中子测井教学课件PPT.ppt

利用中子和地层的相互作用的各种效应，来研究井剖 面地层性质的各种测井方法的总称。它包括中子—热中 子、中子—超热中子、中子—伽马测井、中子活化测井 以及非弹性散射伽马能谱测井和中子寿命测井。 测井时，中子源向地层发射快中子，快中子在地层中 运动与地层物质的原子核发生各种作用，由探测器探测 超热中子、热中子或次生伽马射线的强度，研究地层的 孔隙度、岩性及孔隙流体性质等地质问题。 一 、中子和中子源 2.中子源 中子源：能将原子核中的中子释放出来的装置。 质子和中子在核中存在很强的核力作用，要使之从核中释 放出来，必须提供足够的能量。用高能(带电)粒子轰击作靶 的原子核，引起核反应，释放出中子。测井用的中子源有两类： 同位素中子源（连续，产生快中子）： 二、中子和物质的作用 2、快中子对原子核的活化 3、快中子的弹性散射 （1）快中子的弹性散射 中等能量的快中子与靶核碰撞，将部分能量传给靶核，使之能量(动能)增加，仍处于稳态，而快中子速度减慢，系统总的动能守恒，此过程即为快中子的弹性散射。 弹性碰撞能量损失： 与靶核的A，入射中子能量E。及散射角φ(中子散射方向和入射方向 的夹角)有关。当为正碰撞φ=180°时，中子损失能量最大。实验证明， 中子一次弹性碰撞可能损失的最大能量和平均能量分别为： 4.热中子扩散和俘获 (1) 热中子的扩散 形成热中子后，中子不再减速，而像气体分子一样处于扩 散过程。由密度大的地方向密度小的区域扩散，直到被地层原 子核俘获为止。 (2)辐射俘获核反应 靶核俘获一个热中子而变为激发态的复核，然后，复核放 出一个或多个几个光子，回到基态。 (3)岩石对热中子的宏观俘获截面Εa： 微观俘获截面σ：一个原子核俘获热中子的几率； 宏观俘获截面Εa：一立方厘米所有原子微观俘获截面的总和。常 见元素中： 热中子寿命τ 从热中子的生成时起到它被吸收为止所经过的平均时 间，它和宏观俘获截面的关系为： 三、中子探测器 测量对象：经中子与地层中核素发生弹性散射生成的热中子、 超热中子。 探测方法： 超热中子、热中子与探测器物质的原子核发生 反应= 放出电离能力很强的带电离子= 探测器内形成脉 冲电流或闪烁荧光，产生电压负脉冲 探测器类型：硼、锂、氦、锗 热中子探测器： 超热中子探测器：外层加有镉，吸收掉热中子； 内层加有石蜡，把超热中子减速为热中 子，增大对超热中子的计数率。 一、超热中子测井的基本原理 二、决定超热（热）中子计数率的因素 1.岩性的影响 快中子的减速过程，取决于地层中原子核的种类及其数量，不同靶 核与中子发生弹性散射的截面不同，每次散射的平均能量损失不同，因 而，它们的减速长度不同。在孔隙度相同的情况下，由下图可知，不同岩 性的地层，快中子的减速长度不同。 2.孔隙度的影响 在地层中所有的核素中，氢核减素能力最强，远远超 过其它核素。因此，地层的减速能力取决于地层中氢的含 量，氢主要存在于孔隙流体中，因此，孔隙度增大，减速 能力增强。 3.源距对计数率的影响 孔隙度、岩性不同，造成超 热中子的空间分布不同： 孔隙度越大，减速长度越 小，则在源附近的超热中子越多； 孔隙度越小，减速长度越大， 则离源较远的空间超热中子越多。 (1)饱和淡水纯石灰岩的含氢指数 孔隙度为φ的石灰岩，则含氢指数为： H=Hma(1-φ)+Hwφ 中子孔隙度测井仪在饱和淡水的纯石灰岩刻度井中进行含 氢指数刻度，使它测量的含氢指数即为饱和淡水纯石灰岩的 φ。这里，也就人为的将岩石骨架的含氢指数定为0，也就是 没有考虑石灰岩骨架的减速能力。若孔隙度为φ，则含氢指 数为：φ×Hw=φ×1=φ，将中子孔隙度测井得到的含氢指 数记为φN ，并称为中子孔隙度，其单位是石灰岩孔隙度单 位。 饱和淡水地层：砂岩： φNφ； 白云岩：φNφ； 石灰岩：φN=φ； 以上是骨架宏观减速能力不同造成(砂岩骨架的宏观减速 能力小于石灰岩，白云岩骨架的减速能力大于石灰岩)，这种 差别是岩性对中子测井的影响，也是识别岩性的依据。 (2)油气的含氢指数 液态烃与水的含氢指数相近，而