油氣地球物理測(cè)井第七章

油氣地球物理測(cè)井第七章第一頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三2．同位素：原子序數(shù)相同而質(zhì)量不同的原子構(gòu)成的元素稱為同位素，同位素的化學(xué)性質(zhì)相同，在元素周期表中占一個(gè)位置。如氫的三種同位素：（氕）（氘）（氚）表示方法：X—元素符號(hào)Z-質(zhì)子數(shù)A-中子數(shù)3．核衰變放射性同位素的原子核另一種原子核+α、β、γ衰變N0—初始量λ—衰變系數(shù)t—時(shí)間dN—衰變率或放射性強(qiáng)度半衰期：T平均壽命τ4．放射性射線及其性質(zhì)α射線：氦原子流，質(zhì)量大，引起電離或激發(fā)，被物質(zhì)吸收，射程小，穿透能力差。β射線：高速中子流，射程小，電離程度中等。γ射線：頻率高的電磁波或光子流，不帶電，能量高，穿透力強(qiáng)。第二頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三5．伽瑪射線與物質(zhì)作用

自然伽瑪射線→穿過(guò)物質(zhì)與原子相互作用，將發(fā)生不同形式的作用，其中主要形式為：光電效應(yīng)、康普頓一吳有訓(xùn)效應(yīng)、形成電子對(duì)（1）光電效應(yīng)：當(dāng)伽瑪射線能量較低（低于0.25Mev）時(shí)，它與組成物質(zhì)元素原子中的電子相碰撞之后，把能量全部轉(zhuǎn)交電子，使電子獲得能量后脫離其電子殼層而飛出，同時(shí)伽瑪射線被吸收而消失。這一過(guò)程稱為光電效應(yīng)，被釋放出來(lái)的電子叫光電子。產(chǎn)生光電效應(yīng)的幾率，與入射伽瑪射線能量和組成物質(zhì)原子序數(shù)有關(guān)（2）康普頓一吳有訓(xùn)效應(yīng)能量較高伽瑪射線與物質(zhì)中原子核外電子碰撞時(shí)，一部分能量轉(zhuǎn)交給電子，使之脫離原子電子殼層而飛出，同時(shí)伽瑪射線改變自己運(yùn)動(dòng)方向，繼續(xù)與其它電子相撞。每碰撞一次，能量損失一部分，并改變其運(yùn)動(dòng)方向，形成所謂康普頓一吳有訓(xùn)效應(yīng)。伽瑪射線經(jīng)多次碰撞之后，能量不斷降低，最后以光電效應(yīng)結(jié)束。第三頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三（3）電子對(duì)的形成能量高于1.02Mev伽瑪射線與物質(zhì)作用時(shí)，在原子核力場(chǎng)作用下，可轉(zhuǎn)變成正、負(fù)電子對(duì)，即一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子。伽瑪射線在形成電子對(duì)后，本身被吸收。（4）伽瑪射線的吸收伽瑪射線能量衰減，強(qiáng)度減小過(guò)程稱為伽瑪射線被吸收。（5）電子密度與體積密度產(chǎn)生康普頓一吳有訓(xùn)效應(yīng)幾率與單位體積中電子數(shù)（電子密度）有關(guān)，電子密度ρe

一般性：N0—阿佛加德羅常數(shù)；Z—質(zhì)子數(shù)；A—質(zhì)量數(shù)；ρb—體積密度第四頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三6．中子與物質(zhì)作用分類：（1）慢中子：能量＜100電子伏特為慢中子，0.1—100電子伏特中子為超熱中子，＜0.025電子伏特中子為熱中子（2）中能中子：能量：100電子伏特—10萬(wàn)電子伏特（3）高能快中子：能量：＞10萬(wàn)電子伏特幾種作用形式：（1）非彈性作用：高能快中子與原子核碰撞（2）彈性散射：高能快中子經(jīng)一、二次非彈性散射后，能量降低，繼續(xù)碰撞原子，降低能量和運(yùn)動(dòng)速度，而總能量不變，經(jīng)多次碰撞，能量損失，速度降低，最后變?yōu)闊嶂凶印＃?）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，過(guò)程為輻射俘獲其他物質(zhì)由于俘獲中子而后穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)則易放出r射線。第五頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三自然伽瑪測(cè)井自然伽瑪測(cè)井可以解決以下：（1）據(jù)天然放射性強(qiáng)弱，判別巖性和劃分井地層剖面。（2）在一個(gè)含油氣區(qū)或單獨(dú)構(gòu)造上，各井剖面進(jìn)行對(duì)比。（3）估計(jì)巖石中泥質(zhì)含量，從而判斷巖層的儲(chǔ)集性能，特別是在泥漿礦化度較高地區(qū)，碳酸鹽巖剖面中，自然電位無(wú)法清楚劃分滲透性巖層，自然伽瑪可以解決。自然伽瑪測(cè)井的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）裸眼井和套管井中均可以進(jìn)行（2）油基泥漿、高礦化度以及干井中均可以進(jìn)行（3）碳酸鹽巖剖面和水化學(xué)沉積剖面不可缺少。缺點(diǎn)：（1）測(cè)速慢，成本高。（2）如果巖石本身組成中含放射性物質(zhì)，如含火山碎屑等，則無(wú)法正確判斷泥質(zhì)含量。如哈密地區(qū)，那么SH判定需從其分資料中求取。第六頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三自然伽瑪測(cè)井總述巖石的放射性是由巖石中所含的U、Th、k系放射性同位素引起的。這些元素在自然界衰變過(guò)程中的均放出γ射線,且不同元素放出的γ射線的數(shù)量和能量?jī)煞矫婢袇^(qū)別。如：K1.46Mev,U、Th：γ能譜較為復(fù)雜，因此，通過(guò)探測(cè)γ射線的數(shù)量（強(qiáng)度）和能量（能譜），有就可能確定巖石中放射性元素的數(shù)量（含量）及種類，并進(jìn)一步用來(lái)尋找放射性礦床和研究巖層性質(zhì)等。測(cè)量自γ射線強(qiáng)度的方法叫做自然伽瑪法，測(cè)量自然伽瑪能譜的方法叫做自然伽瑪能譜法。自然γ測(cè)井是在井內(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γ射線的強(qiáng)度，通過(guò)測(cè)量巖層的自然γ射線的強(qiáng)度來(lái)認(rèn)識(shí)巖層的一種放射性測(cè)井法，其γ射線強(qiáng)度與放射性元素的含量及類型有關(guān)一、巖石的自然放射性規(guī)律(三大巖類)1．巖漿巖：其中有許多放射性礦物，如長(zhǎng)石，云母集中了地層中絕大多數(shù)鉀K。角閃石、獨(dú)居石、輝石也有較高放射性，其中以堿性巖、鋯石、獨(dú)居石等放射性最強(qiáng)。第七頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三2．變質(zhì)巖：取決于母巖放射性，若為巖漿巖，放射性較強(qiáng)，沉積巖則次之。3．沉積巖：一般比巖漿巖、變質(zhì)巖差，沉積巖中的不同巖類，放射性不同。（1）粘土巖類：含放射性元素最多，放射性最強(qiáng)，主要為泥、頁(yè)巖。A．高嶺石：不含放射性元素，且對(duì)離子吸附能力差，放射性強(qiáng)度低。B．蒙脫石：不含放射性元素，但對(duì)陽(yáng)離子吸附能力強(qiáng)，可吸附很多放射性強(qiáng)物質(zhì)，如氧化鈾。因此，其天然放射性強(qiáng)度最大，對(duì)粘土巖放射性貢獻(xiàn)最大。C．伊利石：含放射性同位素K40，且有較強(qiáng)陽(yáng)離子吸附能力，也可吸附較多U2O氧化鈾，有較強(qiáng)放射性。D．綠泥石：同高嶺石相似，天然放射性弱。（2）碎屑巖類：放射性強(qiáng)度由正長(zhǎng)石、白云母、重礦物以及泥質(zhì)含量決定，對(duì)儲(chǔ)層的主要成份石英砂巖而言，前三種礦物很少，因此主要取決于泥質(zhì)含量及組成。（3）化學(xué)巖類：石灰?guī)r、白云巖、膏、鹽巖、K鹽等。除K具放射性外，其他巖類主要由巖石中所含泥質(zhì)及微量無(wú)素決定。放射性規(guī)律A．放射強(qiáng)度隨泥質(zhì)含量Vsh增加，而增加。B．隨有機(jī)質(zhì)含量增加而增加。C．隨K鹽和放射性物質(zhì)的含量的增加而增加第八頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三第九頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、測(cè)量原理進(jìn)行自然伽瑪測(cè)井的簡(jiǎn)單原理如圖所示：（井下儀器、地面儀器）探測(cè)器——將接收到的伽瑪射線轉(zhuǎn)換成電脈沖放大器——探測(cè)器輸出電脈沖加以放大->剔除->計(jì)數(shù)率->電器積累連續(xù)電流簡(jiǎn)單變換和刻度→自然伽瑪GR曲線。記錄電位差與單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)成正比。即與周圍巖石放射性強(qiáng)度成正比。第十頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三第十一頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、曲線特征及影響因素1．曲線特征（1）中心對(duì)稱（上下圍巖放射性相同），中心出現(xiàn)極大值。（2）h＜3d0曲線極大值隨h增加而增加,h≥3d0極大值=const,與強(qiáng)度大小成正比，與厚度無(wú)關(guān)。（3）h≥3d0半幅點(diǎn)定界面，h＜3d0厚度＞真實(shí)厚度。2．影響因素（1）厚度h對(duì)幅度影響（2）井參數(shù)：對(duì)巖石γ射線吸收及它們自身放射性附加(附泥漿含強(qiáng)被射性,一般不含)井徑、泥漿、套管（3）放射性統(tǒng)計(jì)起伏：統(tǒng)計(jì)規(guī)律—各次測(cè)的平均值（4）測(cè)速v和儀器積分常數(shù)τ對(duì)曲線的影響第十二頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三第十三頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三第十四頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三四、地質(zhì)應(yīng)用1．劃分巖性，確定滲透層第十五頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三第十六頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三第十七頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三2．進(jìn)行地層對(duì)比，其優(yōu)點(diǎn)：（1）與巖石流體性質(zhì)無(wú)關(guān)（油、水、地層礦化度等）（2）與泥漿性質(zhì)無(wú)關(guān)（鹽、水泥漿）（3）易找到標(biāo)準(zhǔn)層。在油氣水邊界地帶進(jìn)行地層對(duì)比，因?yàn)閹r石中含流體性質(zhì)變化大，使R、SP曲線形狀變化不益于進(jìn)行對(duì)比。另外膏鹽地區(qū)尤為重要。第十八頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三3．確定巖石的泥質(zhì)含量△GR=(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)Vsh=(2c·△GR-1)/(2c-1)C：老地層：C=2；新地層C=3.7—4第十九頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三4．確定巖石的粒度中值，作沉積環(huán)境分析C0、C1為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。（GR=GRmin）（GR=GRmax）Md1取GRmax相應(yīng)層段的平均粒度中小值。第二十頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期三四、自然伽瑪能譜測(cè)井（NGS）自然伽瑪測(cè)井雖是確定泥質(zhì)含量有效方法，但自然伽瑪讀數(shù)只能提供巖石自然放射性的總概念，當(dāng)巖石放射性是由于某些非泥質(zhì)因素引起時(shí)，則由此求得的泥質(zhì)含量用于其做地質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)，將造成錯(cuò)誤解釋。如：把高放射性的火成巖沖積成當(dāng)成泥巖層，含高鈾U的碳酸鹽巖儲(chǔ)層當(dāng)成非儲(chǔ)層等。為此，在自然伽瑪測(cè)井的基礎(chǔ)上，又引進(jìn)了自然伽瑪能譜測(cè)井。自然伽瑪能譜是測(cè)定一定能量范圍內(nèi)自然伽瑪射線的強(qiáng)度以區(qū)分巖石中放射性元素類型及其實(shí)際含量的測(cè)井方法。自然界常見(jiàn)三種放射性元素為鈾（U）系、釷（Th）系、鉀（K）系，且他們地層中放射出射線具有不同的能量并各自具有特征的能譜（K1.46MEVU、TH、0.5MEV）因此利用能級(jí)窗口，可以分別記錄地層中這三種放射性元素各自的強(qiáng)度，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，提供五條測(cè)井參數(shù)曲線：以百分含量表示的鉀含量K%以濃度表示的鈾（UPPM）以濃度表示的釷（ThPP