地球物理测＃核测井GR测井学习教案

1、会计学1地球物理测核测井地球物理测核测井GR测井测井第一页，共43页。核测井（放射性测井）：以物质的原子核物理性质为基核测井（放射性测井）：以物质的原子核物理性质为基础的一组测井方法。它是根据岩石及其孔隙流体和井内介质础的一组测井方法。它是根据岩石及其孔隙流体和井内介质（套管、水泥等）的核物理性质，研究钻井地质剖面，寻找有用（套管、水泥等）的核物理性质，研究钻井地质剖面，寻找有用矿藏矿藏(kungcng)，研究油田开发工程的一类测井方法。，研究油田开发工程的一类测井方法。核测井的适用核测井的适用(shyng)条件：一般的泥浆井、油基泥浆井、高矿条件：一般的泥浆井、油基泥浆井、高矿化度泥浆井、空

2、气钻井（裸眼井、套管井）化度泥浆井、空气钻井（裸眼井、套管井）核测井的优点核测井的优点(yudin)：伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础 它是唯一能够确定它是唯一能够确定岩石及其孔隙流岩石及其孔隙流体化学元素含量体化学元素含量的测井方法的测井方法 。第1页/共42页第二页，共43页。伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础(jch)一、原子核的衰变一、原子核的衰变(shuibin)(shuibin)及放射性及放射性1 1、原子、原子(yunz)(yunz)的结构的结构原子：由原子核及其核外电子层组成的一种很微小的粒子。原子：由原子核及其核外电子层组成的一种很微小的粒子。原子核由原子核由质

3、子质子和和中子中子组成组成2 2、同位素、同位素同位素：质子数相同的同一类原子。同位素：质子数相同的同一类原子。例：氢的同位素：氕、氘、氚例：氢的同位素：氕、氘、氚第2页/共42页第三页，共43页。伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础(jch)3 3、核衰变、核衰变(shuibin)(shuibin)放射性：放射性： 自发地释放出自发地释放出、 ， 射线射线(shxin)(shxin)的性质的性质放射性核衰变的规律：放射性核数随时间按指数递减的规律变化。放射性核衰变的规律：放射性核数随时间按指数递减的规律变化。 即：即：teNN0N:N:放射性元素个数放射性元素个数t:t:时间时间 ：衰变

4、系数衰变系数核衰变核衰变：放射性元素的原子核自发地释放出一种带电粒子（：放射性元素的原子核自发地释放出一种带电粒子（ 或或 ），蜕变成另外某种原子核，同时放射出伽马（），蜕变成另外某种原子核，同时放射出伽马（ ）射线的过程。射线的过程。第3页/共42页第四页，共43页。伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础(jch)半衰期：从半衰期：从N0N0个原子开始个原子开始(kish)(kish)衰变到衰变到N0/2N0/2时所经历的时间。时所经历的时间。 用用T T表示：表示：2lnT放射性元素不同放射性元素不同(b tn)(b tn)，其半衰期也不同，其半衰期也不同(b (b tn)tn)（见（见

5、P115P115）4 4、放射性射线的性质、放射性射线的性质核衰变放出三种射线：核衰变放出三种射线： 、 、 第4页/共42页第五页，共43页。伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础(jch) 射线射线(shxin)(shxin) 射线射线(shxi(shxin)n)能量衰减快、能量衰减快、穿透能力弱穿透能力弱射程短射程短带电带电 射线射线是频率很高是频率很高的电磁波、的电磁波、能量高能量高穿透能穿透能力强力强射程长射程长中性粒子射线中性粒子射线不是由核衰变产生的，不是由核衰变产生的，是由特殊的中子源产生的，特点是：是由特殊的中子源产生的，特点是：能量高、穿透力强能量高、穿透力强探测器能探测

6、到的探测器能探测到的射线：射线： 中子射线、中子射线、 射线射线第5页/共42页第六页，共43页。伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础(jch)二、常用二、常用GRGR强度强度(qingd)(qingd)单位单位1 1、放射性强度、放射性强度(qingd)(qingd)单位单位2 2、放射性剂量单位、放射性剂量单位1 1居里：单位时间内发生衰变的原子核数。居里：单位时间内发生衰变的原子核数。1 1居里居里=1=1克镭的源强克镭的源强=1=1克镭当量克镭当量/ /克（每克物质的放射性强度单位相当于克（每克物质的放射性强度单位相当于1 1克克镭）镭）=3.7=3.7* *10101010次次/

7、 /秒秒单位质量的物质被射线照射时所吸收的能量来度量射线强度为放射性剂单位质量的物质被射线照射时所吸收的能量来度量射线强度为放射性剂量。用伦琴表示。而测井用的单位是量。用伦琴表示。而测井用的单位是微伦琴微伦琴/ /小时小时，单位时间内的射线，单位时间内的射线剂量为剂量率。剂量为剂量率。第6页/共42页第七页，共43页。伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础(jch)3 3、条件、条件(tiojin)(tiojin)单位单位三、核衰变的统计三、核衰变的统计(tngj)(tngj)涨落涨落同一放射性元素在相同的时间间隔内，衰变次数不完全相同，同一放射性元素在相同的时间间隔内，衰变次数不完全相同，

8、总是总是围绕一平均值上下起伏围绕一平均值上下起伏。统计涨落是由核衰变统计涨落是由核衰变本身的特性本身的特性所决定的，与环境和人的因素所决定的，与环境和人的因素无关。无关。测井时记录的是测井时记录的是单位时间的脉冲数单位时间的脉冲数，不同的仪器记录器在，不同的仪器记录器在统一统一标准下标准下刻度。刻度。采取相同的单位：采取相同的单位：微伦琴微伦琴/ /小时小时 APIAPI第7页/共42页第八页，共43页。伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础(jch)它由光电倍增它由光电倍增(bi zn)管和碘化钠晶体组成。它是利用被伽玛射线激发管和碘化钠晶体组成。它是利用被伽玛射线激发的物质的发光现象来探

9、测射线的。的物质的发光现象来探测射线的。伽玛射线伽玛射线碘碘化化钠钠晶晶体体光电光电倍增倍增管电管电子数子数逐级逐级倍增倍增大量电子最后到大量电子最后到达阳极使阳极电达阳极使阳极电压瞬时下降产生压瞬时下降产生电压负脉冲，输电压负脉冲，输入测量线路予以入测量线路予以记录记录用单位时间记录的脉冲数来反映用单位时间记录的脉冲数来反映伽玛射线的强度伽玛射线的强度第8页/共42页第九页，共43页。自然自然(zrn)伽马测井伽马测井GRGR测量的是岩层的自然测量的是岩层的自然(zrn)(zrn)放射性强度（不用任何放射性源）放射性强度（不用任何放射性源）一、岩石一、岩石(ynsh)(ynsh)的自然放射性

10、的自然放射性岩石中主要的放射性元素：岩石中主要的放射性元素：9292U U238 238 9090ThTh232232 1919K K4040岩石的自然放射性强度主要取决于其三者的比例，岩石的自然放射性强度主要取决于其三者的比例，其含量与岩性以其含量与岩性以及形成过程中的物理化学条件有关及形成过程中的物理化学条件有关，因此，岩性不同，因此，岩性不同，GRGR不同。不同。 火成岩火成岩 变质岩变质岩 沉积岩沉积岩第9页/共42页第十页，共43页。自然自然(zrn)伽马测井伽马测井沉积岩骨架不含重矿物，除钾岩外，其他岩石沉积岩骨架不含重矿物，除钾岩外，其他岩石(ynsh)(ynsh)本身基本上不含

11、本身基本上不含放射性，但在形成过程中会多少地吸附些放射性元素。放射性，但在形成过程中会多少地吸附些放射性元素。强度最低的：强度最低的：硬石膏、石膏、不含钾的盐岩硬石膏、石膏、不含钾的盐岩强度较低的：强度较低的：砂岩、灰岩、白云岩砂岩、灰岩、白云岩强度较高的：浅海相和陆相沉积的强度较高的：浅海相和陆相沉积的泥岩泥岩、泥灰岩、钙质泥岩、泥灰岩、钙质泥岩、含砂泥岩等含砂泥岩等强度高的：强度高的：钾岩、深水泥岩、页岩钾岩、深水泥岩、页岩强度最高的：强度最高的：放射性软泥、澎土岩、火山灰放射性软泥、澎土岩、火山灰除了钾岩及骨架含放射性元素的岩石外，岩石的除了钾岩及骨架含放射性元素的岩石外，岩石的GRGR

12、强强度随岩石颗粒变细而增加。度随岩石颗粒变细而增加。通常通常(tngchng)(tngchng)情况下：地层的情况下：地层的GRGR值的高低主要取决于泥质含量值的高低主要取决于泥质含量第10页/共42页第十一页，共43页。沉积岩的自然放射性有以下变化规律：沉积岩的自然放射性有以下变化规律：a.a.随泥质含量的增加而增加；随泥质含量的增加而增加；b.b.随有机物含量增加而增加，如沥青质泥岩随有机物含量增加而增加，如沥青质泥岩(n yn)(n yn)的放射性很高。在还原条件下，六的放射性很高。在还原条件下，六价铀能被还原成四价铀，从溶液中分离出来而沉淀在地层中，且有机物容易吸附含铀和价铀能被还原成

13、四价铀，从溶液中分离出来而沉淀在地层中，且有机物容易吸附含铀和钍的放射性物质；钍的放射性物质；c.c.随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。 自然自然(zrn)伽马测井伽马测井第11页/共42页第十二页，共43页。自然自然(zrn)伽马测井伽马测井泥浆泥浆(nji(njing)ng)仪器仪器(yq(yq) ) 外外壳壳进入探进入探测器测器记录连记录连续电流所产续电流所产生的电位差生的电位差穿过穿过至至经传输经传输至地面至地面仪器处理仪器处理使与单位时使与单位时间的电脉冲间的电脉冲数成正比数成正比 射线射线GRGR曲线曲线见见P120P120图图7-67-6

14、砂泥岩剖面砂泥岩剖面GRGR测井曲线测井曲线二、二、GR GR 测井基本原理测井基本原理第12页/共42页第十三页，共43页。自然自然(zrn)伽马测井伽马测井三、三、GR GR 曲线特征（均匀理想曲线特征（均匀理想(lxing)(lxing)模型地层点测）模型地层点测）GRGR（APIAPI）当上下当上下(shngxi)(shngxi)围岩相同时，围岩相同时，曲线对称于地层中曲线对称于地层中部，低放射性地层对部，低放射性地层对应应GRGR低，高放射性低，高放射性地层对应地层对应GRGR高高h3dh3d 曲线幅度曲线幅度不受不受岩层厚度的影响；岩层厚度的影响；h3d h3d 曲线的最大或曲线的

15、最大或最小最小受岩层厚度受岩层厚度的的影响（影响（？）第13页/共42页第十四页，共43页。自然自然(zrn)伽马测井伽马测井第14页/共42页第十五页，共43页。自然自然(zrn)伽马测井伽马测井四、影响四、影响(yngxing)(yngxing)因素因素1 1、岩层厚度、岩层厚度(hud)(hud)的影响的影响2 2、井参数影响、井参数影响d d增加增加裸眼井：对裸眼井：对GRGR吸收增加，但泥浆中所含一定吸收增加，但泥浆中所含一定的放射性补偿了一部分，影响小的放射性补偿了一部分，影响小套管井：水泥环厚度增加套管井：水泥环厚度增加-GR-GR减小减小岩层厚度增加或减小，岩层厚度增加或减小，

16、GRGR曲线减小或增大。曲线减小或增大。第15页/共42页第十六页，共43页。自然自然(zrn)伽马测井伽马测井3 3、统计、统计(tngj)(tngj)涨落误差涨落误差由于涨落误差的存在由于涨落误差的存在(cnzi)(cnzi)，实测的实测的GRGR曲线出现许曲线出现许多多“小锯齿小锯齿”第16页/共42页第十七页，共43页。自然自然(zrn)伽马测井伽马测井4 4、测井速度、测井速度V V增加增加V V合适合适GRGR（APIAPI）滞后滞后(zh hu)(zh hu)现象现象积分电路的特点积分电路的特点(tdin)(tdin)所至所至当当h h一定：一定：GRGR受受V V测测和时间常和

17、时间常数的影响数的影响t=h/vt=h/v；v v增加，增加，tt7 TH/U7 陆相沉积、氧化陆相沉积、氧化(ynghu)(ynghu)环境、风化层环境、风化层TH/U7 TH/U7 海海相沉积、灰色、绿色页岩相沉积、灰色、绿色页岩TH/U2TH/U2 海相黑色页岩、磷酸盐岩海相黑色页岩、磷酸盐岩第37页/共42页第三十八页，共43页。第38页/共42页第三十九页，共43页。 纯 的 碎 屑 岩 储 集 层纯 的 碎 屑 岩 储 集 层 K K 、 T hT h 、 U U 的 含 量的 含 量(hnling)(hnling)均很低。但当这些岩石中含有高放均很低。但当这些岩石中含有高放射性矿

18、物（如独居石、锆石等）时，纯砂岩的射性矿物（如独居石、锆石等）时，纯砂岩的K K、ThTh、U U含量含量(hnling)(hnling)也能显著增高。右图中也能显著增高。右图中420-490ft420-490ft之间的膨润土和凝灰岩薄层显示为低之间的膨润土和凝灰岩薄层显示为低含钾、高含铀和钍。含钾、高含铀和钍。775-900ft775-900ft之间为高含铀的之间为高含铀的砂岩地层。故总计数率不能作为泥质指示曲线砂岩地层。故总计数率不能作为泥质指示曲线用。用。高放射性碎屑岩储集层高放射性碎屑岩储集层第39页/共42页第四十页，共43页。 和碎屑岩储集层一样，纯的碳酸盐岩储集层和碎屑岩储集层一样，纯的碳酸盐岩储集层K K、U U、ThTh的含量都很低。但当地层中有钾碱、长的含量都很低。但当地层中有钾碱、长石和粘上矿物时、石和粘上矿物时、K K含量会明显上升；而在还原含量会明显上升；而在还原条件下，地层水中的铀在渗透带沉积，可使地层条件下，地层水中的铀在渗透带沉积，可使地层的的U U含量高达含量高达20ppm20ppm。