中子測(cè)井詳解課件

1、中子測(cè)井Neutron log中子測(cè)井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測(cè)井方法分類2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ)3、中子-中子測(cè)井方法原理4、中子-伽馬測(cè)井方法原理中子測(cè)井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測(cè)井方法分類2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ)3、中子-中子測(cè)井方法原理4、中子-伽馬測(cè)井方法原理 中子測(cè)井利用巖石的另一種特性，即巖石中的含氫量來(lái)研究巖石性質(zhì)和孔隙度等地質(zhì)問(wèn)題。 這種測(cè)井方法在于將裝有中子源和探測(cè)器的井下儀器下入井中，由中子源中子進(jìn)入巖層, 同物質(zhì)的原子核發(fā)生碰撞將產(chǎn)生減速、擴(kuò)散和被俘獲幾個(gè)過(guò)程，到達(dá)探測(cè)器。 在這些過(guò)程中，探測(cè)器周圍的中子分布狀況，以及中子被俘獲后所放出的伽馬射線強(qiáng)度，與儀器周圍的巖石性質(zhì)，特別是巖石的

2、含氫量有關(guān)。 而儲(chǔ)集層的含氫量又取決于它的孔隙度，因此，中子測(cè)井是目前廣泛使用的一種孔隙度測(cè)井。 中子測(cè)井1、中子測(cè)井方法分類 根據(jù)中子測(cè)井的記錄內(nèi)容：可以將它分為 中子-中子測(cè)井 Neutron-Neutron Log 中子-伽馬測(cè)井 Neutron-Gamma Ray Log 中子測(cè)井1、中子測(cè)井方法分類 根據(jù)儀器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，中子中子測(cè)井又可分為 中子-超熱中子測(cè)井（SNP）井壁中子測(cè)井 Sidewall Neutron Log 中子-熱中子測(cè)井（CNL）補(bǔ)償中子測(cè)井 Compensated Neutron Log中子測(cè)井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測(cè)井方法分類2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ)3、中子-中子測(cè)

3、井方法原理4、中子-伽馬測(cè)井方法原理2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) 中子是組成原子核的一種不帶電荷的中性粒子，其質(zhì)量與氫核質(zhì)量相近。中子與物質(zhì)作用時(shí)，能穿過(guò)原子的電子殼層而與原子核相碰撞，所以它對(duì)物質(zhì)的穿透能力較強(qiáng)。（1）中子和中子源 通常中子與質(zhì)子以很強(qiáng)的核力結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。要使中子從原子核里釋放出來(lái)，就必須供給一定的能量。如果使原子核獲得的能量大于中子結(jié)合能，中子就可能從核中發(fā)射出來(lái)。 可以用粒子、氘核d、質(zhì)子p或光子轟擊原子核，引起各種核反應(yīng)，使中子從核內(nèi)釋放出來(lái)。這種產(chǎn)生中子的裝置稱中子源。電子中子原子核 同位素中子源：如镅鈹（Am-Be）中子源，利用镅衰變產(chǎn)生的粒子去轟擊鈹原

4、子核，發(fā)生核反應(yīng)而放出中子。產(chǎn)生的中子的平均能量約5MeV。 該類中子源的特點(diǎn)是連續(xù)發(fā)射中子。 加速器中子源：（亦稱脈沖中子源），如D-T加速器中子源，用加速器加速氘核（D）去轟擊氚核（T）產(chǎn)生快中子，其能量是14MeV。 該類中子源的特點(diǎn)是人為控制脈沖式發(fā)射中子。2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) （1）中子和中子源 中子測(cè)井所用的中子源有兩類：同位素中子源和加速器中子源。 高能快中子：能量大于10萬(wàn)電子伏特； 中能中子：能量在100電子伏特10萬(wàn)電子伏特之間； 慢中子：能量小于100電子伏特； 其中0.1100電子伏特的中子為超熱中子； 能量等于0.025電子伏特的中子為熱中子。2、中子測(cè)井的核物理

5、基礎(chǔ) （1）中子和中子源 由于不同能量的中子與原子核作用時(shí)有著不同的特點(diǎn)，所以通常根據(jù)中子的能量大小，可以把它分成幾類： 非彈性作用：高能快中子與原子核碰撞(先吸收形成復(fù)核-放出低能中子和非彈散伽馬射線)； 彈性散射：系統(tǒng)總能量不變?？熘凶优c靶核發(fā)生碰撞后中子和靶核的總動(dòng)能不變，中子能量繼續(xù)降低、速度減慢，損失的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榘泻说膭?dòng)能，靶核仍處于基態(tài)。 輻射俘獲：能量低的熱中子在其他物質(zhì)附近漫游，很容易被其他物質(zhì)俘獲而被吸收，其他物質(zhì)靶核由于俘獲中子后則處于激發(fā)態(tài)，在由激發(fā)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，則易放出俘獲伽馬射線。 下面介紹作用的幾個(gè)階段2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) （2）中子與物質(zhì)的作用3種作用形式

6、 由中子源發(fā)射出來(lái)的快中子與組成物質(zhì)的原子核發(fā)生作用，可以分為以下幾個(gè)階段：2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) （2）中子與物質(zhì)的作用3個(gè)作用階段 快中子的減速過(guò)程 平均能量約4Mev的高能快中子-碰撞原子核(發(fā)生彈性散射)-中子一部分能量傳給原子核-成為原子核動(dòng)能，中子本身的能量減少，運(yùn)動(dòng)速度降低-繼續(xù)碰撞其它原子核。反復(fù)多次，能量不斷損失，速度不斷減慢，最后成為熱中子，此過(guò)程為快中子減速過(guò)程。 快中子的減速過(guò)程 巖石中不同元素對(duì)中子產(chǎn)生彈性散射幾率(散射截面)不同，氫元素彈性散射截面最大。不同元素減速能力不同，氫原子核對(duì)中子減速起主要作用，特別是中子與氫原子核碰撞，減速成熱中子過(guò)程最快。因此，高含氫

7、量巖石中，快中子將很快減速成熱中子。2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) （2）中子與物質(zhì)的作用 在減速過(guò)程中，中子與原子核正面碰撞一次可損失的最大能量E，有：E=(1-)E1，式中E1為中子碰撞前的能量，而為式中A為原子量。 對(duì)于氫元素，質(zhì)量A1，因而0，EEl，即中子與氫核發(fā)生碰撞時(shí)，中子就失去全部能量。對(duì)于碳元素，A12，0.716，中子與碳核碰撞時(shí)，中子損失的最大能量為0.28E1。 顯然A越大的元素，中子與它碰撞時(shí)能量損失越小。2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) （2）中子與物質(zhì)的作用 快中子的減速過(guò)程 在實(shí)際彈性散射過(guò)程中，中子與靶核并不總是正面碰撞，因此，每次碰撞后，中子損失能量并不相同，這與散射角有

8、關(guān)。2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) （2）中子與物質(zhì)的作用 快中子的減速過(guò)程 當(dāng)快中子與原子核碰撞多次，使中子能量降低為0.025電子伏特時(shí)，這時(shí)的中子為熱中子。 中子變?yōu)闊嶂凶又?，就象分子熱運(yùn)動(dòng)一樣在物質(zhì)中進(jìn)行擴(kuò)散，當(dāng)它再與原子核發(fā)生碰撞時(shí)，失去和得到的能量幾乎相等。 A.微觀彈性散射截面：一個(gè)中子與一個(gè)原子核發(fā)生彈性散射的幾率稱為微觀彈性散射截面s，單位為巴（10-24cm2）。2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) （2）中子與物質(zhì)的作用 快中子的減速過(guò)程描述減速過(guò)程的三個(gè)重要概念 C. 減速長(zhǎng)度Ls ：用來(lái)描述快中子變?yōu)闊嶂凶拥臏p速過(guò)程。減速長(zhǎng)度定義為由快中子減速成熱中子所經(jīng)過(guò)的直線距離的平均值，單位為

9、厘米。 B.宏觀彈性散射截面：1cm3物質(zhì)的原子核的微觀彈性散射截面之和叫宏觀彈性散射截面s。 通?？梢岳煤暧^彈性散射截面來(lái)描述這個(gè)減速過(guò)程。 下表為沉積巖中常見(jiàn)元素的散射截面和每次碰撞的最大能量損失以及中子能量由2Mev減速為熱中子所需的平均碰撞次數(shù)。 （2）中子與物質(zhì)的作用 快中子的減速過(guò)程元素散射截面原子量平均碰撞次數(shù)每次碰撞能量的最大損失鈣9.540.13718%氯1035.931610%硅1.728.126112%氧4.216.015021%碳4.812.011528%氫451.018100% 從表中可看出，沉積巖中不同元素對(duì)中子產(chǎn)生彈性散射截面不同，氫元素的最大。和氫核相碰撞，能

10、量損失最大，減速成熱中子的過(guò)程也最快。因此，在含氫量高的巖石中，快中子將很快減速成熱中子。 下表為能量為3.7-7Mev的中子減速為熱中子的減速長(zhǎng)度：（2）中子與物質(zhì)的作用 快中子的減速過(guò)程介質(zhì)水石油石膏硬石膏（含結(jié)晶水）砂+45%水砂+22%水石灰?guī)r干石英砂減速長(zhǎng)度（厘米）7.79.311.027.011.017.029.055.0 介質(zhì)含氫越多，減速長(zhǎng)度越短，這也說(shuō)明氫元素對(duì)快中子的減速能力最大。 氫是所有元素中最強(qiáng)的中子減速劑，這是中子測(cè)井法測(cè)定地層含氫量及解決與含氫量有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的依據(jù)。 快中子減速成熱中子之后，同氣體分子的擴(kuò)散類似，從密度大的地方向密度小地方擴(kuò)散。 （2）中子與物質(zhì)的

11、作用 熱中子的擴(kuò)散及俘獲 熱中子擴(kuò)散時(shí)，由于速度較慢，在原子核周圍停留的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，因而很容易被原子核俘獲。標(biāo)準(zhǔn)熱中子能量為0.025eV，速度為2.2105cm/s。 熱中子被元素原子核俘獲的幾率取決于元素的俘獲能力，通常用“宏觀俘獲截面a”來(lái)量度。單位為巴。 描述熱中子擴(kuò)散及俘獲特性的參數(shù)有擴(kuò)散長(zhǎng)度Ld、微（宏）觀俘獲截面a和熱中子壽命t等參數(shù)。（2）中子與物質(zhì)的作用 熱中子的擴(kuò)散及俘獲描述擴(kuò)散俘獲過(guò)程的四個(gè)重要概念 A. 擴(kuò)散長(zhǎng)度：從產(chǎn)生熱中子起到其被俘獲吸收為止，熱中子移動(dòng)的距離。物質(zhì)對(duì)熱中子俘獲吸收能力越強(qiáng)，擴(kuò)散長(zhǎng)度Ld就越短。 B. 微觀俘獲截面：一個(gè)原子核俘獲熱中子的幾率。 C

12、. 宏觀俘獲截面a：1cm3物質(zhì)中所有原子核的微觀俘獲截面之和。 D.熱中子壽命t：從熱中子生成開(kāi)始到它被俘獲吸收為止所經(jīng)過(guò)的平均時(shí)間叫熱中子壽命，它和宏觀俘獲截面的關(guān)系是： 式中v為熱中子移動(dòng)速度，常溫下，v0.22cm/s。 當(dāng)?shù)貙又泻蟹@截面高的元素時(shí)，t就大大減小。高礦化度水的t要比油層小的多，因此可以確定油水界面和區(qū)分油水層。（2）中子與物質(zhì)的作用 熱中子的擴(kuò)散及俘獲所以熱中子壽命表示式可寫成：下表給出了沉積巖中常見(jiàn)的幾種元素的微觀俘獲截面。 （2）中子與物質(zhì)的作用 熱中子的擴(kuò)散及俘獲 氯元素特別是硼的俘獲截面很大。在油、氣井中，氯元素是常見(jiàn)的，因此，它的存在將使熱中子被俘獲的幾率

13、顯著增加，熱中子擴(kuò)散的過(guò)程或擴(kuò)散距離將縮短。 所以含有高礦化度水的巖石比含油的同類巖石宏觀俘獲截面要大。 元素的原子核俘獲熱中子之后，處于激發(fā)狀態(tài)，當(dāng)它回到穩(wěn)定的基態(tài)時(shí)，多余的能量便以伽馬射線的形式釋放出來(lái)。該射線稱為俘獲伽馬射線，或次生伽馬射線。（2）中子與物質(zhì)的作用 熱中子的擴(kuò)散及俘獲 因此，當(dāng)巖石中有氯元素存在時(shí)，測(cè)得的熱中子數(shù)將顯著減少，但測(cè)得的俘獲伽馬射線卻又會(huì)普遍增高。 不同元素俘獲熱中子后放出的俘獲伽馬射線的能量存在一定的差別，特別是氯元素釋放出的俘獲伽馬射線能量要比一般元素高一些，且伽馬射線的數(shù)目也相對(duì)多些。 中子探測(cè)器探測(cè)的是超熱中子和熱中子。2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) （3）

14、中子探測(cè)器 熱中子探測(cè)器通常由普通的閃爍計(jì)數(shù)器在其外壁上涂上鋰或硼構(gòu)成。由于鋰和硼對(duì)熱中子有強(qiáng)吸收性，并在吸收熱中子后發(fā)生核反應(yīng)而放射出粒子，該粒子能使閃爍計(jì)數(shù)器中螢光體發(fā)光，從而在記數(shù)管中的陽(yáng)極產(chǎn)生負(fù)的電脈沖，然后送入地面記錄儀便可對(duì)其記錄。熱中子鋰或硼 超熱中子探測(cè)器是熱中子計(jì)數(shù)器在其外壁上加一層石蠟和一層鎘構(gòu)成。鎘的作用是吸收探測(cè)器周圍的熱中子，而只讓超熱中子通過(guò)，并進(jìn)入石蠟層，然后再經(jīng)石蠟減速為熱中子，便可被熱中子計(jì)數(shù)管對(duì)其記錄。2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) （3）中子探測(cè)器熱中子超熱中子石蠟鎘 地層對(duì)快中子的減速能力主要決定于地層的含氫量。含氫量高的地層宏觀減速能力強(qiáng)、減速長(zhǎng)度小。 為了

15、方便，在中子測(cè)井中把淡水的含氫量規(guī)定為一個(gè)單位，用它來(lái)衡量地層中所有其它巖石或礦物的含氫量。2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) （4）地層的含氫指數(shù) 單位體積的任何巖石或礦物中氫核數(shù)與同樣體積的淡水中氫核數(shù)的比值，稱為該巖石或礦物的含氫指數(shù)，用H表示。含氫指數(shù)概念 式中，是介質(zhì)密度，單位為gcm3；M是該化合物的克分子量；x是介質(zhì)分子中的氫原子數(shù)；K是比例常數(shù)。 2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) （4）地層的含氫指數(shù)含氫指數(shù)概念 含氫指數(shù)H與單位體積介質(zhì)里的氫核數(shù)成正比，因而可用下式表示 純水的含氫指數(shù) 按定義，淡水的含氫指數(shù)為1，由此確定出上式中的K值。2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) （4）地層的含氫指數(shù) 則用該式

16、可求出任何密度為，分子量為M且每個(gè)分子中有x個(gè)氫核的單一分子組成的物質(zhì)的含氫指數(shù)。 因水的分子式為H2O，所以x2，M18，而水的密度為1gcm3，由此求出K9，代入前面式子得 鹽水的含氫指數(shù) NaCl溶于水后占據(jù)了空間，而使鹽水中含氫密度減小，巖水含氫指數(shù)降低。2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) （4）地層的含氫指數(shù) 計(jì)算鹽水含氫指數(shù)的一般公式為 Hww(1-C) 式中w為鹽水密度；C為NaCl濃度，此處單位為ppm10-6。 對(duì)裸眼井測(cè)井，中子測(cè)井探測(cè)的沖洗帶，上式應(yīng)當(dāng)用泥漿濾液的密度和礦化度。套管井測(cè)井時(shí)，沖洗帶消失，要用地層水的密度和礦化度。 油、氣的含氫指數(shù) 液態(tài)烴的含氫指數(shù)與水接近，然而天然

17、氣的氫濃度很低，并且隨溫度和壓力而變化。因而當(dāng)天然氣很靠近井眼而處于中子測(cè)井探測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，中子測(cè)井測(cè)出的含氫指數(shù)較小。 烴的含氫指數(shù)可根據(jù)其組分和密度來(lái)估算。分子式為CHx(其分子量為12十x)和密度為h的烴的含氫指數(shù)為 用此式可算出甲烷(CH4)含氫指數(shù)為2.25甲烷，而石油(CnH2)含氫指數(shù)為1.28油。若油0.85g/cm3，則石油含氫指數(shù)為1.034。2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ) （4）地層的含氫指數(shù) 與有效孔隙度無(wú)關(guān)的含氫指數(shù) A. 泥質(zhì)：泥質(zhì)伴生有化學(xué)結(jié)晶水和束縛水，所以它具有很大的含氫指數(shù)，一般可達(dá)0.150.30，因而在含泥質(zhì)的地層中，含氫指數(shù)大于地層的有效孔隙度。2、中子測(cè)井的

18、核物理基礎(chǔ) （4）地層的含氫指數(shù) B. 石膏：石膏的分子式是CaSO42H2O，雖然其孔隙度為零，但其含氫指數(shù)約為0.49，與孔隙度為49的灰?guī)r相當(dāng)。 C. 巖性影響：當(dāng)儀器以純石灰?guī)r為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行刻度時(shí)，石灰?guī)r骨架含氫指數(shù)為零，其它巖性的巖石骨架顯示為一定數(shù)值的等效含氫量?？紫抖鹊扔诹愕纳皫r，顯示為負(fù)含氫指數(shù)（-3%），而白云巖顯示為正的含氫指數(shù)（5%）。中子測(cè)井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測(cè)井方法分類2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ)3、中子-中子測(cè)井方法原理4、中子-伽馬測(cè)井方法原理 中子測(cè)井包括兩種方法： 一種是記錄探測(cè)器周圍超熱中子密度的中子超熱中子測(cè)井（SNP），亦稱井壁中子測(cè)井； 另一種是記錄探測(cè)器周圍熱

19、中子密度的中子熱中子測(cè)井（CNL），亦稱補(bǔ)償中子測(cè)井。 中子測(cè)井3、中子-中子測(cè)井方法原理(1)中子超熱中子測(cè)井 超熱中子測(cè)井是探測(cè)探測(cè)器周圍快中子變?yōu)闊嶂凶又暗某瑹嶂凶用芏?，以反映地層的中子減速特性，進(jìn)而計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度和對(duì)儲(chǔ)集層進(jìn)行評(píng)價(jià)。 左圖是一種超熱中子測(cè)井儀的井下儀器示意圖，也叫井壁超熱中子測(cè)井儀(SNP)。超熱中子探測(cè)器和中子源貼靠井壁測(cè)量以減小井眼的影響。 由中子源發(fā)出的快中子與地層中的原子核發(fā)生彈性散射，能量逐漸降低，而成為超熱中子，其過(guò)程主要取決于前述快中子減速過(guò)程。3、中子-中子測(cè)井方法原理 在組成地層的所有元素中，氫是減速能力最強(qiáng)的元素，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它元素，它的存在和含量就

20、決定著地層的減速長(zhǎng)度的大小。因此，當(dāng)孔隙中100充滿水時(shí)，孔隙度越大則地層減速長(zhǎng)度就越短。 (1)中子超熱中子測(cè)井3、中子-中子測(cè)井方法原理 左圖描述了這種關(guān)系，給出了充滿水的砂巖、石灰?guī)r和白云巖等三種巖性的巖石減速長(zhǎng)度和孔隙度的關(guān)系曲線。由圖可以看出Ls隨增大而縮短 從該圖還可以看出： 孔隙度不同，巖性不同，超熱中子在中子源周圍的分布不同。孔隙度越大，含氫量越多，減速長(zhǎng)度Ls越短（?。?，則在源附近的超熱中子越多。相反，孔隙度越小，減速長(zhǎng)度Ls越大，則在較遠(yuǎn)的空間形成有較多的超熱中子。3、中子-中子測(cè)井方法原理(1)中子超熱中子測(cè)井 如果把探測(cè)器放在較遠(yuǎn)的地方，超熱中子探測(cè)器的計(jì)數(shù)率，則對(duì)于孔

21、隙度大的計(jì)數(shù)率低，孔隙度小的計(jì)數(shù)率高。如右圖所示。3、中子-中子測(cè)井方法原理(1)中子超熱中子測(cè)井 如果把探測(cè)器放在較近的地方，超熱中子探測(cè)器的計(jì)數(shù)率，則對(duì)于孔隙度大的計(jì)數(shù)率大，孔隙度小的計(jì)數(shù)率低。如右圖所示。3、中子-中子測(cè)井方法原理(1)中子超熱中子測(cè)井 當(dāng)探測(cè)器放在某一個(gè)位置時(shí)，計(jì)數(shù)率與孔隙度的大小無(wú)關(guān)。3、中子-中子測(cè)井方法原理短源距長(zhǎng)源距零源距(1)中子超熱中子測(cè)井 探測(cè)器到源之間的距離叫源距； 第一種情況的源距叫長(zhǎng)源距； 第二種情況的源距叫短源距； 第三種情況叫零源距，約40cm。 在實(shí)際工作中，通常用的是長(zhǎng)源距探測(cè)器。 測(cè)井記錄（長(zhǎng)源距）的超熱中子計(jì)數(shù)率越大，反映巖層的孔隙度越小

22、，反之計(jì)數(shù)率越小，反映巖層的孔隙度越大。 3、中子-中子測(cè)井方法原理(1)中子超熱中子測(cè)井 在不含有氫元素的地層中，超熱中子讀數(shù)隨含氫量增高呈指數(shù)規(guī)律降低，在巖石中，含H量直接反映著孔隙度的大小，因此 lgN=a+b 其中b-儀器常數(shù)，a-與井徑、源距等有關(guān)的參數(shù)，N-超熱中子計(jì)數(shù)率。這就是利用超熱中子測(cè)井可以測(cè)量巖層孔隙度的原理。 由于超熱中子被元素俘獲的截面非常小，所以超熱中子的空間分布不受巖層含氯量的影響(即地層水礦化度的影響)，所以能夠較好地反映氫含量的多少，即較好地反映巖層孔隙度的大小。 超熱中子測(cè)井，僅反映地層的減速性質(zhì)，有利于測(cè)定地層含氫指數(shù)，貼靠井壁測(cè)量減少了井對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

23、，能很好地測(cè)定地層的孔隙度。 其不足之處：超熱中子分布范圍小，探測(cè)深度淺，源距小，井條件和貼井壁狀態(tài)的變化都會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果。因而在繼續(xù)改進(jìn)這儀方法的同時(shí)，還必須研究其它測(cè)井方法。3、中子-中子測(cè)井方法原理(2)中子熱中子測(cè)井 熱中子分布范圍比超熱中子大的多，探測(cè)范圍大，其空間分布規(guī)律與超熱中子的空間分布規(guī)律一樣，即在長(zhǎng)源距的情況下飽含流體的巖層的孔隙度越大，熱中子的計(jì)數(shù)率越低；孔隙度越小計(jì)數(shù)率越高。 快中子與地層作用減速成熱中子，探測(cè)器周圍熱中子的密度不僅與地層的減速特性有關(guān)，而且亦與地層的俘獲特性有關(guān)。 這就決定了熱中子的空間分布既與巖層的含氫量有關(guān)，又與含氯量有關(guān)。這對(duì)于用熱中子計(jì)數(shù)率大

24、小反映巖層含氫量，進(jìn)而反映巖層孔隙度值來(lái)說(shuō)，氯含量就是個(gè)干擾因素。 3、中子-中子測(cè)井方法原理(2)中子熱中子測(cè)井 由中子源發(fā)出的快中子在周圍介質(zhì)中減速成熱中子，探測(cè)熱中子密度的測(cè)井方法叫熱中子測(cè)井。 式中Nt熱中子計(jì)數(shù)率；r探測(cè)器到中子源的距離(源距)； D擴(kuò)散系數(shù)；Ls減速長(zhǎng)度；Ld擴(kuò)散長(zhǎng)度；K與儀器有關(guān)系數(shù)。3、中子-中子測(cè)井方法原理(2)中子熱中子測(cè)井 在均勻無(wú)限介質(zhì)中，對(duì)點(diǎn)狀快中子源造成的熱中子分布進(jìn)行了理論推導(dǎo)，得到下列關(guān)系 由上式可見(jiàn)計(jì)數(shù)率大小不僅決定于巖層減速性質(zhì)(反映含氫量)，還與巖層俘獲性質(zhì)有關(guān)(反映含氯量)。3、中子-中子測(cè)井方法原理(2)中子熱中子測(cè)井 若采用源距不同的

25、兩個(gè)探測(cè)器，記錄兩個(gè)計(jì)數(shù)率Nt(r1)和Nt(r2)，取這兩個(gè)計(jì)數(shù)率比值，當(dāng)源距r足夠大時(shí)，則有 因熱中子的擴(kuò)散長(zhǎng)度Ld比快中子的減速長(zhǎng)度Ls小很多，所以當(dāng)源距r足夠大時(shí)，含有Ld的指數(shù)項(xiàng)與含有Ls的指數(shù)項(xiàng)相比可以忽略不計(jì)，如r=70cm，對(duì)=15%的砂巖: 故上式可簡(jiǎn)化為： 當(dāng)源距r1、r2選定后，這個(gè)比值只與地層的減速性質(zhì)有關(guān)，所以該比值能很好地反映地層的含氫量。該式即為雙源距熱中子測(cè)井的理論依據(jù)。 此外這種方法能減小井參數(shù)及巖石對(duì)熱中子俘獲性質(zhì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，所以通常稱中子-熱中子測(cè)井CNL為補(bǔ)償中子測(cè)井。3、中子-中子測(cè)井方法原理(2)中子熱中子測(cè)井3、中子-中子測(cè)井方法原理(2)中

26、子熱中子測(cè)井 右圖是補(bǔ)償中子測(cè)井示意圖。 用長(zhǎng)、短源距兩個(gè)探測(cè)器接收熱中子，得到計(jì)數(shù)率Nt(r1)，Nt(r2)，根據(jù)用石灰?guī)r刻度的儀器得到的計(jì)數(shù)率比值Nt(r1)Nt(r2)(r1r2)與巖石石灰?guī)r孔隙度N的關(guān)系，補(bǔ)償中子測(cè)井直接給出石灰?guī)r孔隙度值曲線。 實(shí)際工作中，補(bǔ)償中子測(cè)井儀通常都在刻度井內(nèi)已知孔隙度的純石灰?guī)r地層上進(jìn)行刻度，由此獲得的孔隙度單位稱為“石灰?guī)r孔隙度”。 它在純石灰?guī)r地層上等于地層的真孔隙度。3、中子-中子測(cè)井方法原理(2)中子熱中子測(cè)井 但在非純石灰?guī)r地層，用這種方式刻度的儀器測(cè)得的孔隙度將與地層的真孔隙度不同，稱為“視石灰?guī)r孔隙度”。(3)中子測(cè)井的應(yīng)用3、中子-中子

27、測(cè)井方法原理 確定地層孔隙度 中子測(cè)井（SNP、CNL）主要的用途是確定地層孔隙度。 右圖為SNP孔隙度巖性影響校正圖版。中子測(cè)井儀器通常以石灰?guī)r孔隙度為標(biāo)準(zhǔn)刻度的，所以它所記錄孔隙度是石灰?guī)r孔隙度。因此，我們通常稱中子測(cè)井值為視石灰?guī)r孔隙度。 確定地層孔隙度 3、中子-中子測(cè)井方法原理(3)中子測(cè)井的應(yīng)用 對(duì)于除石灰?guī)r以外的其它巖性的巖石，石灰?guī)r孔隙度包含有由于巖性不同，巖石骨架造成的附加孔隙度。 例如孔隙度為零的純砂巖和白云巖，用（以石灰?guī)r為標(biāo)準(zhǔn)刻度的）儀器測(cè)量得到的石灰?guī)r孔隙度，前者是-3，后者為十5。所以要求砂巖或白云巖的真孔隙度必須做巖性校正，用圖所示的巖性影響校正圖版進(jìn)行校正。3、

28、中子-中子測(cè)井方法原理(3)中子測(cè)井的應(yīng)用 FDC與CNL石灰?guī)r孔隙度曲線重疊定性判斷氣層 天然氣使FDC測(cè)井計(jì)算孔隙度增大，而使CNL測(cè)井計(jì)算孔隙度偏小。故二者在氣層上有一定的幅度差，而且DN。 右圖是FDC與CNL的實(shí)測(cè)石灰?guī)r孔隙度曲線重疊圖。圖中在三個(gè)深度上明顯顯示出含氣層。 CNL與FDC測(cè)井交會(huì)求孔隙度、確定巖性 由密度測(cè)井(FDC)的體積密度值和CNL的石灰?guī)r孔隙度值的交會(huì)點(diǎn)，可確定地層的孔隙度ND的大小和巖性。 若是雙礦物巖石，可以確定雙礦物比例。如圖。 3、中子-中子測(cè)井方法原理(3)中子測(cè)井的應(yīng)用中子測(cè)井學(xué)習(xí)內(nèi)容1、中子測(cè)井方法分類2、中子測(cè)井的核物理基礎(chǔ)3、中子-中子測(cè)井方

29、法原理4、中子-伽馬測(cè)井方法原理（1）基本原理 該方法在于測(cè)量巖石中元素原子核俘獲熱中子之后所放出的俘獲伽馬射線的強(qiáng)度。這一強(qiáng)度與兩個(gè)因素有關(guān)，即巖石對(duì)中子的減速能力和對(duì)熱中子的俘獲能力。在沉積巖的元素中，對(duì)這兩種特性起決定作用的是氫和氯，因此中子伽馬測(cè)井結(jié)果主要與巖石中的含氫量和含氯量有關(guān)。 右圖是實(shí)驗(yàn)得到的中子伽馬計(jì)數(shù)率Nn-與源距L的關(guān)系曲線。 圖中，曲線1淡水；曲線2鹽水；曲線3孔隙度分別為0、10%、20%，含淡水的模擬地層中的關(guān)系曲線。約35cm中子測(cè)井4、中子-伽馬測(cè)井方法原理 Nn-r隨L增大而按指數(shù)規(guī)律下降；約35cm（1）基本原理 4、中子-伽馬測(cè)井方法原理 L35cm為零源距。在此源距時(shí)，Nn-r與地層含氫量(孔隙度)無(wú)關(guān)，但仍能反映含氯量的變化。含氯量增大，Nn-r也增大； 在長(zhǎng)源距(即源距大于零源距)的情況下，含氫量增大(孔隙度增大)，計(jì)數(shù)率Nn-r減小。 實(shí)際測(cè)井時(shí)，中子伽馬測(cè)井采用的是長(zhǎng)源距(即正源距)。國(guó)內(nèi)通常采用L6065cm。所以中子伽馬測(cè)井的計(jì)數(shù)率Nn-r大，說(shuō)明地層的含氫量小，孔隙度小。若Nn-r小，則說(shuō)明地層的