第八章 密度测井

1、 第八章第八章 密度测井和岩性密度测井密度测井和岩性密度测井密度测井、岩性密度测井的地质基础密度测井、岩性密度测井的地质基础密度测井密度测井岩性密度测井岩性密度测井内容小结内容小结思考题思考题一、岩石体密度一、岩石体密度 1 1、矿物的电子密度及电子密度指数、矿物的电子密度及电子密度指数第一节第一节 密度测井和岩性密度测井的地质基础密度测井和岩性密度测井的地质基础1）、单原子组成的矿物）、单原子组成的矿物(8-1)电子密度电子密度2eZA(8-2)电子密度指数电子密度指数电子密度：单位体积的电子数。电子密度：单位体积的电子数。电子密度指数：电子密度指数：2 2电子密度电子密度/ /AN 2）、

2、化合物组成的矿物）、化合物组成的矿物jjeAn ZnNM(8-3)电子密度电子密度22jjeeAn ZnNM(8-4)电子密度指数电子密度指数jn-第第j j种原子的原子数。种原子的原子数。矿物的摩尔质量。矿物的摩尔质量。矿物密度。矿物密度。jz-第第j j种原子的原子序数。种原子的原子序数。其中：其中：矿物矿物密度密度电子密度指数电子密度指数视密度视密度石英石英2.6542.652.648方解石方解石2.712.70752.71白云石白云石2.872.8632.876硬石膏硬石膏2.962.9572.977石膏石膏2.322.3722.351钾盐钾盐1.9841.9161.863岩盐岩盐2.

3、1652.0742.032表表81 常见矿物的密度数据（常见矿物的密度数据（g/cm3）1 1）、岩石的体密度）、岩石的体密度每立方厘米岩石的质量，单位为每立方厘米岩石的质量，单位为 。 3cmg几种主要矿物的体密度几种主要矿物的体密度2 2、岩石密度、岩石密度孔隙内饱含淡水的纯岩石体积密度孔隙内饱含淡水的纯岩石体积密度:fmab)1 (8-5) 、 分别为骨架密度和孔隙流体密度，分别为骨架密度和孔隙流体密度， 为孔隙度。为孔隙度。maf石英石英:2.65:2.65；方解石方解石:2.71:2.71；白云石白云石:2.87:2.872）、完全含水岩石的电子密度指数）、完全含水岩石的电子密度指数

4、淡水的电子密度指数：淡水的电子密度指数：1.111.113）、岩石体积密度与电子密度指数的关系：）、岩石体积密度与电子密度指数的关系：mafmafbememamefemefe(1)emefe (8-6)(8-7)4）、岩石视密度）、岩石视密度 根据方解石和淡水的体积密度及电子密度指根据方解石和淡水的体积密度及电子密度指数，所得岩石体积密度，即岩石视密度。数，所得岩石体积密度，即岩石视密度。1883. 00704. 1eb(8-8)岩石视密度与其电子密度指数的关系：岩石视密度与其电子密度指数的关系：二、康普顿散射吸收系数二、康普顿散射吸收系数 中等能量的伽马射线和物质发生康普顿散射，使中等能量的

5、伽马射线和物质发生康普顿散射，使伽马射线强度降低，物质的康普顿散射吸收系数伽马射线强度降低，物质的康普顿散射吸收系数： 当入射伽马射线的能量在一定范围内时当入射伽马射线的能量在一定范围内时, , 是常数，所以，是常数，所以，仅与岩石密度有关仅与岩石密度有关( (正比于岩石正比于岩石密度密度）。）。 ebAZNeA(8-9)三、岩石的光电吸收截面三、岩石的光电吸收截面 1 1、岩石光电吸收截面指数、岩石光电吸收截面指数PePe 伽马光子与岩石中一个电子发生的平均光伽马光子与岩石中一个电子发生的平均光电吸收截面，电吸收截面，单位：单位：b/b/电子。电子。其中：其中：为常数。为常数。 6.3ZPe

6、(8-10)2 2、体积光电吸收截面、体积光电吸收截面 U U 每立方厘米物质的光电吸收截面。每立方厘米物质的光电吸收截面。 单位为单位为 。 3/cmbniiiVUU1(8-11)其中：其中：U Ui i、V Vi i分别为组成岩石的第分别为组成岩石的第i i部分的体积光电部分的体积光电吸收截面和相对体积。吸收截面和相对体积。 3 3、U U与与PePe的关系的关系beUP/(8-12)矿物矿物密度密度电子密度指数电子密度指数 PePeU U石英石英2.652.651.814.79方解石方解石2.712.715.0813.77白云石白云石2.872.863.149.0石膏石膏2.322.37

7、23.428.11硬石膏硬石膏2.962.9575.0514.95淡水淡水1.01.110.3850.4盐水盐水0.2mg/L0.2mg/L1.121.210.121.36石油石油1.14密度密度0.1190.1360.136密度密度0表表82 岩性参数岩性参数四、伽马射线通过物质时的能谱四、伽马射线通过物质时的能谱 图图8-18-1为为0.661MeV0.661MeV伽马射线打入密度相同伽马射线打入密度相同而原子序数不同的三种地层的伽马能谱曲线。而原子序数不同的三种地层的伽马能谱曲线。 由图看出：由图看出：1 1）在低能区，原子序数越大，计数率越低在低能区，原子序数越大，计数率越低， 说明物

8、质吸收的伽马光子数越多；说明物质吸收的伽马光子数越多；2 2）计数率最大值对应的伽马光子能量随）计数率最大值对应的伽马光子能量随Z Z值值的增大而降低；的增大而降低；3 3）高能区，计数率几乎与高能区，计数率几乎与Z Z无关。无关。 图图8-1 8-1 密度相同密度相同,Z,Z不同的介质中测得的不同的介质中测得的 散射吸收伽马能谱散射吸收伽马能谱 能量（能量（kev)kev)计数率计数率过渡带随过渡带随Z Z值值增加增加右移右移Z Z增加增加低能区，低能区，光电效应，光电效应，Z Z大，光电大，光电吸收系数吸收系数大。大。康普顿效应，康普顿效应，密度相同，则密度相同，则散射系数相同。散射系数相

9、同。nAZ1 . 40089. 0AZNAe 图图8-28-2为为Z Z相同而密度不同是的散射伽马能相同而密度不同是的散射伽马能谱的分布曲线。从图上看出谱的分布曲线。从图上看出: :1)1)、低能区，随密度增加，计数率减小；、低能区，随密度增加，计数率减小； 2 2）、计数率最大值对应的伽马射线能量与密）、计数率最大值对应的伽马射线能量与密度无关；度无关；3 3）、在高能区，计数率随密度增加而减小。）、在高能区，计数率随密度增加而减小。图图8-2 Z8-2 Z相同而密度不同地层的散射吸收伽马能谱响应相同而密度不同地层的散射吸收伽马能谱响应 计数率计数率能量能量(kev)不变的过渡带不变的过渡带

10、密度增加密度增加低能区，光低能区，光电效应，密电效应，密度大，光电度大，光电吸收系数大。吸收系数大。康普顿效应，康普顿效应，密度大，散密度大，散射系数大。射系数大。nAZ1 . 40089. 0AZNAe随介质密度增大，伽马光子计数率降低随介质密度增大，伽马光子计数率降低（伽马射线（伽马射线衰减与介质密度成正比）衰减与介质密度成正比）一、密度测井的基本原理一、密度测井的基本原理 第二节第二节 密度测井密度测井图图8-3 8-3 密度测井仪示意图密度测井仪示意图1 1、井下仪、井下仪 图图8-38-3为补偿密度测为补偿密度测井仪的示意图，它包括井仪的示意图，它包括一个伽马源，两个伽马一个伽马源，

11、两个伽马光子探测器光子探测器。它们安装。它们安装在滑板上，在滑板上，测井时将滑测井时将滑板推靠到井壁上，贴井板推靠到井壁上，贴井壁测量壁测量。伽马源伽马源短源距探测器短源距探测器长源距探测器长源距探测器地层地层泥饼泥饼 伽马射线源（伽马射线源（ - -半衰期半衰期T T3030年）产生年）产生的伽马射线的能量为的伽马射线的能量为0.661MeV0.661MeV，与地层产生光，与地层产生光电效应和康普顿效应。伽马射线通过距离为电效应和康普顿效应。伽马射线通过距离为L L的的地层后，伽马光子计数率为：地层后，伽马光子计数率为： 137Cs 2 2、测量原理、测量原理1 1）、长、短源距探测器计数率

12、与地层密度的关系）、长、短源距探测器计数率与地层密度的关系LeNN0(8-13) 如果只存在康普顿效应（如果只存在康普顿效应（中等能量伽马光中等能量伽马光子子），则），则为康普顿散射吸收系数。为康普顿散射吸收系数。LAZNbAeeNN0(8-14)(8-15)0lnlnbNNKL即：即：2AeNK(8-16) 沉积岩的沉积岩的Z/A0.5Z/A0.5计数率随地层密度的计数率随地层密度的增加而减小；增加而减小；图图8-4 8-4 不同源距计数率与地层密度的关系不同源距计数率与地层密度的关系 （无泥饼）（无泥饼） 地层密度（地层密度（g/cm3）lgN（计数率）（计数率）短源距探测器短源距探测器长

13、源距探测器长源距探测器密度相同，短源距密度相同，短源距计数率高；计数率高；图图8-5、长、短源距计数率与泥饼厚度、地层密度的关系、长、短源距计数率与泥饼厚度、地层密度的关系 泥饼密度与地泥饼密度与地层密度不同时，层密度不同时，泥饼影响随泥泥饼影响随泥饼厚度的增加饼厚度的增加而增大。而增大。地层密度（地层密度（g/cm3）lgN(lgN(计数率计数率) )hmc增加增加NssNLs测井值测井值地层密度地层密度泥饼密度泥饼密度地层密度地层密度测井值测井值地层密度地层密度泥饼密度泥饼密度地层密度地层密度 图图8-58-5分析分析（1 1）当地层密度与泥饼密度相同时，源距相同、泥当地层密度与泥饼密度相

14、同时，源距相同、泥饼厚度不同的直线相交于一点，泥饼厚度不影响计饼厚度不同的直线相交于一点，泥饼厚度不影响计数率；数率；（2 2）当地层密度大于泥饼密度时（交点右侧），随当地层密度大于泥饼密度时（交点右侧），随泥饼厚度的增加，计数率增大，测量的地层视密度泥饼厚度的增加，计数率增大，测量的地层视密度减小（小于地层密度）；减小（小于地层密度）；（3 3）当地层密度小于泥饼密度时（交点左侧），随当地层密度小于泥饼密度时（交点左侧），随泥饼厚度增加，计数率减小，测量的地层视密度增泥饼厚度增加，计数率减小，测量的地层视密度增大（大于地层密度）。大（大于地层密度）。 2 2）、地层密度）、地层密度 密度测井

15、测量的地层视密度与下列因素有关：密度测井测量的地层视密度与下列因素有关：泥饼密度与地层密度的关系、泥饼厚度。泥饼密度与地层密度的关系、泥饼厚度。bb 利用长源距计数率得到地层视密度利用长源距计数率得到地层视密度 ，由长、短源距计数率得到泥饼校正值由长、短源距计数率得到泥饼校正值 。则。则地层密度：地层密度：b（8-17）如图如图8-6、87所示。所示。 图图8-6 8-6 密度测井曲线实例密度测井曲线实例二、密度测井资料的应用二、密度测井资料的应用1 1、密度测井的输出、密度测井的输出b地层密度地层密度泥饼影响校正值泥饼影响校正值D视石灰岩孔隙度视石灰岩孔隙度图图87 密度测井曲线密度测井曲线

16、DbD D、b b均为均为线性刻度线性刻度密度曲线密度曲线油油层层水层水层2 2、视石灰岩孔隙度、视石灰岩孔隙度D0 . 171. 271. 2bfmabmaD1）地层的视石灰岩孔隙度与岩性、）地层的视石灰岩孔隙度与岩性、孔隙度、孔隙度、孔隙流孔隙流体性质有关。体性质有关。2）纯砂岩地层的视石灰岩孔隙度大于其孔隙度；）纯砂岩地层的视石灰岩孔隙度大于其孔隙度；3）含气纯灰岩的视石灰岩孔隙度大于其孔隙度；）含气纯灰岩的视石灰岩孔隙度大于其孔隙度；4）含水纯白云岩的视石灰岩孔隙度小于其孔隙度。）含水纯白云岩的视石灰岩孔隙度小于其孔隙度。 (8-18)2.2.含水纯白云岩地层的密度为含水纯白云岩地层的

17、密度为2.6,2.6,地层水密度为地层水密度为1.0.1.0.求地求地层孔隙度和视石灰岩孔隙度层孔隙度和视石灰岩孔隙度. .解解: :地层孔隙度地层孔隙度=(2.87-2.60)/(2.87-1.0)=0.14=(2.87-2.60)/(2.87-1.0)=0.14 地层视石灰岩孔隙度地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.60)/(2.71-1.0)=0.06=(2.71-2.60)/(2.71-1.0)=0.061.1.含水纯砂岩地层的密度为含水纯砂岩地层的密度为2.35,2.35,地层水密度为地层水密度为1.0.1.0.求地求地层孔隙度和视石灰岩孔隙度层孔隙度和视石灰岩孔隙度. .解解: :

18、地层孔隙度地层孔隙度=(2.65-2.35)/(2.65-1.0)=0.18=(2.65-2.35)/(2.65-1.0)=0.18 地层视石灰岩孔隙度地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.35)/(2.71-1.0)=0.21=(2.71-2.35)/(2.71-1.0)=0.21例题分析例题分析3.3.含油气纯灰岩地层的密度为含油气纯灰岩地层的密度为2.55,2.55,油气密度为油气密度为0.6.0.6.求地求地层孔隙度和视石灰岩孔隙度层孔隙度和视石灰岩孔隙度. .解解: :地层孔隙度地层孔隙度=(2.71-2.55)/(2.71-0.6)=0.08=(2.71-2.55)/(2.71-0.

19、6)=0.08 地层视石灰岩孔隙度地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.55)/(2.71-1.0)=0.09=(2.71-2.55)/(2.71-1.0)=0.09例题分析例题分析4.含水泥质砂岩的密度为含水泥质砂岩的密度为2.25,2.25,地层水密度为地层水密度为1.0.1.0.地层泥地层泥质含量为质含量为0.24,0.24,泥岩密度为泥岩密度为2.55.2.55.求地层孔隙度和视石灰求地层孔隙度和视石灰岩孔隙度岩孔隙度. .解解: : 地层孔隙度地层孔隙度=(2.65-2.25)/(2.65-1.0)=(2.65-2.25)/(2.65-1.0) -0.24 -0.24* *(2.65-

20、2.55)/(2.65-1.0)=0.22(2.65-2.55)/(2.65-1.0)=0.22 地层视石灰岩孔隙度地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.25)/(2.71-1.0)=0.27=(2.71-2.25)/(2.71-1.0)=0.27-0.10.00.10.20.3-0.10.00.10.20.30.4白 云 岩流 体 密 度 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2视 石灰 岩 密 度孔隙 度地 层 孔 隙 度图图88 视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、 流体密度的关系（白云岩）流体密度的关系（白云岩）Df16. 116. 0当当时；时；Df16. 1

21、16. 0当当时；时；0.00.10.20.30.00.10.20.30.40.5砂 岩流 体 密 度 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2视 石灰 岩 密 度孔隙 度地 层孔隙 度图图89 视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、 流体密度的关系（砂岩）流体密度的关系（砂岩）D0.00.10.20.30.00.10.20.30.40.5灰 岩流 体 密 度 1.00.8 0.6 0.4 0.2视 石灰 岩 密 度孔隙 度地 层孔隙 度图图810 视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、 流体密度的关系（灰岩）流体密度的关系（灰岩）D流体密度流

22、体密度1 1，D流体密度小于流体密度小于1 1，-0.10 -0.05 0.000.050.100.150.200.250.300.35-0.10-0.050.000.050.100.150.200.250.300.35 灰 岩 白云 岩 砂岩流 体密 度 1视 石灰 岩 密 度孔隙 度地 层 密 度 孔隙 度D灰岩：D砂岩：图图8 811 11 视石灰岩密度孔隙度与地层岩性的关系（水层）视石灰岩密度孔隙度与地层岩性的关系（水层）D白云岩：1 1）、确定地层孔隙度）、确定地层孔隙度 在已知地层岩性及孔隙流体性质的条件下，在已知地层岩性及孔隙流体性质的条件下，应用下式即可确定地层孔隙度：应用下式

23、即可确定地层孔隙度：3 3、地层密度测井资料的应用、地层密度测井资料的应用fmabma纯地层纯地层(8-18)fmashmashfmabmav泥质地层泥质地层(8-19)2）、密度曲线与中子测井曲线重叠识别气层。、密度曲线与中子测井曲线重叠识别气层。 气层：气层：密度视石灰岩孔隙度大，密度低，密度视石灰岩孔隙度大，密度低，中子孔隙度低。中子孔隙度低。注：声波时差确定的孔隙度是地层原生孔隙度；注：声波时差确定的孔隙度是地层原生孔隙度；密度确定的孔隙度是地层总孔隙度（原生孔隙度次密度确定的孔隙度是地层总孔隙度（原生孔隙度次生孔隙度）生孔隙度）3）、密度、密度- -中子测井交会图确定地层岩性及孔隙中

24、子测井交会图确定地层岩性及孔隙度度。第三节第三节 岩性密度测井岩性密度测井 岩性密度测井利用伽马射线与地层的光电岩性密度测井利用伽马射线与地层的光电效应及康普顿效应，测定地层密度、孔隙度及效应及康普顿效应，测定地层密度、孔隙度及岩性。岩性。一、岩性密度测井的基本原理一、岩性密度测井的基本原理 1 1、井下仪、井下仪 岩性密度测井采用的井下仪与密度测井的岩性密度测井采用的井下仪与密度测井的相似。测井时，相似。测井时，井下仪的滑板被推到井壁上井下仪的滑板被推到井壁上，滑板上装有滑板上装有铯伽马源和长、短源距的伽马光子铯伽马源和长、短源距的伽马光子探测器。探测器。 铯伽马源产生的伽马射线的能量为铯伽

25、马源产生的伽马射线的能量为0.661MeV0.661MeV，这，这种能量的伽马光子通过地层时，其高能段的伽马射线种能量的伽马光子通过地层时，其高能段的伽马射线，只受康普顿效应的影响，探测到的伽马光子数与地，只受康普顿效应的影响，探测到的伽马光子数与地层密度有关。层密度有关。 在低能谱段，伽马射线主要受光电效应的影响在低能谱段，伽马射线主要受光电效应的影响。低能段的伽马光子计数率与高能段的伽马光子计数率低能段的伽马光子计数率与高能段的伽马光子计数率的比与地层的光电吸收截面指数的比与地层的光电吸收截面指数PePe有线性关系，如图有线性关系，如图8-128-12所示。所示。 2 2、测量原理、测量原

26、理 由此通过对测量长源距探测器开设高能段窗口、低能由此通过对测量长源距探测器开设高能段窗口、低能窗口，分别测量高能段及低能段伽马光子计数率。短源窗口，分别测量高能段及低能段伽马光子计数率。短源距探测器只设高能窗。距探测器只设高能窗。 由长、短源距探测器记录的高能段的伽马光子计由长、短源距探测器记录的高能段的伽马光子计数率确定地层密度。由长源距探测器记录的低能伽数率确定地层密度。由长源距探测器记录的低能伽马光子计数率确定地层光电吸收截面指数和体积光马光子计数率确定地层光电吸收截面指数和体积光电吸收截面电吸收截面U U。 岩性密度测井的输出为：岩性密度测井的输出为：地层密度、地层密度的泥饼地层密度

27、、地层密度的泥饼校正值、光电吸收截面指数校正值、光电吸收截面指数PePe和地层体积光电吸收截和地层体积光电吸收截面面U U。如图如图8-138-13所示。所示。 二、岩性密度测井资料的应用二、岩性密度测井资料的应用 1 1、确定岩性、确定岩性 地层的光电吸收截面指数地层的光电吸收截面指数PePe和体积光电吸收截和体积光电吸收截面面U U都可以用来识别岩性。都可以用来识别岩性。 fmaUUU)1 (8-20)1UUma(8-21) 一般流体的体积光电吸收截面远远低于矿物的一般流体的体积光电吸收截面远远低于矿物的体积光电吸收截面，所以，可以利用（体积光电吸收截面，所以，可以利用（8 82121）计

28、算）计算矿物的体积光电吸收截面。矿物的体积光电吸收截面。 另外，还可以应用另外，还可以应用PePe和孔隙度确定单矿物和孔隙度确定单矿物岩石的岩性。如图岩石的岩性。如图8-108-10所示。所示。图版的使用方法：图版的使用方法：1 1）、有孔隙度确定一点）、有孔隙度确定一点a;a;2 2）、过）、过a a点做水平线与有点做水平线与有PePe值所画的垂线相交值所画的垂线相交一点一点b b；3 3）、根据）、根据b b点所在区域，确定单矿物岩石的岩点所在区域，确定单矿物岩石的岩性。性。 2 2、计算储层的泥质含量、计算储层的泥质含量 泥质含量可有下式计算：泥质含量可有下式计算： mashmashUU

29、UUV)1 (3 3、识别重矿物、识别重矿物 一些重矿物的一些重矿物的PePe值比较大，如重晶石（值比较大，如重晶石（Pe=266.8Pe=266.8），锆石（），锆石（Pe=69.1Pe=69.1），当地层含有这些重矿物时，），当地层含有这些重矿物时，地层的地层的PePe显著增大，据此可识别重矿物。显著增大，据此可识别重矿物。 (8-22)小结小结一、地层密度为单位体积地层的质量。与地层岩性、一、地层密度为单位体积地层的质量。与地层岩性、孔隙度、孔隙流体性质有关。孔隙度、孔隙流体性质有关。二、密度测井的输出为地层的视石灰岩孔隙度、地二、密度测井的输出为地层的视石灰岩孔隙度、地层密度及密度的校

30、正值。层密度及密度的校正值。三、岩性密度测井的输出为地层密度、密度的校正三、岩性密度测井的输出为地层密度、密度的校正值、地层的光电吸收截面指数值、地层的光电吸收截面指数PePe和体积光电吸收截和体积光电吸收截面面U U。四、地层的视石灰岩孔隙度与岩性、孔隙度及孔隙四、地层的视石灰岩孔隙度与岩性、孔隙度及孔隙流体性质有关。流体性质有关。五、应用密度测井资料可以解决以下问题：五、应用密度测井资料可以解决以下问题： 1 1、确定地层岩性；、确定地层岩性； 2 2、确定地层孔隙度；、确定地层孔隙度； 3 3、识别气层；、识别气层； 4 4、识别地层中的重矿物；、识别地层中的重矿物； 5 5、计算地层的泥质含量。、计算地层的泥质含量。思考题思考题1 1、讨论泥饼厚度及密度对密度测量值的影响。、讨论泥饼厚度及密度对密度测量值的影响。2 2、讨论地层密度与孔隙度及孔隙流体密