔ)償密度測(cè)井“脊肋圖脊肋圖”中，脊線是無泥餅中，脊線是無泥餅影響時(shí)長(zhǎng)、短源距計(jì)數(shù)率關(guān)系曲線，而肋線顯示影響時(shí)

28、長(zhǎng)、短源距計(jì)數(shù)率關(guān)系曲線，而肋線顯示泥餅對(duì)計(jì)數(shù)率的影響，泥餅對(duì)計(jì)數(shù)率的影響，“脊肋圖脊肋圖”是實(shí)現(xiàn)泥餅補(bǔ)是實(shí)現(xiàn)泥餅補(bǔ)償?shù)膶?shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。償?shù)膶?shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 若泥餅厚度不太大時(shí)，肋線可看作是一組平行的若泥餅厚度不太大時(shí)，肋線可看作是一組平行的直線，可寫為：直線，可寫為：SLNbbNlnln10第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井NLP2lnNSlnNLP1P2NLP1NSP1NSP2SLb第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 P1點(diǎn)是脊線上任意一點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)率應(yīng)該是點(diǎn)是脊線上任意一點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)率應(yīng)該是NLP1和和NSP1，此時(shí)的，此時(shí)的 ；但由于受泥餅的影；但由于受泥餅的影響，

29、實(shí)測(cè)計(jì)數(shù)率為響，實(shí)測(cè)計(jì)數(shù)率為NLP2和和NSP2，交會(huì)點(diǎn)在肋線上的，交會(huì)點(diǎn)在肋線上的P2點(diǎn)，使地層密度和長(zhǎng)短源距得到的測(cè)量值不相等，點(diǎn)，使地層密度和長(zhǎng)短源距得到的測(cè)量值不相等，且且S偏離偏離b較大；較大； 傳統(tǒng)的補(bǔ)償方法，以長(zhǎng)源距探測(cè)器得到的傳統(tǒng)的補(bǔ)償方法，以長(zhǎng)源距探測(cè)器得到的L為基礎(chǔ)，為基礎(chǔ)，即即bSLLb)(SLLba第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 代入密度測(cè)井的基本公式可以得到：代入密度測(cè)井的基本公式可以得到： 這就是補(bǔ)償密度測(cè)井的基本公式。這就是補(bǔ)償密度測(cè)井的基本公式。)(ln1)(ln1)(ln1SSSLLLLLLbBNABNAaBNA第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)

30、井散射伽馬能譜測(cè)井 補(bǔ)償技術(shù)的改進(jìn)：補(bǔ)償技術(shù)的改進(jìn)：實(shí)際過程中脊線不是直線，肋實(shí)際過程中脊線不是直線，肋線也需做非線性處理。線也需做非線性處理。 脊線非線性校正：脊線非線性校正：散射伽馬能譜巖性密度測(cè)井儀散射伽馬能譜巖性密度測(cè)井儀中短源距探測(cè)器受到的影響大，當(dāng)?shù)貙用芏瘸^中短源距探測(cè)器受到的影響大，當(dāng)?shù)貙用芏瘸^2.61g/cm3時(shí)，短源距計(jì)數(shù)率隨密度增加而衰減的時(shí)，短源距計(jì)數(shù)率隨密度增加而衰減的速率偏小，計(jì)數(shù)率偏大，交會(huì)點(diǎn)將偏離標(biāo)準(zhǔn)脊線，速率偏小，計(jì)數(shù)率偏大，交會(huì)點(diǎn)將偏離標(biāo)準(zhǔn)脊線，校正關(guān)系：校正關(guān)系：)61. 2(loglogKb04. 0K第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井

31、肋線非線性校正：肋線非線性校正： 根據(jù)脊線和肋線的方程，由實(shí)測(cè)計(jì)數(shù)率可以計(jì)算根據(jù)脊線和肋線的方程，由實(shí)測(cè)計(jì)數(shù)率可以計(jì)算出經(jīng)過泥餅校正后的地層體積密度。出經(jīng)過泥餅校正后的地層體積密度。2210)(lnlnlnSSLNbNbbN第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 四、地層巖性參數(shù)Pe的測(cè)量與計(jì)算 1、散射伽馬譜能窗設(shè)置、散射伽馬譜能窗設(shè)置 采集到的散射伽馬能譜分為采集到的散射伽馬能譜分為8個(gè)譜段，如表所示。個(gè)譜段，如表所示。 W3和和W4兩個(gè)能窗為康普頓窗，對(duì)于含重礦物的兩個(gè)能窗為康普頓窗，對(duì)于含重礦物的地層，譜段地層，譜段W3受光電效應(yīng)影響，選擇受光電效應(yīng)影響，選擇W4；計(jì)算；計(jì)算

32、Pe時(shí)主要采用時(shí)主要采用W1窗。窗。能窗W1W2W3W4W5W6W7W8keV408080120120240240500500620620661661710710800第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 2、Pe的計(jì)算的計(jì)算 散射伽馬能譜測(cè)井中從全譜中獲得四個(gè)窗計(jì)數(shù)率，散射伽馬能譜測(cè)井中從全譜中獲得四個(gè)窗計(jì)數(shù)率，求出兩個(gè)比值：求出兩個(gè)比值： 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到比值與根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到比值與Pe的關(guān)系：的關(guān)系： （1）RL和和RS與與Pe近似成反比；近似成反比； （2）相同條件下，同一地層比值）相同條件下，同一地層比值RS 比比RL小。小。LLLITHLNNR SSLITHSN

33、NR 第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 五、散射伽馬能譜測(cè)井的應(yīng)用1、利用體積密度、利用體積密度 識(shí)別巖性識(shí)別巖性在砂泥巖剖面中，泥巖密度通常比砂巖低。泥巖段在砂泥巖剖面中，泥巖密度通常比砂巖低。泥巖段井眼變化大，推靠不嚴(yán)實(shí)，曲線起伏大，而砂巖段井眼變化大，推靠不嚴(yán)實(shí)，曲線起伏大，而砂巖段井眼規(guī)則，巖性也比泥巖穩(wěn)定，曲線比較光滑；井眼規(guī)則，巖性也比泥巖穩(wěn)定，曲線比較光滑；在碳酸鹽巖剖面中，在大段致密碳酸鹽巖中，裂縫在碳酸鹽巖剖面中，在大段致密碳酸鹽巖中，裂縫發(fā)育的層段密度低，白云巖和石灰?guī)r也略有差別；發(fā)育的層段密度低，白云巖和石灰

34、巖也略有差別；b第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井在膏巖剖面中，密度曲線上硬石膏為在膏巖剖面中，密度曲線上硬石膏為2.96g/cm3，呈，呈明顯的高值，而鹽巖密度低，加上溶解擴(kuò)徑，呈明明顯的高值，而鹽巖密度低，加上溶解擴(kuò)徑，呈明顯的低值；顯的低值；煤層的密度低，可以從剖面中認(rèn)出；煤層的密度低，可以從剖面中認(rèn)出；重礦物含量高的地層密度高。重礦物含量高的地層密度高。只用體積密度識(shí)別巖性有局限性：受孔隙度和孔隙流只用體積密度識(shí)別巖性有局限性：受孔隙度和孔隙流體的影響。體的影響。第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井礦物礦物密度密度/g/cm3Pe參數(shù)參數(shù)U參數(shù)參數(shù)石英石英2.

35、651.814.80方解石方解石2.715.0513.68白云石白云石2.873.148.99石膏石膏2.323.428.11硬石膏硬石膏2.965.0815.02重晶石重晶石4.50266.821070.0赤鐵礦赤鐵礦5.1521.48107.0煤煤1.400.180.26鹽巖鹽巖2.1654.659.64高嶺石高嶺石2.411.831.844.414.44綠泥石綠泥石2.766.306.3317.3517.58伊利石伊利石2.523.453.558.698.73蒙托石蒙托石2.122.042.304.324.40淡水淡水1.000.3850.4油氣油氣 ，若，若 =0， D 0； 石灰?guī)r：

36、石灰?guī)r：D= ； 白云巖：白云巖： D ；fmafbfmabffmafmabmaD1第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 例：如果某石英砂巖地層密度測(cè)井的視石灰?guī)r孔例：如果某石英砂巖地層密度測(cè)井的視石灰?guī)r孔隙度為隙度為20%，則其真孔隙度為多少？如果石英砂，則其真孔隙度為多少？如果石英砂巖地層的真孔隙度為巖地層的真孔隙度為20%，則其視石灰?guī)r孔隙度，則其視石灰?guī)r孔隙度為多少？為多少？第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 解：由公式：解：由公式： 再由：再由： fmab)1 ()/(368. 2%200 . 1%)201 (71. 23cmgbfmabmaD%1 .170

37、 . 165. 2368. 265. 2D第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 4、求泥質(zhì)含量、求泥質(zhì)含量 設(shè)巖石骨架、泥質(zhì)和孔隙流體的設(shè)巖石骨架、泥質(zhì)和孔隙流體的U值分別為值分別為Uma、Ush、和、和Uf，那么巖石的體積光電吸收截面則為：，那么巖石的體積光電吸收截面則為： 第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 習(xí)題習(xí)題1：計(jì)算孔隙度為計(jì)算孔隙度為5%和和20%的純石灰?guī)r、砂巖的純石灰?guī)r、砂巖和白云巖的密度孔隙度，觀察巖性影響程度與孔隙和白云巖的密度孔隙度，觀察巖性影響程度與孔隙度的關(guān)系。度的關(guān)系。 習(xí)題習(xí)題2：（1）假設(shè)視源距為）假設(shè)視源距為da，康普頓質(zhì)量線性減，

38、康普頓質(zhì)量線性減弱系數(shù)為弱系數(shù)為m，零源距處的伽馬計(jì)數(shù)率為，零源距處的伽馬計(jì)數(shù)率為N0，根據(jù)伽，根據(jù)伽馬射線的吸收衰減規(guī)律推導(dǎo)出地層密度關(guān)系式。馬射線的吸收衰減規(guī)律推導(dǎo)出地層密度關(guān)系式。 （2）若沒有泥餅的影響，推導(dǎo)出雙源距補(bǔ)償密度）若沒有泥餅的影響，推導(dǎo)出雙源距補(bǔ)償密度測(cè)井長(zhǎng)短源距伽馬計(jì)數(shù)率的關(guān)系式。測(cè)井長(zhǎng)短源距伽馬計(jì)數(shù)率的關(guān)系式。第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 （3）當(dāng)泥餅密度為）當(dāng)泥餅密度為1.5g/cm3，地層密度分別為，地層密度分別為2.0 g/cm3、2.5 g/cm3和和3.0 g/cm3時(shí)，畫出改變泥餅厚時(shí)，畫出改變泥餅厚度的度的“脊肋圖脊肋圖”，分析其變化特

39、點(diǎn)。，分析其變化特點(diǎn)。第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 六、三探測(cè)器密度測(cè)井和隨鉆方位密度測(cè)井 1、三探測(cè)器密度測(cè)井、三探測(cè)器密度測(cè)井 三探測(cè)器密度測(cè)井儀的滑板外殼內(nèi)裝有三個(gè)探測(cè)器，三探測(cè)器密度測(cè)井儀的滑板外殼內(nèi)裝有三個(gè)探測(cè)器，其中長(zhǎng)源距和短源距探測(cè)器的伽馬光子計(jì)數(shù)率與地其中長(zhǎng)源距和短源距探測(cè)器的伽馬光子計(jì)數(shù)率與地層密度具有相反的響應(yīng)關(guān)系，而在靠近伽馬源的地層密度具有相反的響應(yīng)關(guān)系，而在靠近伽馬源的地方加第三個(gè)探測(cè)器，稱為反散射探測(cè)器，用來探測(cè)方加第三個(gè)探測(cè)器，稱為反散射探測(cè)器，用來探測(cè)與地層只發(fā)生一次康普頓散射的背散射高能伽馬射與地層只發(fā)生一次康普頓散射的背散射高能伽馬射線。

40、線。第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 短源距和長(zhǎng)源距分別約為短源距和長(zhǎng)源距分別約為6in和和12in，使用碘化鈉，使用碘化鈉閃爍晶體；反散射采用閃爍晶體；反散射采用GSO晶體。晶體。 背散射測(cè)量的探測(cè)深度非常淺，而且比短源距探背散射測(cè)量的探測(cè)深度非常淺，而且比短源距探測(cè)器測(cè)量的伽馬光子計(jì)數(shù)率高、統(tǒng)計(jì)性好，且伽測(cè)器測(cè)量的伽馬光子計(jì)數(shù)率高、統(tǒng)計(jì)性好，且伽馬光子計(jì)數(shù)率隨著地層密度的增加而增加。馬光子計(jì)數(shù)率隨著地層密度的增加而增加。第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井第第2 2章章 散射伽馬能譜測(cè)井散射伽馬能譜測(cè)井 三探測(cè)器密度測(cè)井的優(yōu)勢(shì)：三探測(cè)器密度測(cè)井的優(yōu)勢(shì)： 具有較高的伽馬光子計(jì)數(shù)率、改