油气地球物理测井省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第七章第七章 自然伽玛测井自然伽玛测井自然伽玛测井是放射性测井中一个方法。放射性测井是以物质原子核物理性质为基础一组测井方法，统称为核测井，包含自然伽玛，自然伽玛能谱、中子、密度测井等。因为物质核物理性质不受温度、压力、化学性质等外界原因影响。所以有可能依据一些无素原子核特殊性质，利用放射性测井直接研究他们存在数量多少，对于研究石油钻井含有一定意义。序言：原子核基本知识（预备知识）1原子核结构原子：原子核 质子(带一个单位正电荷)+中子(不带电)核外电子(带一个单位负电荷)质子+中子核子 质子+中子=质量数质子数=原子序数第1页2同位素：原子序数相同而质量不一样原子组成元素称为同位素，同位素化学性质相同，在元素周期表中占一个位置。如氢三种同位素：（氕）（氘）（氚）表示方法：X元素符号 Z-质子数 A-中子数 3核衰变放射性同位素原子核另一个原子核+、衰变N0初始量 衰变系数 t时间 dN衰变率或放射性强度半衰期：T 平均寿命 4放射性射线及其性质射线：氦原子流，质量大，引发电离或激发，被物质吸收，射程小，穿透能力差。射线：高速中子流，射程小，电离程度中等。射线：频率高电磁波或光子流，不带电，能量高，穿透力强。第2页5伽玛射线与物质作用自然伽玛射线穿过物质与原子相互作用，将发生不一样形式作用，其中主要形式为：光电效应、康普顿一吴有训效应、形成电子对（1）光电效应：当伽玛射线能量较低（低于0.25Mev）时，它与组成物质元素原子中电子相碰撞之后，把能量全部转交电子，使电子取得能量后脱离其电子壳层而飞出，同时伽玛射线被吸收而消失。这一过程称为光电效应，被释放出来电子叫光电子。产生光电效应几率，与入射伽玛射线能量和组成物质原子序数相关（2）康普顿一吴有训效应能量较高伽玛射线与物质中原子核外电子碰撞时，一部分能量转交给电子，使之脱离原子电子壳层而飞出，同时伽玛射线改变自己运动方向，继续与其它电子相撞。每碰撞一次，能量损失一部分，并改变其运动方向，形成所谓康普顿一吴有训效应。伽玛射线经屡次碰撞之后，能量不停降低，最终以光电效应结束。第3页（3）电子正确形成能量高于1.02Mev伽玛射线与物质作用时，在原子核力场作用下，可转变成正、负电子对，即一个正电子和一个负电子。伽玛射线在形成电子对后，本身被吸收。（4）伽玛射线吸收伽玛射线能量衰减，强度减小过程称为伽玛射线被吸收。（5）电子密度与体积密度产生康普顿一吴有训效应几率与单位体积中电子数（电子密度）相关，电子密度e 普通性：N0阿佛加德罗常数；Z质子数；A质量数；b体积密度第4页6中子与物质作用分类：（1）慢中子：能量100电子伏特为慢中子，0.1100电子伏特中子为超热中子，0.025电子伏特中子为热中子（2）中能中子：能量：100电子伏特10万电子伏特（3）高能快中子：能量：10万电子伏特几个作用形式：（1）非弹性作用：高能快中子与原子核碰撞（2）弹性散射：高能快中子经一、二次非弹性散射后，能量降低，继续碰撞原子，降低能量和运动速度，而总能量不变，经屡次碰撞，能量损失，速度降低，最终变为热中子。（3）辐射俘获：能量低热中子在其它物质附近漫游，很轻易被其它物质俘获而被吸收，过程为辐射俘获其它物质因为俘获中子而后稳定态转变时则易放出r射线。第5页自自 然然 伽伽 玛玛 测测 井井自然伽玛测井能够处理以下：（1）据天然放射性强弱，判别岩性和划分井地层剖面。（2）在一个含油气区或单独结构上，各井剖面进行对比。（3）预计岩石中泥质含量，从而判断岩层储集性能，尤其是在泥浆矿化度较高地域，碳酸盐岩剖面中，自然电位无法清楚划分渗透性岩层，自然伽玛能够处理。自然伽玛测井优缺点：优点：（1）裸眼井和套管井中均能够进行 （2）油基泥浆、高矿化度以及干井中均能够进行 （3）碳酸盐岩剖面和水化学沉积剖面不可缺乏。缺点：（1）测速慢，成本高。（2）假如岩石本身组成中含放射性物质，如含火山碎屑等，则无法正确判断泥质含量。如哈密地域，那么SH判定需从其分资料中求取。第6页自自 然然 伽伽 玛玛 测测 井井 总总 述述岩石放射性是由岩石中所含U、Th、k系放射性同位素引发。这些元素在自然界衰变过程中均放出射线,且不一样元素放出射线数量和能量两方面都有区分。如：K 1.46Mev,U、Th：能谱较为复杂，所以，经过探测射线数量（强度）和能量（能谱），有就可能确定岩石中放射性元素数量（含量）及种类，并深入用来寻找放射性矿床和研究岩层性质等。测量自射线强度方法叫做自然伽玛法，测量自然伽玛能谱方法叫做自然伽玛能谱法。自然测井是在井内测量岩层中自然存在放射性元素核衰变过程中放射出来射线强度，经过测量岩层自然射线强度来认识岩层一个放射性测井法，其射线强度与放射性元素含量及类型相关一、岩石自然放射性规律(三大岩类)1岩浆岩：其中有许多放射性矿物，如长石，云母集中了地层中绝大多数钾K。角闪石、独居石、辉石也有较高放射性，其中以碱性岩、锆石、独居石等放射性最强。第7页2变质岩：取决于母岩放射性，若为岩浆岩，放射性较强，沉积岩则次之。3沉积岩：普通比岩浆岩、变质岩差，沉积岩中不一样岩类，放射性不一样。（1）粘土岩类：含放射性元素最多，放射性最强，主要为泥、页岩。A高岭石：不含放射性元素，且对离子吸附能力差，放射性强度低。B蒙脱石：不含放射性元素，但对阳离子吸附能力强，可吸附很多放射性强物质，如氧化铀。所以，其天然放射性强度最大，对粘土岩放射性贡献最大。C伊利石：含放射性同位素K40，且有较强阳离子吸附能力，也可吸附较多U2O氧化铀，有较强放射性。D绿泥石：同高岭石相同，天然放射性弱。（2）碎屑岩类：放射性强度由正长石、白云母、重矿物以及泥质含量决定，对储层主要成份石英砂岩而言，前三种矿物极少，所以主要取决于泥质含量及组成。（3）化学岩类：石灰岩、白云岩、膏、盐岩、K盐等。除K具放射性外，其它岩类主要由岩石中所含泥质及微量无素决定。放射性规律A放射强度随泥质含量Vsh增加，而增加。B随有机质含量增加而增加。C随K盐和放射性物质含量增加而增加第8页第9页二、测量原理进行自然伽玛测井简单原理如图所表示：（井下仪器、地面仪器）探测器将接收到伽玛射线转换成电脉冲放大器探测器输出电脉冲加以放大-剔除-计数率-电器积累连续电流简单变换和刻度自然伽玛GR曲线。统计电位差与单位时间内脉冲数成正比。即与周围岩石放射性强度成正比。第10页第11页三、曲线特征及影响原因1曲线特征（1）中心对称（上下围岩放射性相同），中心出现极大值。（2）h3d0 曲线极大值随h增加而增加,h3d0 极大值=const,与强度大小成正比，与厚度无关。（3）h3d0半幅点定界面，h3d0 厚度真实厚度。2影响原因（1）厚度h对幅度影响（2）井参数：对岩石射线吸收及它们本身放射性附加(附泥浆含强被射 性,普通不含)井径、泥浆、套管（3）放射性统计起伏：统计规律各次测平均值（4）测速v和仪器积分常数对曲线影响第12页第13页第14页四、地质应用1划分岩性，确定渗透层第15页第16页第17页2进行地层对比，其优点：（1）与岩石流体性质无关（油、水、地层矿化度等）（2）与泥浆性质无关（盐、水泥浆）（3）易找到标准层。在油气水边界地带进行地层对比，因为岩石中含流体性质改变大，使R、SP曲线形状改变不益于进行对比。另外膏盐地域尤为主要。第18页3确定岩石泥质含量GR=(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)Vsh=(2c GR-1)/(2c-1)C：老地层：C=2；新地层C=3.74第19页4确定岩石粒度中值，作沉积环境分析C0、C1为经验常数。（GR=GRmin）（GR=GRmax）Md1取GRmax对应层段平均粒度中小值。第20页四、自然伽玛能谱测井（NGS）自然伽玛测井虽是确定泥质含量有效方法，但自然伽玛读数只能提供岩石自然放射性总概念，当岩石放射性是因为一些非泥质原因引发时，则由此求得泥质含量用于其做地质评价时，将造成错误解释。如：把高放射性火成岩冲积成当成泥岩层，含高铀U碳酸盐岩储层当成非储层等。为此，在自然伽玛测井基础上，又引进了自然伽玛能谱测井。自然伽玛能谱是测定一定能量范围自然伽玛能谱是测定一定能量范围内自然伽玛射线强度以区分岩石中放射性元素类型及其实际含量测井方法。内自然伽玛射线强度以区分岩石中放射性元素类型及其实际含量测井方法。自然界常见三种放射性元素为铀（U）系、钍（Th）系、钾（K）系，且他们地层中放射出射线含有不一样能量并各自含有特征能谱（K 1.46MEV U、TH、0.5MEV）所以利用能级窗口，能够分别统计地层中这三种放射性元素各自强度，在实际测量过程中，提供五条测井参数曲线：以百分含量表示钾含量K%以浓度表示铀（UPPM）以浓度表示钍（ThPPM）合成总自然伽玛GR 无铀自然伽玛（钍、钾含量）SGR利用这些参数，能够了解产生自然放射性起源物质，分析它们类型和数量等，进而确定泥质含量，确定粘土类型、分析沉积环境GR、U、Th、K、SGR曲线粘土矿物与K、Th/K之间关系及图版第21页第22页第23页