脉冲中子测井剖析.ppt

第十章 脉冲中子测井 脉冲中子测井是使用脉冲中子源的一类测井方法，主要有热中子寿命测井、碳氧比能谱测井和中子活化测井等。 一、热中子寿命测井（NLL） 热中子寿命测井（Neutron Lifetime Log），也称热中子衰减时间测井（Thermal Decay Time Log，TDT）。 在地层中，宏观俘获截面和热中子寿命主要与氯的含量有关，与地层水矿化度有关。 测井时用脉冲中子源向地层发射能量为14MeV的中子，测量经地层慢化而又返回井眼内的热中子或俘获伽马射线，根据计数率随时间的衰减，算出地层的热中子宏观俘获截面 或寿命 ，可在裸眼井特别是套管井中求出地层的含水饱和度的一种测井方法。 1、岩石的热中子宏观截面和寿命 （1）热中子寿命 热中子寿命 ，是指热中子从产生的瞬间起到被俘获的时刻止所经历的平均时间。计算时，它等于热中子已有63.2%被俘获而剩下的还有原来热中子数的36.8%所经过的时间 。 （2）宏观俘获截面Σ 单位体积介质中所有原子核的微观俘获截面之和。 （3）τ与Σ的关系 热中子寿命与地层对热中子的宏观俘获截面成 反比关系，即地层的宏观俘获截面越大，热中 子寿命越小。 （4）岩石的热中子寿命和宏观俘获截面 ①岩石中矿物的热中子宏观俘获截面 石英、方解石、白云石的热中子宏观俘获截面都很小； 氯的热中子俘获截面比硅、钙、镁、氢、氧等高一到几个数量级； 矿物中硼、汞等宏观俘获截面特别大 。 ②岩石骨架的热中子宏观俘获截面 ③孔隙流体的热中子宏观俘获截面 纯水在常温下 ，地层水中通常含有氯，通常为 ； 原油的热中子宏观截面通常范围为在 天然气的热中子宏观截面与它的组成、地层压力和温度有关 ，一般为 ④泥质的宏观俘获截面 粘土岩的宏观俘获截面主要是硼的贡献，其次是氯、氢、铝、钾、铁、钆等元素的贡献，粘土岩和储层中的泥质的宏观俘获截面变化范围为 ⑤地层的热中子宏观俘获截面 纯岩石的热中子宏观俘获截面为： 当地层含有泥质时： 2、热中子寿命测井原理 （1）热中子的空间分布 热中子产生后，它在地层中发生扩散，地层中某点的热中子密度按指数规律随时间衰减： （2）热中子寿命的测量原理 任何时刻存在的俘获伽马射线的强度与仪器周围中子密度成正比。 因此刻度后，我们记录（测量）俘获伽马射线强度，可以求得（计算出）热中子的寿命τ（或地层宏观俘获截面 Σ）。 T1时刻：探测器记录的俘获伽马射线的计数率 ， T2时刻：探测器记录的俘获伽马射线的计数率 （3）中子寿命测井地质意义（与地层性质的关系来研究地层） 在沉积岩中，氯核素的微观俘获截面比其他核素的微观俘获截面大得多。 也就是说岩石的宏观俘获截面主要取决于地层中氯的含量，或说取决于地层水的矿化度。 如果当地层水矿化度较高时，即氯的含量相对较高时，那么对于水层和油层来说，水层的宏观俘获截面要大于油层，而热中子寿命则小于油层。 3、热中子寿命测井的应用 （1） 划分油、水、气层 利用双源距探测器的计数率比值，含油段和含气段有明显差异；矿化度较高的水层有比油层大的俘获截面（或较小的热中子寿命）。 （2） 监测油、水或气、水界面的变化 油层在采油过程中含水饱和度不断变化，油水界面向上移动 ，利用不同时间测量的宏观俘获截面或中子寿命，则可以了解油水或气水界面变化情况。 （3） 求孔隙度 （4）求含水饱和度 ① 如果已知，则对含油气纯地层来说： ② 含泥质地层中： 4、注硼中子寿命测井 对于矿化度较低的地层，热中子寿命测井不再适用。 由于淡水的宏观截面和油的宏观截面相近；所以无法来区分油水性。 思路： 先测一条宏观截面曲线，此时有： 在地层注入一定浓度的硼酸，再测量宏观截面，有： 二、非弹性散射伽马能谱测井（碳氧比能谱测井） 利用脉冲中子源以一定的脉冲宽度和重复周期向地层发射14 MeV的高能快中子，测量这些快中子与地层物质的核素发生非弹性散射放出的伽马射线的能谱，并对伽马射线进行能谱分析，求出碳氧等比值进而确定含油饱和度的一种测井方法。 1、非弹性散射伽马能谱测井基本原理 （1）快中子的非弹性散射伽马射线 地层中能与快中子发生非弹性散射而产生伽马射线的核素主要是 ， 最显著的谱线是6.13MeV、4.43MeM、3.73MeV和1.78MeV，在测井中选用这四种核素作为碳、氧、硅、钙的指示核素 。 （2）测井原理 14MeV的高能快中子打入地层，在发射中子的脉冲时间间隔内主要发生非弹性散射，并发射非