第二章----常规测井方法及地质响应---2GR测井

1、放射性测井 放射性测井（核测井）是测量记录反映岩石及其孔隙流体的核物理性质的参数，研究井剖面岩层性质的一类测井方法。特点：不受井眼介质限制，在裸眼井和套管井、各种钻井泥浆的井中均可测，能进行套管井的地层评价，能够快速分析和确定岩石及其孔隙流体各种化学元素。分类：按使用的放射性源或测量的放射性射线类型分类。 1、伽马测井：以研究伽马辐射为基础，包括GR、NGS、地层密度、岩性密度、放射性同位素示踪测井等。 2、中子测井：以研究中子与岩石及孔隙流体相互作用为基础，包括热中子、超热中子、中子伽马、脉冲中子非弹性散射伽马能谱、中子寿命及活化测井等。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 岩石中含有天然的

2、放射性核素主要是铀系、钍系和钾的放射性同位素。 自然伽马测井：用伽马射线探测器测量岩石总的自然射线强度，以研究井剖面地层性质。 自然伽马能谱测井：在井内对岩石自然伽马射线进行能谱分析,分别测量层内铀、钍、钾含量来研究井剖面地层性质。第一节 伽马测井的核物理基础 一、放射性核素和核衰变 1、核素和同位素 核素：指原子核具有一定数目质子和中子,并处在同一能态上的同类原子。 同位素：指核中质子数相同而中子数不同的核素,它们在元素周期表中占有同一位置。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第一节 伽马测井的核物理基础 一、放射性核素和核衰变 2、稳定核素和放射性核素 稳定核素：不会自发衰变为另一种核的

3、核素。 放射性核素：原子核能自发地发生衰变，由一种核变为另一种核。 核衰变时发射的三种射线：、。 高频电磁波（光子流），穿透能力强，较被测井仪测定（放射性测井探测的主要对象）。 高速电子流，带负电，穿透能力差。 氦核组成的离子流，带正电，穿透能力最差。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第一节 伽马测井的核物理基础 一、放射性核素和核衰变 3、核衰变定律 核衰变：放射性核素 放射出带电粒子（、） 激发态的新原子核 辐射 稳态的原子核，这个过程称为核衰变。 放射性核素随时间减小而遵循一定的规律，即核衰变定律： 其中：N0 初始原子个数；衰变常数（表示衰变速度的参数），表示单位时间每个核发生衰变

4、的几率，越大，衰变速度越快。 半衰期: 放射性核素因衰变而减少到原来一半所需的时间。 放射性核素的半衰期因核素不同而异。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第一节 伽马测井的核物理基础 一、放射性核素和核衰变 4、放射性活度 活度(强度)：一定量的放射性核素在单位时间内发生衰变的核素。 活度单位： 贝克: 1Bq（贝克）= 1 次核衰变/秒 比度(浓度): 放射性核素的放射性活度与其质量之比。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第一节 伽马测井的核物理基础 二、岩石的放射性核素 1、主要放射性核素 起决定作用的是铀系、钍系和钾。 2、伽马能谱 不同的核衰变放出的能量不同，一般谱成分太多，只

5、选择代 表性的伽马射线来识别： 2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第一节 伽马测井的核物理基础 三、岩石的自然放射性与岩石性质的关系 1、总放射性 (1).沉积岩的放射性低于岩浆岩和变质岩； (2).沉积岩中自然伽马放射性随泥含量的增加而增加。 粘土中放射性：蒙脱石伊利石高岭石绿泥石 一般说来，火成岩在三大岩类中放射性最强，其次是变质岩，最弱是沉积岩。 沉积岩按其合放射性元素的强弱可分成以下三类： 1伽马放射性高的岩石 深海相的泥质沉积物，如海绿石砂岩、高放射性独居石、钾贝矿砂岩、含铀钒矿的石灰岩以及钾盐等。 2伽马放射性中等的岩石 它包括浅海相和陆相沉积的泥质岩石，如泥质砂岩、泥灰岩和泥

6、质石灰岩。 3伽马放射性低的岩石 砂层、砂岩和石灰岩、煤和沥青等。但煤和沥青放射性含量变化较大。 由于不同地层具有不同的自然放射性强度，因而，有可能根据自然伽马测井法研究地层的性质。 2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第一节 伽马测井的核物理基础 三、岩石的自然放射性与岩石性质的关系 2、铀、钍、钾的含量 (1).粘土中：钾约含2%，钍约12ppm，铀约6ppm。 但与沉积环境有关，不同的粘土矿物，铀钍钾的含量有一定的 差别。 (2).砂岩及碳酸岩盐中，随粘土矿物增加，铀、钍、钾含量增加， 水流作用可造成铀含量很高。 (3).钍化合物难溶于水，故岩石中钍含量增加，离物源区近 。 (4).四

7、价铀难溶于水，六价铀溶于水，铀含量与沉积环境及成岩后 水流作用有关，四价铀氧化成六价铀，六价铀在还原条件下变 成四价铀而沉淀。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第一节 伽马测井的核物理基础 四、伽马射线与物质的相互作用 1、电子对效应 在能量大于1.022Mev时，它在物质的原子核附近与核的库仑场 相互作用，可以转化为一个负电子和一个正电子，而光子本身被 全部吸收。 吸收系数(衰减系数)：伽马射线通过单位厚度的吸收介质，由于 此效应而导致射线强度的减弱，用吸收系数 表示： 其中：K为常数，E为入射的能量，NA为阿佛加德罗常数， ，A为克原子量，Z原子序数，为密度。2、 自然伽马测井和放射性

8、同位素测井 第一节 伽马测井的核物理基础 四、伽马射线与物质的相互作用 2、康普顿效应 伽马光子与物质原子核外轨道上的电子发生相互作用，将部分能 量传给电子，使电子从某方向射出，而损失了部分能量的伽马光 子向另一方向散射出去，该伽马光子被称为散射伽马光子。 康普顿减弱系数： 即：由康普顿效应引起的伽马射线通过单位距离物质的减弱程度。 每个电子的康普顿散射截面，为常数； A为克原子量，Z原子序数 Z/A 在一定的介质条件下，可看成常数。 因此，利用与的关系，可确定介质的密度，是密度测井的核物 理基础。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第一节 伽马测井的核物理基础 四、伽马射线与物质的相互作用

9、 3、光电效应 光电效应：当一个低能量的伽马光子与原子发生作用时，将全部能 量交给一个电子，使它脱离原子成为光电子，而光子本身被完全吸 收，这种效应称为光电效应。 线性光电吸收系数：当的能量大于原子核外电子的结合能时，发 生光电效应的概率。(光子穿过1cm吸收物质时产生的光电子的几率, 也称线性光电吸收系数) 此式说明: 光电吸收系数主要取决于原子序数，由此发展了岩性密 度测井。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第一节 伽马测井的核物理基础 四、伽马射线与物质的相互作用 4、伽马射线的吸收 伽马射线吸收系数: 为了消除质量的影响，常用质量吸收系数 。 若入射伽马的强度为 ，穿过厚度为L的吸

10、收介质后的强度为: 三种效应发生的比例随Ev而变，一般有: Ev0.1Mev ，主要为光电效应； 0.1MevEv2Mev ，主要为电子对效应。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第二节 自然伽马测井一、岩石的自然伽马放射性 岩石的自然伽马放射性是因岩石含有放射性核素，衰变时放射出发射性射线而产生的。 岩石中所含的放射性核的种类和数量不同，放射性强度也不同。 根据自然界存在的放射性核素在岩石中的丰度可知，岩石的自然伽马放射性水平主要决定于铀、钍、钾的含量。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第二节 自然伽马测井二、GR（自然伽马）测井原理 1、仪器地面仪器 控制面板井下仪器 探测器探测射线

11、的强度，转化成电脉冲数； 放大器将探测器的电信号放大并传至地面； 高压电源给探测器提供高压。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第二节 自然伽马测井 2、原理 1、仪器 给下井仪供电，探测器工作提升下井仪经不同地层，当伽马射线照射探测器探测器输出相应数目的电脉冲脉冲信号放大传至地面单位时间的脉冲数被转化成相应电位差值记录仪记录。得到是一条随深度变化的计数率曲线（脉冲/分），现常用API单位。 API单位是美国石油学会采用的单位，两倍于北美泥岩平均放射性的模拟地层的自然伽马测井曲线值的1/200定义为 1 API自然伽马测井单位。 3、探测范围 岩石放射的射线能到达探测器的一个以探测器为球心的

12、球体，半径为3045cm（与地层的吸收系数有关）。探测范围内介质对测量结果的贡献占90%。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第二节 自然伽马测井三、影响因素1、的影响 测井速度，仪器提升速度； 记录仪中电路的积分时间常数。 越大，曲线幅度越小，对称性越差，极值向提升方向偏移越远。 因此，测井速度受到限制。测井速度越小，地层厚度越大，则自然伽马测井曲线的标准误差越小。 2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第二节 自然伽马测井三、自然伽马测井曲线 2、放射性涨落误差（统计误差） 涨落现象：多次测量，各次读数与全部读数的平均值之差大部分分布在一定范围内。由于涨落现象，使GR曲线呈现“锯齿状”。

13、涨落误差：由于放射性涨落引起的误差，记为。物理意义：同一地层各点的读数落在 的几率为68.3%。因此，只有当曲线幅度变化超过上述范围，且超过（2.53）时，曲线才做分层或作为其它地层解释。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第二节 自然伽马测井三、影响因素3、厚度的影响 薄层，曲线受上下围岩而变化。 2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第二节 自然伽马测井三、自然伽马测井曲线 4、井的影响 套管井：因泥浆、套管和水泥吸收伽马射线，使曲线幅度降低，所以，需要考虑到套管和水泥环的影响，做必要的校正。裸眼井：主要受井径和泥浆的影响，所以，需要考虑到井径和泥浆的影响，做必要的校正。一般用测井解释图

14、版校正。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第二节 自然伽马测井四、自然伽马测井应用 1、划分岩性和地层对比 主要依据： Vsh不同，GR读数不同。砂泥岩剖面：泥岩层GR幅度最高，纯地层，GR最低；碳酸盐岩剖面：泥岩、页岩的GR幅度最高，纯的石灰岩、白云岩GR幅度最低，而泥质灰岩、泥质白云岩GR界于中间；膏盐剖面：岩盐、石膏层的GR较低，泥岩层GR幅度最高。、地层对比，划分储集层砂泥岩剖面：低GR为砂岩储集层。在厚层状态可用半幅点分层。碳酸盐岩剖面：低GR说明含泥质少的纯岩石，结合高孔隙度低电阻率可划出储集层。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第二节 自然伽马测井四、自然伽马测井应用 3

15、、计算泥质含量sh （1）地质基础（计算条件）地层除粘土矿物外，不含其它放射性矿物（此时伽马为计算Vsh的最好方法。（2）计算泥质含量方法I）相对值法 II）经验法用统计发得到VshGR经验公式。 2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第三节自然伽马能谱测井 一、测井基础 3、计算泥质含量sh 不同的放射性核素，放射的能量不同，因此，分析谱曲线，可得岩层中所含各种放射性元素及其含量，铀、钍、钾的射线能谱如图。特征值（用以识别铀、钍、钾的特征能量）： 1.46Mev U 1.76Mev Th 2.62Mev2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第三节自然伽马能谱测井 二、与GR测井的区别 1、G

16、R测井特征 GR测井记录的是能量大于100Kev的所有造成的总的计数率，反映的是岩层中所有放射性核数的总效应。 2、NGS测井特征 NGS分别对应铀、钍、钾三种主要放射性核素辐射的造成的计数率进行记录，反映的是不同放射性核素的效应。测井得到的曲线分别是反映钍含量(ppm)，铀含量(ppm)和 含量及总的计数率（API）。 2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第三节自然伽马能谱测井 三、NGS测井的应用 1、研究生油层 岩石中的有机物对铀有的富集起着重要作用，因此，可用于追踪生油层和评价生油能力。 U或U/K越高，说明有机碳越多，则泥岩为生油岩，且生油能力越强。 2、 自然伽马测井和放射性同位

17、素测井 第三节自然伽马能谱测井 三、NGS测井的应用 2、寻找页岩储集层 富含有机物的高放射性黑色页岩，在局部地段有裂缝、粉砂或碳酸盐岩夹层，可能成为产油层，其特点是钾、钍含量低，而铀含量高。 2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第三节自然伽马能谱测井 三、NGS测井的应用 3、寻找高放射性碎屑岩和碳酸盐岩储集层 储集层岩石中含有高放射性矿物时，放射性也会较强。4、用Th/U研究沉积环境 统计研究表明： 陆相沉积、氧化环境、风化层，Th/U7； 海相沉积、灰色或灰绿色页岩， Th/U7； 海相黑色页岩、磷酸盐岩，Th/U2。 2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第三节自然伽马能谱测井 三、

18、NGS测井的应用 5、求泥质含量 地层中泥质含量与钍或钾的含量有较好的线性关系，而与地层中铀的含量关系较复杂。一般不用铀含量而用总的计数率、钍含量和钾含量的测井值计算泥质含量。（1）总计数率求泥质含量式中：SVCT用总的计数率求出的泥质含量指数； CTS总的计数率； CTSmin纯地层计数率； CTSmax泥岩总计数率；GCUR区域参数；SVCE用总的计数率求出的泥质体积含量。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第三节自然伽马能谱测井 三、NGS测井的应用 5、求泥质含量 （2）由钍含量求泥质含量 （3）由钾含量求泥质含量6、区分泥质砂岩和云母 利用钍和钾的含量交会图，可以给出石英、云母和泥

19、质的百分含量。 2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第四节放射性同位素测井 又称为放射性示踪测井，利用人工放射性同位素为示踪剂，研究油井技术和采油注水动态的测井方法。一、放射性同位素测井找串槽位置油井投入生产后，由于固井质量差或固井后由于其它工程施工，使水泥环破裂，造成层间串槽。主要施工步骤：施工前，先测一条自然伽马曲线作为参考曲线，而后将活化液（放射性同位素即为示踪剂）压入找串槽层，再实测曲线，并与参考曲线比较，则可查出示踪液的通道，找出串槽位置。注入了活化液的B层，曲线异常幅度较大，被封隔器封隔的A层处，虽未注入活化液也有明显增大，则A、B有串槽；C层处，两曲线基本重合，则B、 C层间不穿通。 C无串槽。2、 自然伽马测井和放射性同位素测井 第四节放射性同位素测井 二、放射性同位素测井检查封堵效果 串槽油井中部分层段出水、误射孔等井段需要第二次注水泥封堵。先测一条自然伽马曲线作为参考曲线，然后将加入少量放射性同位素的水泥挤入上述井段，再测一条放射性同位素伽马曲线，若封堵良好，则封堵处出现曲线幅度增大。实例参照136页图7-26、27，