放射性测井.doc

第九章 放射性测井 放射性测井是根据岩石和介质的核物理性质，研究钻井地质剖面，寻找油气藏以及研究油井工程的地球物理方法。 放射性测井方法，按其探测射线的类型可分为两大类，即探测伽马射线的伽马测井法和探测中子的中子测井法。 放射性测井的优点：１、裸眼井、套管井内均可进行测井；２、在油基泥浆、高矿化度泥浆以及干井中均可测井；３、是碳酸岩剖面和水化学沉积剖面不可缺少的测井方法。但是它的测速慢，成本高。由于生产和解释方法的改进，放射性测井解决生产问题的范围不断扩大，它仍是一项重要的测井方法。特别是核磁共振测井仪的研制成功，更加扩大了放射性测井的应用范围。 第一节 放射性测井的基本知识 一、原子核的衰变及其放射性 １、原子的结构 ２、核素和同位素 核素：是指原子核中具有一定数目质子和中子并在同一能态上的同类原子，同一核素的原子核质子数和中子数相等。 同位素：是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同一位置。 ３、核衰变 放射性同位素的原子核自发地发生分解，转变成另外某种原子核，并放出放射性射线，这种现象叫核衰变，放出放射性射线的性质叫放射性。如： 任何放射性元素衰变时，其原子核数量都是按下列规律减少的： N0：放射性元素的初始量；N ：经过时间t后的放射性元素量；：衰变常数，表征衰变速度的常数。由上式可看出，随着t↗，放射性元素的原子数↘，当t →，原子数量越接近于零。 除了用外，还用半衰期T来说明衰变的速度。半衰期就是从放射性元素原子核的初始量，开始到一半原子已发生衰变时所经历的时间，T和有如下关系：。 越大，T越短，放射性元素的衰变越快。 ４、放射性射线的性质 在放射性射线中，此外还有其它射线，这里只介绍射线。 ①射线：是氢的原子核流，氢的原子核是，因其质量大，易引起物质的电离或激发，被物质吸收，所以它在物质中运动时，射程很小，在空气中为2.5cm左右，在岩石中和金属矿层中，约为数十万分之一米，因射线穿透能力很差，所以在井内探测不到射线。 ②射线：是高速运动的电子流。它在物质中的射程也较短。 ③射线：是频率很高的电磁波（波长为3x10-11～10-9cm）或光子流，不带电荷，但其能量很高，一般在几十万电子伏特以上，并且有很强的穿透能力，例如要使给定的射线强度减弱到一半，则需要穿过12.7mm厚的铅层(铅的吸收能力很强)，所以射线在放射性测井中能被探测到而得到利用。 5、伽马射线与物质的作用 射线穿过物质时，与构成物质的原子发生作用，主要产生如下现象：光电效应，康普顿效应，电子对效应。 光电效应：射线穿过物质，与构成物质的原子中的电子相碰撞，量子将其所有能量交给电子，使电子脱离原子而运动形成光电子，量子本身则整个被吸收，这种效应称为光电效应。光电效应和射线的能量与吸收物质的原子序数有密切关系，随原子序数增加而迅速增大，但随射线能量增大光电效应迅速减小。（岩性密度测井的部分原理） 康普顿效应：能量较大的射线穿过物质和电子碰撞时，量子能量一部分转交给电子，使电子以与量子的初始运动方向成角的方向射出，形成康普顿电子，量子则朝着与其初始运动成角的方向散射，这种效应称为康普顿效应。射线通过物质时，康普顿散射会导致射线强度减弱，其减弱常以散射吸收系数表示，与射线的能量、吸收物质的原子序数以及吸收物质单位体积内的电子数有关，随射线的能量增大而减小。 康普顿吸收系数， 为康普顿散射截面。 由上式知 ，这就是岩性密度测井的原理。 电子对效应。当射线的能量大于1.022MeV时，它与物质作用，光子即转化为一个正电子和一个负电子，而其本身被吸收。 射线通过物质时，以上三种作用都可能发生，但是，射线能量低时以光电效应为主，能量较高时以康普顿效应为主，能量很高时以电子对效应为主。 伽马射线的吸收。射线通过物质时，会发生以上三种作用，伽马量子被吸收，射线强度逐渐减弱，其程度随吸收物质的吸收系数增大而加剧。实验证明射线强度和穿过吸收物质的厚度有如下关系： 其中：、分别为未经吸收物质和经过厚度为的吸收物质的射线强度；为射线经过的吸收物质的厚度；为总吸收系数，由光电效应、康普顿散射以及电子对效应的吸收系数所决定。 6、中子与物质的作用 中子按其具有的动能可分为以下几类： a、慢中子：1的中子，其中为0.025左右的中子叫热中子，0.2～10的中子为超热中子。 b、中能中子：1500之间的中子。 c、500的中子。 中子在物质中运动，可与物质产生如下几种作用： 非弹性散射。高能快中子与原子核碰撞时，将产生非弹性散射，并放射出射线，例如高能中子打到碳