邹长春-地球物理测井概论下-2010

邹长春中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院2009.4.30地球物理测井概论

§1测井概况

§2自然电位测井

§3电阻率测井

§4声波测井

§5自然伽马测井

§6井径测井提纲§5自然伽马测井放射性是原子核衰变过程中放出射线的一种性质。核测井也称作放射性测井，是以测量井内介质的各种核物理性质为基础，进而研究地质剖面、寻找石油、天然气及其它矿产、并解决钻井过程中各种工程问题的一种地球物理测井方法。一、概述核测井方法很多，但是常用的主要两大类：伽马射线测井核测井中子测井§5自然伽马测井一、概述伽马射线测井自然伽马测井自然伽马能谱测井密度测井岩性密度测井放射性同位素测井§5自然伽马测井一、概述中子测井热中子测井超热中子测井中子伽马测井中子寿命测井……§5自然伽马测井一、概述

自然伽马测井是通过测量岩层的自然伽马射线的强度来认识岩层的一种放射性／核测井方法。

它是在井内测量岩层中天然存在的放射性元素核衰变过程中放射出来的伽马射线的强度。定义§5自然伽马测井一、概述最常用的核测井方法方法简单，易于测量与岩石中的含泥量关系密切，是判断岩石性质最常用的资料伽马射线能穿透套管特点：§5自然伽马测井一、概述组成物质的基本单位是原子原子结构1、原子与原子核§5自然伽马测井二、自然伽马测井物理基础原子核中子质子质子和中子统称为核子。质子是一个带正电的基本粒子，其荷电量和电子的电量相当，实际上就是氢的原子核；中子不带电。§5自然伽马测井二、自然伽马测井物理基础依据能量守恒定律，不稳定核素的原子核，在其向低能态的转变过程中，部分能量以某种射线形式释放，这种现象称作放射性。不稳定核素也称放射性核素。同时，原子核发生的变化则称作原子核衰变。放射性核素分类：天然人工2、天然放射性§5自然伽马测井二、自然伽马测井物理基础放射性核素放射出的射线主要有三种：α射线带正电；

β射线带负电；γ射线不带电。βαγ

α粒子是氦的原子核；β粒子就是电子；γ射线为波长极短的电磁波。§5自然伽马测井二、自然伽马测井物理基础α射线的电离能力最强，但穿透能力最差，在空气中仅穿透2.6－11.3cm；在岩石中只有10-3cm.β射线的电离能力较弱，但穿透能力稍强，在金属中穿透0.9mm。γ射线的电离能力最小，但穿透能力很强，在空气中穿透几百米，在岩石中几厘米到几十厘米。结论：测井中主要用γ射线§5自然伽马测井二、自然伽马测井物理基础放射性核素的核衰变不受外界条件的影响，各原子核之间也无任何联系。因此，对某一原子来说，衰变完全是偶发事件，只能用统计规律研究一群原子核的衰变情况。3、放射性核素的衰变规律放射性核素的衰变是按指数规律进行的温度、压力衰变系数§5自然伽马测井二、自然伽马测井物理基础

半衰期T是指放射性核素的原子核数衰变至初始值一半时所需的时间。T表示衰减的快慢程度，不能表示生存时间。半衰期和平均寿命每个原子核的平均寿命τ：§5自然伽马测井二、自然伽马测井物理基础（1）放射性强度单位放射性强度(活度)指放射性物质在单位时间内发生衰变的原子核数。（2）放射性的浓度单位单位质量或单位体积的物质放射性强度。4、放射性强弱的表示居里(Ci)Ci／g§5自然伽马测井二、自然伽马测井物理基础（3）放射性的剂量单位（4）API单位对于GR测井，表示物质伽马射线总强度。伦琴(R)§5自然伽马测井二、自然伽马测井物理基础（1）放电计数管

利用放射性辐射使气体电离的特性来探测伽马射线。结构简单，一个充气的玻璃管，内壁一层金属作为阴极，中间为阳极，在阴阳两极间加高压。CRE阴极阳极玻璃管放电计数管工作原理图§5自然伽马测井二、自然伽马测井物理基础4、放射性度的探测（2）闪烁计数器由光电倍增管和碘化钠晶体组成。它是利用物质被伽马射线照射使物质发光的现象来探测伽马射线的。§5自然伽马测井二、自然伽马测井物理基础弱强岩石中含有天然的放射性元素，它们在衰变的过程中放出大量的射线，所以岩石具有自然放射。可以在井内测量到穿透力很强的伽马射线。不同的岩层，放射性元素的含量和种类不同。岩石的放射性元素含量与岩石的岩性及其形成过程中的各种条件有关。5、岩石的自然放射性沉积岩变质岩火成岩§5自然伽马测井二、自然伽马测井物理基础沉积岩放射性强弱硬石膏、石膏砂岩、石灰岩泥岩、泥灰岩钾岩膨润土、火山灰§5自然伽马测井二、自然伽马测井物理基础一般情况下，沉积岩的放射性主要取决于岩层的泥质含量。这是由于泥质颗粒细，具有较大的比面，使得它吸附放射性元素的能力较大，并且因为沉积时间长，吸附的放射性物质多，有充分时间使放射性元素从溶液中分离出来与泥质颗粒一起沉积下来。

泥岩放射性较强的原因§5自然伽马测井二、自然伽马测井物理基础测量装置由井下仪器和地面仪器组成。下井仪器有探测器(闪烁计数器)、放大器、高压电源等。§5自然伽马测井三、自然伽马测井原理当自然伽马射线穿过钻井液和仪器外壳进入探测器．经过闪烁计数器，将伽马射线转化为电脉冲信号，经放大器把电脉冲放大后由电缆送到地面仪器。地面仪器把每分钟电脉冲数转变成与其成正比例的电位差进行记录，并下仪器沿井身移动，就连续记录出井剖面上自然伽马强度曲线，称GR。

§5自然伽马测井三、自然伽马测井原理1987.3.14探测范围为30－45cm§5自然伽马测井四、自然伽马测井曲线特征(1)曲线与地层厚度有关当h＜3d时极大值(或极小值)随厚度增加而增大(或减小)。当h＞=3d时，曲线与层厚无关。1、理论计算结果§5自然伽马测井四、自然伽马测井曲线特征(2)当h＜3d时半幅点不能确定界面。(3)当h>=3d时地层界面与曲线半幅点对应。曲线对称地层中点，地层中心位置的平均值为地层的伽马射线强度值。§5自然伽马测井四、自然伽马测井曲线特征2、GR曲线的影响因素（1）地层厚度的影响（2）井的影响钻井液、井径、套管、水泥环§5自然伽马测井四、自然伽马测井曲线特征（3）放射性涨落误差的影响在放射性源强度和测量条件不变的情况下，在相同的时间间隔内，对放射性射线的强度进行反复测量，每次记录的数值不相同，而且总是在某一数值附近变化，这种现象叫放射性涨落。§5自然伽马测井四、自然伽马测井曲线特征（3）放射性涨落误差的影响它和测量条件无关，是微观世界的一种客观现象，并且有一定的规律。这是由于放射性元素的各个原子核的衰变彼此独立，衰变的次序是偶然原因造成的。这种现象的存在，使得自然伽马曲线不光滑，有许多起伏的变化。各种放射性测井都存在涨落误差。（4）测井速度的影响§5自然伽马测井四、自然伽马测井曲线特征应用划分岩性地层对比计算泥质含量§5自然伽马测井五、自然伽马测井的应用根据不同的岩性自然伽马射线强度不同可以划分岩性。在砂泥岩剖面，纯砂岩GR最低，粘土最高，泥质砂岩较低，泥质粉砂岩和砂质泥岩较高。即自然伽马随泥质含量的增加而升高。1、划分岩性§5自然伽马测井五、自然伽马测井的应用在碳酸盐岩地层中，纯石灰岩和纯白云岩最低，泥岩和页岩最高，泥灰岩较高，泥质石灰岩，泥质白云岩界于它们之间，也是随泥质增加曲线数值增高。§5自然伽马测井五、自然伽马测井的应用膏盐剖面中，石膏层的数值最低，泥岩最高，砂岩在二者之间。

§5自然伽马测井五、自然伽马测井的应用2、地层对比用自然伽马曲线进行地层对比有如下几个优点：(1)一般与孔隙流体无关。储层含油、含水或含气对曲线影响不大，或根本没什么影响，用自然电位和电阻串进行对比，同一储层由于合流体性质不同差别很大。含水时自然电位异常幅度大，电阻率低。含泊气时异常幅度小，电阻串高。(2)与地层水和钻井液的矿化度关系不大。(3)很容易识别风化壳，薄的页岩等，曲线特征明显。(4)在膏盐剖面及盐水钻井液条件下，自然电位和电阻率曲线变化较小，就显示出了

GR曲线对比的优越性。（5）套管井也可以地层对比。§5自然伽马测井五、自然伽马测井的应用一般情况下，泥质是控制自然伽马射线强度的主要因素，所以在一个地区通过岩心分析，用统计的方法可以找到自然伽马射线强度和泥质含量之间的关系，利用这种关系可以由GR确定泥质含量。3、计算泥质含量北美第三系地层：GCUR=3.7;老地层：GCUR=2§5自然伽马测井五、自然伽马测井的应用

§1测井概况

§2自然电位测井

§3电阻率测井

§4声波测井

§5自然伽马测井

§6井径测井提纲§6井径测井四臂井径仪结构示意图1－井径臂;2－弹簧;3－可变电阻;4－连杆;5－井壁一、原理§6井径测井二、曲线特征1.划分地质剖面和识别岩性井眼直径的变化，也是岩石性质的一种间接反映。例如，泥岩层和某些松散岩层，常常由于钻井时泥浆的浸泡和冲刷造成井壁坍塌，使实际井径大于钻头直径，出现井径扩大；渗透性岩层，常常由于泥浆滤液向岩层中渗透，在井壁上形成泥饼，使实际