地球物理测井方法课件-中子测井

（北京）本科生课程《地球物理测井方法》CHINAUNIVERSITYOFPETROLEUM第3章核测井(NuclearLogging)第1节自然伽马和伽马能谱测井第2节地层密度和岩性密度测井第3节中子测井（北京）本科生课程《地球物理测井方法》CHINAUNIV第3節中子測井主要用于识别岩性，计算孔隙度、饱和度（套管井）利用中子源照射地层（向地层发射中子）用中子探测器或伽马探测器探测中子与地层的相互作用后的中子或伽马射线主要测井方法有：中子孔隙度测井、中子寿命测井、非弹性散射伽马能谱测井(C/O)、元素俘获谱测井（ECS)2GaoJ-3-3第3節中子測井主要用于识别岩性，计算孔隙度、饱和度（套管§1中子测井的核物理基础一、中子和中子源1.中子：半衰期为11.7分钟，由核反应产生。高能中子：En>10MeV快中子：10keV10MeV中能中子：100eV10keV慢中子：0.03eV100eV按能量可分：En1eV,超热中子En0.025eV,热中子3GaoJ-3-3§1中子测井的核物理基础一、中子和中子源1.中子：半衰2.中子源：由核反应产生中子的装置，分为连续中子源和脉冲中子源（1）连续中子源（同位素中子源）：镅-铍中子源：5MeV特点：体积小，制备简单，连续发射中子,使用方便。靶核中子源强度：源单位时间内发射的中子数。4GaoJ-3-32.中子源：由核反应产生中子的装置，分为连续中子源和脉冲中子（2）脉冲中子源（加速器中子源，中子管）靶14MeV用直流高压加速到0.126MeV能量优点：强度高，发射单色中子，可人为控制（产生脉冲中子）。缺点：寿命短，一般只有几百个小时。5GaoJ-3-3（2）脉冲中子源（加速器中子源，中子管）靶14MeV用直流高核聚变（核能）较轻的原子核聚合成较重的原子核而释放能量；最常见是氘和氚聚合成较重的氦，释放出能量；通过电解海水，可以得到大量的氘；锂也要从海水里提取，但要比提取氘难度大；理论上，1公斤氘和10公斤锂（通过锂可以得到氚）发的电相当于1万吨煤地球上海水中有45万亿吨氘，足够人类使用60亿年6GaoJ-3-32006年，中国、印度、日本、俄罗斯、韩国、美国和欧盟的代表在法国(反应堆地址所在国)签署国际热核聚变实验反应堆计划（ITER）联合实施协定，总投资额为100亿欧元,欧盟承担50％，其余6方承担50％；预计35年创造可控制的产生聚变的物理条件：氘和氚的混合气体被加热到一亿度以上“托卡马克”型磁场约束法——利用巨大环形超导磁场，对等离子体进行加热、约束核聚变（核能）较轻的原子核聚合成较重的原子核而释放能量；最常二、中子与地层的作用1.快中子的非弹性散射（1）

概念（2）非弹性散射（微观）截面一个中子与单位面积上的靶核发生非弹性散射的几率，单位是靶恩，即10-24cm2（10-28m2)快中子被靶核吸收,再放出一个较慢的中子,激发态的靶核一般发射γ光子后回到基态。中子的能量必须大于靶核的最低激发能级才能发生非弹性散射（随中子能量增大及靶核质量数的增大而增大）7GaoJ-3-3二、中子与地层的作用1.快中子的非弹性散射（1）概念（2（3）中子非弹性散射的应用发生非弹性散射,产生γ射线,选择记录具有某些特征能量值的γ射线强度,可测出相应核素的相对含量。核素28Si40Ca12C16O非弹性散射伽马（MeV）1.783.734.436.138GaoJ-3-3（3）中子非弹性散射的应用发生非弹性散射,产生γ射线,选择记2.快中子对核的活化快中子与某些稳定核素发生核反应产生的新核是放射性核素（称为活化核）,发生衰变,产生或对测井有实用价值的活化核反应：Al28半衰期为2.3min，发射γ光子能量为1.728MeV—对应于活化测井中的“硅测井”，用于识别岩性活化伽马射线的强度很低且变化较慢9GaoJ-3-32.快中子对核的活化快中子与某些稳定核素发生核反应产生的新3.快中子的弹性散射及减速过程（1）快中子的弹性散射中子与原子核发生碰撞前后,系统的总动能不变,中子所损失的能量全部转变为原子核的动能,而原子核仍处于基态快中子经过非弹性散射后，降低了能量，没有足够的能量再发生非弹性散射时，它和原子核碰撞时就只能发生弹性散射而继续减速10GaoJ-3-33.快中子的弹性散射及减速过程（1）快中子的弹性散射中子与一次弹性散射，中子可能的最大能量损失为：A：靶核的质量数，E0：入射中子的初始能量氢核，A=1，中子与氢核发生正碰撞时，中子将失去的最大能量是全部动能碳核,A=12，中子与碳核发生正碰撞时，中子可能损失的最大能量是0.284E011GaoJ-3-3一次弹性散射，中子可能的最大能量损失为：A：靶核的质量数，E中子与靶核每次弹性碰撞时，平均能量损失为：靶核质量数A越小，中子的能量损失越大氢核A=1，中子与氢核弹性碰撞时失去能量最多（平均失去50%的能量），而与碳核碰撞时，每次碰撞平均损失14%的能量。氢核对中子的减速能力最强。12GaoJ-3-3中子与靶核每次弹性碰撞时，平均能量损失为：靶核质量数A越小，（2）快中子减速时间和减速长度减速时间:快中子由初始能量E0减速到能量为En=0.025eV的热中子所需的时间τf减速距离:移动的直线距离R

13GaoJ-3-3（2）快中子减速时间和减速长度减速时间:快中子由初始能量E0岩石对快中子的减速能力主要由含氢量决定石英：Le=37cm方解石：Le=35cm淡水：Le=7.7cm中子的减速长度为：14GaoJ-3-3岩石对快中子的减速能力主要由含氢量决定石英：Le=37cm方GaoJ-3-315TheslowingoffastneutronswithtimebyelasticcollisionwithformationnucleiGaoJ-3-315Theslowingoffast4.热中子扩散和被俘获（1）热中子的扩散：热中子从中子密度大的区域向中子密度小的区域扩散，直至被介质的原子核俘获为止。热中子：温度25℃时，能量为0.025eV，速度为2.2×105cm/s16GaoJ-3-34.热中子扩散和被俘获（1）热中子的扩散：热中子从中子密度（2）辐射俘获核反应靶核俘获一个热中子后成为激发态的复核，放出γ光子后回到基态，反应中放出的γ射线称为俘获γ射线17GaoJ-3-3（2）辐射俘获核反应靶核俘获一个热中子后成为激发态的复核，放不同原子核俘获热中子放出的俘获γ射线具有不同的特征能量。测量地层中俘获伽马总强度——中子伽马测井测量特定能量的俘获伽马——俘获伽马能谱测井H、Si、Cl、Ca、Fe18GaoJ-3-3不同原子核俘获热中子放出的俘获γ射线具有不同的特征能量。测量（3）宏观俘获截面及热中子寿命宏观俘获截面Σa：1cm3的介质中所有原子核微观俘获截面的和。地层中常见核素的微观俘获截面：ClHCOMgAlSiCaB31.60.3290.00450.00160.460.2150.130.43710热中子的寿命τ：中子从变为热中子的瞬间起，到被吸收的时刻止，所经过的平均时间。19GaoJ-3-3（3）宏观俘获截面及热中子寿命宏观俘获截面Σa：1cm3的介（4）超热中子和热中子通量的空间分布中子通量：每秒钟内通过1cm3岩石的中子数中子探测器的计数率与中子通量成正比超热中子的通量：热中子的通量：Le为快中子减速长度，Lt为热中子的扩散长度De、Dt为快中子和热中子的扩散系数20GaoJ-3-3（4）超热中子和热中子通量的空间分布中子通量：每秒钟内通过1（5）(超)热中子计数率与源距、孔隙度关系对孔隙度灵敏度为零的L称为零源距大于零源距，称为正源距小于零源距，称为负源距（1）L较小时，孔隙度（含氢量）越高计数率越高（2）L较大时，孔隙度越高计数率越低21GaoJ-3-3（5）(超)热中子计数率与源距、孔隙度关系对孔隙度灵敏度为三、中子的探测利用以上反应产生的α或p粒子使探测器的计数管气体电离形成电脉冲信号，或使探测器的闪烁体形成闪烁荧光产生电脉冲信号，记录中子22GaoJ-3-3三、中子的探测利用以上反应产生的α或p粒子使探测器的计数§2中子孔隙度测井一、测量原理2.用中子探测器探测热中子或超热中子,得到计数率3.计数率的大小主要决定于地层的含氢量4.在淡水石灰岩刻度井中建立计数率与孔隙度的转换关系1.由中子源产生5MeV的快中子5.用转换关系得到的孔隙度称为视石灰岩中子孔隙度23GaoJ-3-3§2中子孔隙度测井一、测量原理2.用中子探测器探测热中子二、物质的含氢指数H1.含氢指数H定义：2.含氢指数H的表达式：1cm3物质中的氢核数与1cm3淡水中氢核数的比值1cm3物质中的氢核数：24GaoJ-3-3二、物质的含氢指数H1.含氢指数H定义：2.含氢指数H的式中：M——化合物的摩尔质量，g/mol;

——体积密度，g/cm3；

x——每个分子中的氢原子数；

NA

——Avogadro常数；

K——待定系数含氢指数：25GaoJ-3-3式中：M——化合物的摩尔质量，g/mol;含氢指数：25Ga对于淡水：H=1，而x=2，＝１g/cm3，M=18g/mol因此，物质的含氢指数可由下式确定：代入得：H=KNA2/18=1，所以：KNA＝926GaoJ-3-3对于淡水：H=1，而x=2，＝１g/cm3，M=18g3.油气的含氢指数

油气的分子式：CHx分子量：12+x密度：h对于石油（CnHnx):密度ρ0>0.25如果ρ0=0.85H0=1.03427GaoJ-3-33.油气的含氢指数油气的分子式：CHx对于石油（C对于天然气（CH4)：28GaoJ-3-3对于天然气（CH4)：28GaoJ-3-34.饱和淡水纯石灰岩的含氢指数(HydrogenIndex)：水骨架H单位体积纯石灰岩孔隙度即是含氢指数，对淡水石灰岩29GaoJ-3-34.饱和淡水纯石灰岩的含氢指数(HydrogenInde中子测井仪在饱含淡水的纯石灰岩（孔隙度已知）刻度井中将热中子或者超热中子计数率刻度为孔隙度，记为N，常称中子孔隙度或视石灰岩中子孔隙度（即含氢指数）

对饱含淡水的纯石灰岩：N=

对饱含淡水的纯砂岩：N<

对饱含淡水的白云岩：N>30GaoJ-3-3中子测井仪在饱含淡水的纯石灰岩（孔隙度已知）刻度井中将热5.与有效孔隙度无关的含氢指数（1）泥质：因含束缚水和结晶水，因而有很高的含氢指数。大小由泥质孔隙体积和粘土矿物成分决定（2）石膏：31GaoJ-3-35.与有效孔隙度无关的含氢指数（1）泥质：因含束缚水和结晶水（3）岩性影响：仪器以纯石灰岩为标准刻度时石灰岩骨架：H=0

砂岩骨架：H=-0.01-0.05

白云岩骨架：H=0.010.085（4）气的影响（挖掘效应影响）因中子测井的探测范围是冲洗带，所以当冲洗带有残余气时，对纯石灰岩，其含氢指数为：32GaoJ-3-3（3）岩性影响：仪器以纯石灰岩为标准刻度时（4）气的影响（挖测井时会出现：NSXO=XO当Hh=0,即把含天然气的孔隙体积当作石灰岩骨架处理时N还小于XO，说明天然气对快中子的减速能力比石灰岩骨架还差，所以显示为负的含氢指数，把天然气对中子测井的这种影响称为挖掘效应。应该：N

≥SXO(=XO)Hw=1,Hh>033GaoJ-3-3测井时会出现：NSXO=XO当Hh=N=V3Hw=

3V1（石灰岩）V2

（石灰岩）V3（水）

V1(石灰岩）V2(气)V3(水)N<

V3Hw=

334GaoJ-3-3N=V3Hw=3V1（石灰岩）V2（石灰岩）V三、补偿（热中子）中子孔隙度测井(CNL)1.仪器同位素中子源：产生5MeV快中子近探测器（3540cm）远探测器（5060cm）得到热中子计数率中子孔隙度记录孔隙度曲线（视石灰岩孔隙度单位）API单位比值35GaoJ-3-3三、补偿（热中子）中子孔隙度测井(CNL)1.仪器同位素中在石灰岩刻度井中获得远近探测器计数率比值与中子孔隙度的转换关系36GaoJ-3-3在石灰岩刻度井中获得远近探测器计数率比值与中子孔隙度的转换关因地层的Lt«Le，当r足够大时，含有Lt的指数项可忽略不计，上式近似为：计数率N:计数率比值:2.计数率比值（克服俘获影响）37GaoJ-3-3因地层的Lt«Le，当r足够大时，含有Lt的指数项可忽略不计r1—远探测器源距r2—近探测器源距Nt(r1)—远探测器计数率Nt(r2)—近探测器计数率Le—介质的减速长度Lt—介质的扩散长度38GaoJ-3-3r1—远探测器源距r2—近探测器源距Nt(r1)—远探测器计分辨率：长源距长源距（38cm）探测深度为40cm短源距（26cm）探测深度为30cm探测深度随孔隙度增大而减小仪器的探测特性39GaoJ-3-3分辨率：长源距长源距（38cm）探测深度为40cm短源距（2四、井壁（超热中子）中子孔隙度测井(SNP)中子探测器：记录超热中子计数率2.源距与超热中子探测1.仪器同位素中子源:产生5MeV快中子源距：一般在30~45cm，正源距探测超热中子原因：探测地层减速特性时不受俘获特性的影响40GaoJ-3-3四、井壁（超热中子）中子孔隙度测井(SNP)中子探测器：记录探测方法：在探测器外加热中子吸收剂（镉）做屏蔽，在屏蔽层与探测器之间加减速剂(石蜡等），将超热中子减速为热中子(热中子反应截面大)记录3.仪器刻度中子孔隙度API单位计数率41GaoJ-3-3探测方法：在探测器外加热中子吸收剂（镉）做屏蔽，在屏蔽层与探4.

CNL与SNP中子孔隙度测井的比较（1）都反应地层得含氢量，应用相同（2）克服俘获影响（3）CNL应用优于SNP：因为CNL对岩性分辨能力高于SNP。SNP:采用记录超热中子CNL:采用双源距补偿42GaoJ-3-34.CNL与SNP中子孔隙度测井的比较（1）都反应地层得含五、中子孔隙度测井的应用（1）确定地层孔隙度GaoJ-3-343五、中子孔隙度测井的应用GaoJ-3-343GaoJ-3-344补偿中子-密度测井交会图井壁中子-密度交会图（2）中子与密度测井的交会图确定岩性和孔隙度GaoJ-3-344补偿中子-密度测井交会图井壁中子-密度交（3）密度与中子测井曲线重叠识别岩性ma(g/cm3)Nma砂岩2.65-0.05石灰岩2.710.00白云岩2.87+0.04D、N为石灰岩刻度下的孔隙度曲线关系近似差值(%)可能岩性D>N40岩盐D>N5~6砂岩D=N0石灰岩D<N8~13白云岩D<N16硬石膏D<N10~30泥岩D<N28石膏(overlaytechnique)GaoJ-3-345（3）密度与中子测井曲线重叠识别岩性ma(g/cm3)N密度与中子测井曲线重叠识别岩性实例

A曲线关系近似差值(%)可能岩性D>N40岩盐D>N5~6砂岩D=N0石灰岩D<N8~13白云岩D<N16硬石膏D<N10~30泥岩D<N28石膏GaoJ-3-346密度与中子测井曲线重叠识别岩性实例A曲线关系近似差值(%)密度与中子测井曲线重叠识别岩性实例

B曲线关系近似差值(%)可能岩性D>N40岩盐D>N5~6砂岩D=N0石灰岩D<N8~13白云岩D<N16硬石膏D<N10~30泥岩D<N28石膏GaoJ-3-347密度与中子测井曲线重叠识别岩性实例B曲线关系近似差值(%)（4）密度与中子测井曲线重叠识别气层气层：幅度差较大正常原因：含气导致曲线关系近似差值(%)可能岩性D>N40岩盐D>N5~6砂岩D=N0石灰岩D<N8~13白云岩D<N16硬石膏D<N10~30泥岩D<N28石膏(h*：含烃密度，g/cm3)GaoJ-3-348（4）密度与中子测井曲线重叠识别气层气层：幅度差较大正常原因密度-中子测井曲线重叠识别气层示例气层GaoJ-3-349密度-中子测井曲线重叠识别气层示例气层GaoJ-3-349一、基本原理脉冲中子源:产生14MeV快中子一个或两个伽马探测器:俘获伽马计数率§3热中子寿命测井（NLL）25oC时,热中子速度v=2.2×105cm/s—地层热中子寿命Σ—地层热中子宏观俘获截面50GaoJ-3-3一、基本原理脉冲中子源:产生14MeV快中子一个或两个伽马探二、测量τ和Σ的原理1.热中子守恒定律热中子密度n随时间的变化率为：（1）产生率:快中子变成热中子之后热中子产生率中子脉冲发射后一定时间,热中子产生率为零51GaoJ-3-3二、测量τ和Σ的原理1.热中子守恒定律热中子密度n随时间的变（2）吸收率：每秒每立方厘米介质俘获的中子数假设热中子以速度v（cm/s）运动，介质的宏观俘获截面为Σa则：每秒内热中子被俘获的平均几率是vΣa中子密度（每立方厘米介质的中子数）为n，则吸收率应为：52GaoJ-3-3（2）吸收率：每秒每立方厘米介质俘获的中子数假设热中子以速度（3）在产生率为零时设t=0时,n=n0,则c=lnn0求积分53GaoJ-3-3（3）在产生率为零时设t=0时,n=n0,则c=lnn0求积（4）发射中子脉冲后，选择时刻t1和t2测量，此时热中子密度n1,n2为：54GaoJ-3-3（4）发射中子脉冲后，选择时刻t1和t2测量，此时热中子密度设俘获伽马计数率为N1,N2，且N1∝n1,N2∝n2τ—中子寿命ΔT—两次测量俘获伽马计数率的间隔时间N1—门I时间测量的俘获伽马计数率N2

—门II时间测量的俘获伽马计数率55GaoJ-3-3设俘获伽马计数率为N1,N2，且N1∝n1,N2∝n2τ—三、测量和Σ的方法1.固定门测量法（1）中子脉冲宽度50μs，2500μs发射一次(2）从发射中子脉冲开始至门I开始计数的时间称为基本延时，一经选定测量中不变，淡水泥浆400μs；盐水泥浆200μs（3）门I，门II，门III，门IV宽度都是200μs，I~III连续;IV延时2200us,门IV相当于自然伽马（4）用门I，门II分别与门IV计数率之差计算τ和Σ56GaoJ-3-3三、测量和Σ的方法1.固定门测量法（1）中子脉冲宽度50μ1）中子脉冲的宽度和间隔固定，不适应地层中子寿命值的变化。2）各门宽度相同，使计数率误差差别大缺点：57GaoJ-3-31）中子脉冲的宽度和间隔固定，不适应地层中子寿命值的变化。22.比例因子测量法将各个时间间隔取为τ的倍数(1)时间分配脉冲宽度:τ;基本延时:3τ;门I:τ;其它门:2τ;中子脉冲周期:10τ58GaoJ-3-32.比例因子测量法将各个时间间隔取为τ的倍数(1)时间分配2）计算τ和Σ门IN1门II门IIIN2Nb用N1、N2减去本地计数率Nb代入计算τ59GaoJ-3-32）计算τ和Σ门IN1门II门IIIN2Nb用N1、N2减去四、探测特性探测深度:约为35~50cm（从井轴算起）分辨率:与源距，测速及时间常数有关h>1m,τ和Σ较准，用半幅点分层h<1m,受围岩影响60GaoJ-3-3四、探测特性探测深度:约为35~50cm（从井轴算起）分辨率发射中子脉冲后，选择时刻t1和t2测量热中子，得到计数率N1、N2PNN（脉冲中子中子测井）:测量热中子计数率,得到热中子寿命61GaoJ-3-3发射中子脉冲后，选择时刻t1和t2测量热中子，得到计数率N1五、应用（主要在套管井求饱和度）响应方程(1)含水纯岩石Σma、Σw

—岩石骨架及地层水的宏观俘获截面适用条件：孔隙度中到高,泥质含量小,地层水矿化度高(大于50000ppm)的地层。62GaoJ-3-3五、应用（主要在套管井求饱和度）响应方程(1)含水纯岩石ΣmNLL—对完全含水的纯地层NLL＝对地层水含盐量不高的油层NLL≈中子寿命资料按含水纯岩石计算的地层孔隙度63GaoJ-3-3NLL—对完全含水的纯地层NLL＝对地层水含盐量（2）含油气纯地层Σh—油气的宏观俘获截面64GaoJ-3-3（2）含油气纯地层Σh—油气的宏观俘获截面64GaoJ-3-一、基本原理脉冲中子源:发射14MeV的快中子脉冲伽马能谱仪:测量非弹性散射伽马及俘获伽马能谱数据，处理后得到碳氧比或硅钙比等曲线优点：计算含水饱和度与矿化度无关缺点：测速非常低，仪器昂贵，探测深度浅§4次生伽马能谱测井65GaoJ-3-3一、基本原理脉冲中子源:发射14MeV的快中子脉冲伽马能谱仪66GaoJ-3-366GaoJ-3-3核素28Si40Ca12C16O非弹性散射伽马（MeV）1.783.834.436.1367GaoJ-3-3核素1H28Si35Cl40Ca56Fe俘获伽马(MeV)2.233.441.956.116.647.426.147.64核素28Si28Al16O48Ca活化伽马(MeV)1.7821.0130.84844.071核素28Si40Ca12C16O非弹性散射伽马1.783BGO/NaI非弹性散射伽马能谱图（仪器谱）1.C、O、Si、Ca的非弹性散射伽马能谱GaoJ-3-368BGO/NaI非弹性散射伽马能谱图（仪器谱）1.C、OBGO/NaI俘获伽马能谱图（仪器谱）2.

H、Si、Cl、Ca、Fe的俘获伽马能谱GaoJ-3-369BGO/NaI俘获伽马能谱图（仪器谱）2.H、Si、Cl二、次生伽马能谱的测量BakerAtlas公司的RPM对给定的核素开设能窗还原数据处理记录Si计数率曲线（俘获），Si,Ca计数率比值曲线（俘获），Ca,Si计数率比值（非弹），C,O比计数率比值（非弹）1.70GaoJ-3-3二、次生伽马能谱的测量BakerAtlas公司的RPM对给2.Schlumberger公司的GST测量非弹性散射伽马及俘获伽马的仪器谱71GaoJ-3-32.Schlumberger公司的GST测量非弹性散射伽马1）中子脉冲持续20μs，隔100μs发射一次2）发射中子期间（20μs

内），记录伽马谱（包括非弹性伽马，俘获伽马，活化伽马）3）在20~40μs内记录本底谱（俘获+活化），则：发射谱-本底谱=净的非弹性谱4）然后在40~84μs测量俘获伽马仪器谱72GaoJ-3-31）中子脉冲持续20μs，隔100μs发射一次2）发射中三、能谱数据处理输出的各种比值曲线及其意义比值测量性质参数含义符号其它意义C/O非弹性射散射指示油气COR

,岩性Cl/H俘获指示含盐量的比值SIRSW,Vsh,H/(Si+Ca)俘获指示孔隙度比值PIR岩性,VshFe/(Si+Ca)俘获指示铁含量比值IIRVsh,岩性Si/(Si+Ca)俘获及非弹性射散射指示岩性的比值LIRS/(Si+Ca)俘获及非弹性射散射指示硬石膏含量的比值AIR岩性73GaoJ-3-3三、能谱数据处理输出的各种比值曲线及其意义比值测量性质参数含四、C/O应用非弹性模式：1325cm俘获模式：2030cm探测深度：COR曲线的解释（1）用能谱仪对已知岩性和孔隙度，完全含油和完全含水的岩样测量C/O，得其差值R（2）绘COR与孔隙度的交会图骨架点与完全含水的资料点连线为水线骨架点与完全含油的资料点连线为油线74GaoJ-3-3四、C/O应用非弹性模式：1325cm探测深度：COR当孔隙度小于15%时，COR求含水饱和度分辨力较差（3）建立经验公式如大庆油田对锗（锂）谱仪建的砂岩公式75GaoJ-3-3当孔隙度小于15%时，COR求含水饱和度分辨力较差（3）建五、中子俘获伽马能谱测井热中子能与大多数元素发生俘获反应。利用中子与地层各种元素作用发生俘获核反应，瞬发的伽马射线能量不同，测量和分析俘获伽马能谱，可以确定地层元素成分和含量，该测井方法称为中子俘获伽马能谱测井。该方法几乎能确定地层中的全部元素成分，然后应用氧化物闭合模型确定岩石的矿物组成，为复杂岩性识别和地层评价开辟了新的途径。因此，通常称为地层元素测井(FormationElementLogging)或地球化学测井(GeochemicalLogging)。GaoJ-3-376五、中子俘获伽马能谱测井热中子能与大多数元素发生俘获反应。利地质应用依据：矿物的化学成分稳定时，矿物中的元素的百分比基本保持不变；地壳中有100多种元素，但前9种元素占全部元素质量的98.13%，只要能精确测量这些元素的含量，则完全可确定地层的矿物含量。O(46.50%)、Si(25.70%)、Al(7.65%)、Fe(6.24%)、Ca(5.79%)、Mg(3.23%)、Na(1.81%)、K(1.34%)等GaoJ-3-377地质应用依据：O(46.50%)、Si(25.70%)、Al地层元素测井仪器（Schlumberger公司）ECS:ElementalCaptureSpectroscopytool采用单BGO探测器及Am-Be中子源，伽马射线的能量范围为0.6~8MeV，纵向分辨率和探测深度分别为18in.和9in.，不受钻井液类型影响，能够确定6种元素：Si、Ca、Fe、S、Ti和Gd。ECS能够实现的主要功能有实时的元素分析；不借助自然伽马确定粘土含量；能够进行复杂储层矿物分析及岩性识别。ECS测井仪DetectorNPLCAcquisitionCartridgeAmBeSourceBGOCrystalandPMTBoronSleeveElectronicsHeatSinkDewarFlaskGaoJ-3-378地层元素测井仪器（Schlumberger公司）ECS:地层元素测井仪器（Schlumberger公司）LithoScanner

由高频率的D-T脉冲中子发生器以及高分辨率的LaBr3(溴化镧)探测器，采用相应的中子和伽马屏蔽体来消除井眼等环境伽马的影响，通过氧化物与岩性关系进行复杂岩性识别。能量记录范围：1~10MeV，纵向分辨率18in.，输出：元素产额、元素含量、TOC、矿物含量和骨架属性等参数。能够确定的元素种类主要有Si、Ca、Fe、Mg、S、Al、K、C、Mn、Ti、Gd、Cu、Ni等13种元素。LithoScanner仪器结构示意图GaoJ-3-379地层元素测井仪器（Schlumberger公司）Litho地层元素测井仪器（Halliburton公司）GEM测井仪GEM——GammarayElementalMineralogicalAnalysisLoggingtool

GEM测井仪采用Am-Be中子源和BGO探测器，测井过程中能够实时输出元素含量进行地层岩性评价。仪器贴井壁测量，可在直径20in.的井眼进行测量；可以在油基钻井液、水基钻井液及空气钻井条件下使用，纵向分辨率为18in.，探测深度6in.；能够确定Mg、Al、Si、K、Ca、Ti、Mn、Fe、Gd等8种元素含量，GEM能够进行矿物成分分析，确定骨架密度及孔隙度。GaoJ-3-380地层元素测井仪器（Halliburton公司）GEM测井仪G地层元素测井仪器（BakerHughes公司）FLeX——FormationLithologyeXplorer

由高频率的D-T脉冲中子发生器、BGO晶体闪烁探测器、高速井下传输线路和高强度钛外壳组成，并采用相应的中子和伽马屏蔽体来消除井眼等环境伽马的影响，通过氧化物与岩性关系进行复杂岩性识别。FLeX测井仪脉冲中子工作时序分为两个阶段，第一阶段包括950个重复短周期，每个短周期工作时间为100μs，其中10~40μs记录非弹伽马信息，50~100μs记录俘获伽马信息；第二阶段包括50个工作时间为100μs的短周期，记录伽马本底谱，能够确定Al、C、Ca、Fe、Gd、K、Mg、S、Si、Ti等10元素。GaoJ-3-381地层元素测井仪器（BakerHughes公司）FLeX——左图为巴XX井ECS测井资料处理成果图。图中第1道为计算的矿物重量百分比，包括粘土(CLAY)，石英/长石/云母类(QFM)，碳酸盐岩(CARB)，黄铁矿(PYRITE)。第3、第4、第5、第6、第7、第8、第9道分别为铝元素重量百分比(DWAL)，硅元素重量百分比(DWSI)，钙元素重量百分比(DWCA)，铁元素重量百分比(DWFE)，硫元素重量百分比(DWSU)，钛元素重量百分比(DWTI)，轧元素重量百分比(DWGD)。本井储层主要矿物为石英/长石类砂岩、泥岩、白云石，黄铁矿主要以结核状及分散状形式分布于地层中。地层元素测井应用实例巴XX井ECS测井成果图GaoJ-3-382左图为巴XX井ECS测井资料处理成果图。图中第1道为计算的矿1.地层对快中子的减速能力主要取决于地层的含

量，而对热中子的俘获能力取决于地层的含

量。当地层含天然气时，由于

效应的影响，使得测量的中子孔隙度比实际地层孔隙度偏

。83GaoJ-3-3本节习题2.岩石中，水和石油的快中子减速长度Lf最小，而方解石，石英的Lf很大，这是由于

；对热中子的扩散长度Ld来说，以岩盐为最小，而方解石、石英则很大，原因是

。3.简述补偿中子孔隙度测井的原理及曲线主要用途4.中子源发出的快中子与岩石作用要经历哪几个过程?它们分别与岩石中元素的哪些特性有关?1.地层对快中子的减速能力主要取决于地层的含量，而6.试述平均能量为14.1MeV的快中子和至少包括石英、石油和水的地层可能发生哪些作用，并说明根据这些作用进行的测井能解决哪些储集层评价问题。7.在10%孔隙度砂岩中，含气饱和度为50%，预期的视石灰岩中子、密度孔隙度是多少？天然气的密度ch=0.25g/cm3，含氢指数为2.25ch；砂岩骨架密度为ma=2.65g/cm3，含氢指数为Nma=-0.05。84GaoJ-3-35.阐述与有效孔隙度无关的含氢指数是由那些因素造成的。6.试述平均能量为14.1MeV的快中子和至少包括石英、石（北京）本科生课程《地球物理测井方法》CHINAUNIVERSITYOFPETROLEUM第3章核测井(NuclearLogging)第1节自然伽马和伽马能谱测井第2节地层密度和岩性密度测井第3节中子测井（北京）本科生课程《地球物理测井方法》CHINAUNIV第3節中子測井主要用于识别岩性，计算孔隙度、饱和度（套管井）利用中子源照射地层（向地层发射中子）用中子探测器或伽马探测器探测中子与地层的相互作用后的中子或伽马射线主要测井方法有：中子孔隙度测井、中子寿命测井、非弹性散射伽马能谱测井(C/O)、元素俘获谱测井（ECS)86GaoJ-3-3第3節中子測井主要用于识别岩性，计算孔隙度、饱和度（套管§1中子测井的核物理基础一、中子和中子源1.中子：半衰期为11.7分钟，由核反应产生。高能中子：En>10MeV快中子：10keV10MeV中能中子：100eV10keV慢中子：0.03eV100eV按能量可分：En1eV,超热中子En0.025eV,热中子87GaoJ-3-3§1中子测井的核物理基础一、中子和中子源1.中子：半衰2.中子源：由核反应产生中子的装置，分为连续中子源和脉冲中子源（1）连续中子源（同位素中子源）：镅-铍中子源：5MeV特点：体积小，制备简单，连续发射中子,使用方便。靶核中子源强度：源单位时间内发射的中子数。88GaoJ-3-32.中子源：由核反应产生中子的装置，分为连续中子源和脉冲中子（2）脉冲中子源（加速器中子源，中子管）靶14MeV用直流高压加速到0.126MeV能量优点：强度高，发射单色中子，可人为控制（产生脉冲中子）。缺点：寿命短，一般只有几百个小时。89GaoJ-3-3（2）脉冲中子源（加速器中子源，中子管）靶14MeV用直流高核聚变（核能）较轻的原子核聚合成较重的原子核而释放能量；最常见是氘和氚聚合成较重的氦，释放出能量；通过电解海水，可以得到大量的氘；锂也要从海水里提取，但要比提取氘难度大；理论上，1公斤氘和10公斤锂（通过锂可以得到氚）发的电相当于1万吨煤地球上海水中有45万亿吨氘，足够人类使用60亿年90GaoJ-3-32006年，中国、印度、日本、俄罗斯、韩国、美国和欧盟的代表在法国(反应堆地址所在国)签署国际热核聚变实验反应堆计划（ITER）联合实施协定，总投资额为100亿欧元,欧盟承担50％，其余6方承担50％；预计35年创造可控制的产生聚变的物理条件：氘和氚的混合气体被加热到一亿度以上“托卡马克”型磁场约束法——利用巨大环形超导磁场，对等离子体进行加热、约束核聚变（核能）较轻的原子核聚合成较重的原子核而释放能量；最常二、中子与地层的作用1.快中子的非弹性散射（1）

概念（2）非弹性散射（微观）截面一个中子与单位面积上的靶核发生非弹性散射的几率，单位是靶恩，即10-24cm2（10-28m2)快中子被靶核吸收,再放出一个较慢的中子,激发态的靶核一般发射γ光子后回到基态。中子的能量必须大于靶核的最低激发能级才能发生非弹性散射（随中子能量增大及靶核质量数的增大而增大）91GaoJ-3-3二、中子与地层的作用1.快中子的非弹性散射（1）概念（2（3）中子非弹性散射的应用发生非弹性散射,产生γ射线,选择记录具有某些特征能量值的γ射线强度,可测出相应核素的相对含量。核素28Si40Ca12C16O非弹性散射伽马（MeV）1.783.734.436.1392GaoJ-3-3（3）中子非弹性散射的应用发生非弹性散射,产生γ射线,选择记2.快中子对核的活化快中子与某些稳定核素发生核反应产生的新核是放射性核素（称为活化核）,发生衰变,产生或对测井有实用价值的活化核反应：Al28半衰期为2.3min，发射γ光子能量为1.728MeV—对应于活化测井中的“硅测井”，用于识别岩性活化伽马射线的强度很低且变化较慢93GaoJ-3-32.快中子对核的活化快中子与某些稳定核素发生核反应产生的新3.快中子的弹性散射及减速过程（1）快中子的弹性散射中子与原子核发生碰撞前后,系统的总动能不变,中子所损失的能量全部转变为原子核的动能,而原子核仍处于基态快中子经过非弹性散射后，降低了能量，没有足够的能量再发生非弹性散射时，它和原子核碰撞时就只能发生弹性散射而继续减速94GaoJ-3-33.快中子的弹性散射及减速过程（1）快中子的弹性散射中子与一次弹性散射，中子可能的最大能量损失为：A：靶核的质量数，E0：入射中子的初始能量氢核，A=1，中子与氢核发生正碰撞时，中子将失去的最大能量是全部动能碳核,A=12，中子与碳核发生正碰撞时，中子可能损失的最大能量是0.284E095GaoJ-3-3一次弹性散射，中子可能的最大能量损失为：A：靶核的质量数，E中子与靶核每次弹性碰撞时，平均能量损失为：靶核质量数A越小，中子的能量损失越大氢核A=1，中子与氢核弹性碰撞时失去能量最多（平均失去50%的能量），而与碳核碰撞时，每次碰撞平均损失14%的能量。氢核对中子的减速能力最强。96GaoJ-3-3中子与靶核每次弹性碰撞时，平均能量损失为：靶核质量数A越小，（2）快中子减速时间和减速长度减速时间:快中子由初始能量E0减速到能量为En=0.025eV的热中子所需的时间τf减速距离:移动的直线距离R

97GaoJ-3-3（2）快中子减速时间和减速长度减速时间:快中子由初始能量E0岩石对快中子的减速能力主要由含氢量决定石英：Le=37cm方解石：Le=35cm淡水：Le=7.7cm中子的减速长度为：98GaoJ-3-3岩石对快中子的减速能力主要由含氢量决定石英：Le=37cm方GaoJ-3-399TheslowingoffastneutronswithtimebyelasticcollisionwithformationnucleiGaoJ-3-315Theslowingoffast4.热中子扩散和被俘获（1）热中子的扩散：热中子从中子密度大的区域向中子密度小的区域扩散，直至被介质的原子核俘获为止。热中子：温度25℃时，能量为0.025eV，速度为2.2×105cm/s100GaoJ-3-34.热中子扩散和被俘获（1）热中子的扩散：热中子从中子密度（2）辐射俘获核反应靶核俘获一个热中子后成为激发态的复核，放出γ光子后回到基态，反应中放出的γ射线称为俘获γ射线101GaoJ-3-3（2）辐射俘获核反应靶核俘获一个热中子后成为激发态的复核，放不同原子核俘获热中子放出的俘获γ射线具有不同的特征能量。测量地层中俘获伽马总强度——中子伽马测井测量特定能量的俘获伽马——俘获伽马能谱测井H、Si、Cl、Ca、Fe102GaoJ-3-3不同原子核俘获热中子放出的俘获γ射线具有不同的特征能量。测量（3）宏观俘获截面及热中子寿命宏观俘获截面Σa：1cm3的介质中所有原子核微观俘获截面的和。地层中常见核素的微观俘获截面：ClHCOMgAlSiCaB31.60.3290.00450.00160.460.2150.130.43710热中子的寿命τ：中子从变为热中子的瞬间起，到被吸收的时刻止，所经过的平均时间。103GaoJ-3-3（3）宏观俘获截面及热中子寿命宏观俘获截面Σa：1cm3的介（4）超热中子和热中子通量的空间分布中子通量：每秒钟内通过1cm3岩石的中子数中子探测器的计数率与中子通量成正比超热中子的通量：热中子的通量：Le为快中子减速长度，Lt为热中子的扩散长度De、Dt为快中子和热中子的扩散系数104GaoJ-3-3（4）超热中子和热中子通量的空间分布中子通量：每秒钟内通过1（5）(超)热中子计数率与源距、孔隙度关系对孔隙度灵敏度为零的L称为零源距大于零源距，称为正源距小于零源距，称为负源距（1）L较小时，孔隙度（含氢量）越高计数率越高（2）L较大时，孔隙度越高计数率越低105GaoJ-3-3（5）(超)热中子计数率与源距、孔隙度关系对孔隙度灵敏度为三、中子的探测利用以上反应产生的α或p粒子使探测器的计数管气体电离形成电脉冲信号，或使探测器的闪烁体形成闪烁荧光产生电脉冲信号，记录中子106GaoJ-3-3三、中子的探测利用以上反应产生的α或p粒子使探测器的计数§2中子孔隙度测井一、测量原理2.用中子探测器探测热中子或超热中子,得到计数率3.计数率的大小主要决定于地层的含氢量4.在淡水石灰岩刻度井中建立计数率与孔隙度的转换关系1.由中子源产生5MeV的快中子5.用转换关系得到的孔隙度称为视石灰岩中子孔隙度107GaoJ-3-3§2中子孔隙度测井一、测量原理2.用中子探测器探测热中子二、物质的含氢指数H1.含氢指数H定义：2.含氢指数H的表达式：1cm3物质中的氢核数与1cm3淡水中氢核数的比值1cm3物质中的氢核数：108GaoJ-3-3二、物质的含氢指数H1.含氢指数H定义：2.含氢指数H的式中：M——化合物的摩尔质量，g/mol;

——体积密度，g/cm3；

x——每个分子中的氢原子数；

NA

——Avogadro常数；

K——待定系数含氢指数：109GaoJ-3-3式中：M——化合物的摩尔质量，g/mol;含氢指数：25Ga对于淡水：H=1，而x=2，＝１g/cm3，M=18g/mol因此，物质的含氢指数可由下式确定：代入得：H=KNA2/18=1，所以：KNA＝9110GaoJ-3-3对于淡水：H=1，而x=2，＝１g/cm3，M=18g3.油气的含氢指数

油气的分子式：CHx分子量：12+x密度：h对于石油（CnHnx):密度ρ0>0.25如果ρ0=0.85H0=1.034111GaoJ-3-33.油气的含氢指数油气的分子式：CHx对于石油（C对于天然气（CH4)：112GaoJ-3-3对于天然气（CH4)：28GaoJ-3-34.饱和淡水纯石灰岩的含氢指数(HydrogenIndex)：水骨架H单位体积纯石灰岩孔隙度即是含氢指数，对淡水石灰岩113GaoJ-3-34.饱和淡水纯石灰岩的含氢指数(HydrogenInde中子测井仪在饱含淡水的纯石灰岩（孔隙度已知）刻度井中将热中子或者超热中子计数率刻度为孔隙度，记为N，常称中子孔隙度或视石灰岩中子孔隙度（即含氢指数）

对饱含淡水的纯石灰岩：N=

对饱含淡水的纯砂岩：N<

对饱含淡水的白云岩：N>114GaoJ-3-3中子测井仪在饱含淡水的纯石灰岩（孔隙度已知）刻度井中将热5.与有效孔隙度无关的含氢指数（1）泥质：因含束缚水和结晶水，因而有很高的含氢指数。大小由泥质孔隙体积和粘土矿物成分决定（2）石膏：115GaoJ-3-35.与有效孔隙度无关的含氢指数（1）泥质：因含束缚水和结晶水（3）岩性影响：仪器以纯石灰岩为标准刻度时石灰岩骨架：H=0

砂岩骨架：H=-0.01-0.05

白云岩骨架：H=0.010.085（4）气的影响（挖掘效应影响）因中子测井的探测范围是冲洗带，所以当冲洗带有残余气时，对纯石灰岩，其含氢指数为：116GaoJ-3-3（3）岩性影响：仪器以纯石灰岩为标准刻度时（4）气的影响（挖测井时会出现：NSXO=XO当Hh=0,即把含天然气的孔隙体积当作石灰岩骨架处理时N还小于XO，说明天然气对快中子的减速能力比石灰岩骨架还差，所以显示为负的含氢指数，把天然气对中子测井的这种影响称为挖掘效应。应该：N

≥SXO(=XO)Hw=1,Hh>0117GaoJ-3-3测井时会出现：NSXO=XO当Hh=N=V3Hw=

3V1（石灰岩）V2

（石灰岩）V3（水）

V1(石灰岩）V2(气)V3(水)N<

V3Hw=

3118GaoJ-3-3N=V3Hw=3V1（石灰岩）V2（石灰岩）V三、补偿（热中子）中子孔隙度测井(CNL)1.仪器同位素中子源：产生5MeV快中子近探测器（3540cm）远探测器（5060cm）得到热中子计数率中子孔隙度记录孔隙度曲线（视石灰岩孔隙度单位）API单位比值119GaoJ-3-3三、补偿（热中子）中子孔隙度测井(CNL)1.仪器同位素中在石灰岩刻度井中获得远近探测器计数率比值与中子孔隙度的转换关系120GaoJ-3-3在石灰岩刻度井中获得远近探测器计数率比值与中子孔隙度的转换关因地层的Lt«Le，当r足够大时，含有Lt的指数项可忽略不计，上式近似为：计数率N:计数率比值:2.计数率比值（克服俘获影响）121GaoJ-3-3因地层的Lt«Le，当r足够大时，含有Lt的指数项可忽略不计r1—远探测器源距r2—近探测器源距Nt(r1)—远探测器计数率Nt(r2)—近探测器计数率Le—介质的减速长度Lt—介质的扩散长度122GaoJ-3-3r1—远探测器源距r2—近探测器源距Nt(r1)—远探测器计分辨率：长源距长源距（38cm）探测深度为40cm短源距（26cm）探测深度为30cm探测深度随孔隙度增大而减小仪器的探测特性123GaoJ-3-3分辨率：长源距长源距（38cm）探测深度为40cm短源距（2四、井壁（超热中子）中子孔隙度测井(SNP)中子探测器：记录超热中子计数率2.源距与超热中子探测1.仪器同位素中子源:产生5MeV快中子源距：一般在30~45cm，正源距探测超热中子原因：探测地层减速特性时不受俘获特性的影响124GaoJ-3-3四、井壁（超热中子）中子孔隙度测井(SNP)中子探测器：记录探测方法：在探测器外加热中子吸收剂（镉）做屏蔽，在屏蔽层与探测器之间加减速剂(石蜡等），将超热中子减速为热中子(热中子反应截面大)记录3.仪器刻度中子孔隙度API单位计数率125GaoJ-3-3探测方法：在探测器外加热中子吸收剂（镉）做屏蔽，在屏蔽层与探4.

CNL与SNP中子孔隙度测井的比较（1）都反应地层得含氢量，应用相同（2）克服俘获影响（3）CNL应用优于SNP：因为CNL对岩性分辨能力高于SNP。SNP:采用记录超热中子CNL:采用双源距补偿126GaoJ-3-34.CNL与SNP中子孔隙度测井的比较（1）都反应地层得含五、中子孔隙度测井的应用（1）确定地层孔隙度GaoJ-3-3127五、中子孔隙度测井的应用GaoJ-3-343GaoJ-3-3128补偿中子-密度测井交会图井壁中子-密度交会图（2）中子与密度测井的交会图确定岩性和孔隙度GaoJ-3-344补偿中子-密度测井交会图井壁中子-密度交（3）密度与中子测井曲线重叠识别岩性ma(g/cm3)Nma砂岩2.65-0.05石灰岩2.710.00白云岩2.87+0.04D、N为石灰岩刻度下的孔隙度曲线关系近似差值(%)可能岩性D>N40岩盐D>N5~6砂岩D=N0石灰岩D<N8~13白云岩D<N16硬石膏D<N10~30泥岩D<N28石膏(overlaytechnique)GaoJ-3-3129（3）密度与中子测井曲线重叠识别岩性ma(g/cm3)N密度与中子测井曲线重叠识别岩性实例

A曲线关系近似差值(%)可能岩性D>N40岩盐D>N5~6砂岩D=N0石灰岩D<N8~13白云岩D<N16硬石膏D<N10~30泥岩D<N28石膏GaoJ-3-3130密度与中子测井曲线重叠识别岩性实例A曲线关系近似差值(%)密度与中子测井曲线重叠识别岩性实例

B曲线关系近似差值(%)可能岩性D>N40岩盐D>N5~6砂岩D=N0石灰岩D<N8~13白云岩D<N16硬石膏D<N10~30泥岩D<N28石膏GaoJ-3-3131密度与中子测井曲线重叠识别岩性实例B曲线关系近似差值(%)（4）密度与中子测井曲线重叠识别气层气层：幅度差较大正常原因：含气导致曲线关系近似差值(%)可能岩性D>N40岩盐D>N5~6砂岩D=N0石灰岩D<N8~13白云岩D<N16硬石膏D<N10~30泥岩D<N28石膏(h*：含烃密度，g/cm3)GaoJ-3-3132（4）密度与中子测井曲线重叠识别气层气层：幅度差较大正常原因密度-中子测井曲线重叠识别气层示例气层GaoJ-3-3133密度-中子测井曲线重叠识别气层示例气层GaoJ-3-349一、基本原理脉冲中子源:产生14MeV快中子一个或两个伽马探测器:俘获伽马计数率§3热中子寿命测井（NLL）25oC时,热中子速度v=2.2×105cm/s—地层热中子寿命Σ—地层热中子宏观俘获截面134GaoJ-3-3一、基本原理脉冲中子源:产生14MeV快中子一个或两个伽马探二、测量τ和Σ的原理1.热中子守恒定律热中子密度n随时间的变化率为：（1）产生率:快中子变成热中子之后热中子产生率中子脉冲发射后一定时间,热中子产生率为零135GaoJ-3-3二、测量τ和Σ的原理1.热中子守恒定律热中子密度n随时间的变（2）吸收率：每秒每立方厘米介质俘获的中子数假设热中子以速度v（cm/s）运动，介质的宏观俘获截面为Σa则：每秒内热中子被俘获的平均几率是vΣa中子密度（每立方厘米介质的中子数）为n，则吸收率应为：136GaoJ-3-3（2）吸收率：每秒每立方厘米介质俘获的中子数假设热中子以速度（3）在产生率为零时设t=0时,n=n0,则c=lnn0求积分137GaoJ-3-3（3）在产生率为零时设t=0时,n=n0,则c=lnn0求积（4）发射中子脉冲后，选择时刻t1和t2测量，此时热中子密度n1,n2为：138GaoJ-3-3（4）发射中子脉冲后，选择时刻t1和t2测量，此时热中子密度设俘获伽马计数率为N1,N2，且N1∝n1,N2∝n2τ—中子寿命ΔT—两次测量俘获伽马计数率的间隔时间N1—门I时间测量的俘获伽马计数率N2

—门II时间测量的俘获伽马计数率139GaoJ-3-3设俘获伽马计数率为N1,N2，且N1∝n1,N2∝n2τ—三、测量和Σ的方法1.固定门测量法（1）中子脉冲宽度50μs，2500μs发射一次(2）从发射中子脉冲开始至门I开始计数的时间称为基本延时，一经选定测量中不变，淡水泥浆400μs；盐水泥浆200μs（3）门I，门II，门III，门IV宽度都是200μs，I~III连续;IV延时2200us,门IV相当于自然伽马（4）用门I，门II分别与门IV计数率之差计算τ和Σ140GaoJ-3-3三、测量和Σ的方法1.固定门测量法（1）中子脉冲宽度50μ1）中子脉冲的宽度和间隔固定，不适应地层中子寿命值的变化。2）各门宽度相同，使计数率误差差别大缺点：141GaoJ-3-31）中子脉冲的宽度和间隔固定，不适应地层中子寿命值的变化。22.比例因子测量法将各个时间间隔取为τ的倍数(1)时间分配脉冲宽度:τ;基本延时:3τ;门I:τ;其它门:2τ;中子脉冲周期:10τ142GaoJ-3-32.比例因子测量法将各个时间间隔取为τ的倍数(1)时间分配2）计算τ和Σ门IN1门II门IIIN2Nb用N1、N2减去本地计数率Nb代入计算τ143GaoJ-3-32）计算τ和Σ门IN1门II门IIIN2Nb用N1、N2减去四、探测特性探测深度:约为35~50cm（从井轴算起）分辨率:与源距，测速及时间常数有关h>1m,τ和Σ较准，用半幅点分层h<1m,受围岩影响144GaoJ-3-3四、探测特性探测深度:约为35~50cm（从井轴算起）分辨率发射中子脉冲后，选择时刻t1和t2测量热中子，得到计数率N1、N2PNN（脉冲中子中子测井）:测量热中子计数率,得到热中子寿命145GaoJ-3-3发射中子脉冲后，选择时刻t1和t2测量热中子，得到计数率N1五、应用（主要在套管井求饱和度）响应方程(1)含水纯岩石Σma、Σw

—岩石骨架及地层水的宏观俘获截面适用条件：孔隙度中到高,泥质含量小,地层水矿化度高(大于50000ppm)的地层。146GaoJ-3-3五、应用（主要在套管井求饱和度）响应方程(1)含水纯岩石ΣmNLL—对完全含水的纯地层NLL＝对地层水含盐量不高的油层NLL≈中子寿命资料按含水纯岩石计算的地层孔隙度147GaoJ-3-3NLL—对完全含水的纯地层NLL＝对地层水含盐量（2）含油气纯地层Σh—油气的宏观俘获截面148GaoJ-3-3（2）含油气纯地层Σh—油气的宏观俘获截面64GaoJ-3-一、基本原理脉冲中子源:发射14MeV的快中子脉冲伽马能谱仪:测量非弹性散射伽马及俘获伽马能谱数据，处理后得到碳氧比或硅钙比等曲线优点：计算含水饱和度与矿化度无关缺点：测速非常低，仪器昂贵，探测深度浅§4次生伽马能谱测井149GaoJ-3-3一、基本原理脉冲中子源:发射14MeV的快中子脉冲伽马能谱仪150GaoJ-3-366GaoJ-3-3核素28Si40Ca12C16O非弹性散射伽马（MeV）1.783.834.436.13151GaoJ-3-3核素1H28Si35Cl40Ca56Fe俘获伽马(MeV)2.233.441.956.116.647.426.147.64核素28Si28Al16O48Ca活化伽马(MeV)1.7821.0130.84844.071核素28Si40Ca12C16O非弹性散射伽马1.783BGO/NaI非弹性散射伽马能谱图（仪器谱）1.C、O、Si、Ca的非弹性散射伽马能谱GaoJ-3-3152BGO/NaI非弹性散射伽马能谱图（仪器谱）1.C、OBGO/NaI俘获伽马能谱图（仪器谱）2.

H、Si、Cl、Ca、Fe的俘获伽马能谱GaoJ-3-3153BGO/NaI俘获伽马能谱图（仪器谱）2.H、Si、Cl二、次生伽马能谱的测量BakerAtlas公司的RPM对给定的核素开设能窗还原数据处理记录Si计数率曲线（俘获），Si,Ca计数率比值曲线（俘获），Ca,Si计数率比值（非弹），C,O比计数率比值（非弹）1.154GaoJ-3-3二、次生伽马能谱的测量BakerAtlas公司的RPM对给2.Schlumberger公司的GST测量非弹性散射伽马及俘获伽马的仪器谱155GaoJ-3-32.Schlumberger公司的GST测量非弹性散射伽马1）中子脉冲持续20μs，隔100μs发射一次2）发射中子期间（20μs

内），记录伽马谱（包括非弹性伽马，俘获伽马，活化伽马）3）在20~40μs内记录本底谱（俘获+活化），则：发射