第05章 伽馬-密度

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1、放射性測(cè)井放射性測(cè)井是根據(jù)巖石和介質(zhì)的核物理性質(zhì)，研究鉆井地質(zhì)剖面，尋找油氣藏以及研究油井工程的地球物理方法。放射性測(cè)井方法，按其應(yīng)用射線的類型可分為兩大類，即主要利用伽馬射線的伽馬測(cè)井法和利用中子的中子測(cè)井法。2014/2/25中國(guó)石油大學(xué)（華東）張福明1放射性測(cè)井的特點(diǎn)：?裸眼井、套管井內(nèi)均可進(jìn)行測(cè)井；?在油基泥漿、高礦化度泥漿以及干井中均可測(cè)井；?是碳酸鹽巖剖面和水化學(xué)沉積剖面不可缺少的測(cè)井方法。但是它的測(cè)速慢，成本高。由于生產(chǎn)和解釋方法的改進(jìn)，放射性測(cè)井解決生產(chǎn)問(wèn)題的范圍不斷擴(kuò)大，它仍是一項(xiàng)重要的測(cè)井方法。特別是核磁共振測(cè)井儀的研制成功，更加擴(kuò)大了放射性測(cè)井的應(yīng)用范圍

2、。本部分內(nèi)容主要分兩章分別介紹伽馬測(cè)井和中子測(cè)井。2014/2/25中國(guó)石油大學(xué)（華東）張福明2第五章伽馬測(cè)井伽馬測(cè)井是一類利用伽馬射線性質(zhì)的核測(cè)井方法，兩種類型：?測(cè)量巖石天然放射性的方法：?自然伽馬測(cè)井：是最簡(jiǎn)單的放射性測(cè)井方法。測(cè)量地層總的伽馬放射性，用于劃分巖性和儲(chǔ)集層，計(jì)算泥質(zhì)含量等。?自然伽馬能譜測(cè)井：除可測(cè)量總伽馬放射性外，主要測(cè)得地層中放射性核素鈾、釷、鉀等的含量，具有重要的地質(zhì)意義。?提供人工伽馬源的方法：?放射性同位素測(cè)井：利用放射性同位素做為示蹤劑，解決與示蹤有關(guān)的各種生產(chǎn)和工程問(wèn)題。?密度、巖性密度測(cè)井：利用伽馬射線與地層的作用，測(cè)量地層密度，解決與地

3、層巖性和孔隙度等有關(guān)的問(wèn)題。2014/2/25中國(guó)石油大學(xué)（華東）張福明3第五章伽馬測(cè)井5.1伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)5.2自然伽馬測(cè)井5.3自然伽馬能譜測(cè)井5.4放射性同位素測(cè)井5.5密度與巖性密度測(cè)井2014/2/25中國(guó)石油大學(xué)（華東）張福明45.1伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)1.放射性核素和核衰變（1）核素、同位素?同位素：質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同（化學(xué)性質(zhì)相同）?核素：質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)都分別相同（核性質(zhì)相同）【如：H1、H2、H3分別是氫的三種同位素，是三種不同的核素】111（2）放射性核素和核衰變不穩(wěn)定核素的原子核能夠自發(fā)地釋放出帶電粒子(α或β)，蛻變?yōu)榱硪环N核素，同時(shí)放出伽馬

4、射線。?這種自發(fā)地釋放α、β、γ等射線的性質(zhì)稱為放射性；?這些不穩(wěn)定核素稱為放射性核素；?這個(gè)過(guò)程稱為核衰變。2014/2/25中國(guó)石油大學(xué)（華東）張福明5核衰變定律：N＝Ne-λt（λ為衰變常數(shù)）0半衰期：放射性核素因衰變而減少到原來(lái)一半所需時(shí)間用T或T表示，與λ的關(guān)系：T＝(ln2)/λ1/2（3）放射性活度和比度?活度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)放射出粒子的數(shù)。習(xí)慣上稱強(qiáng)度，單位C或B。iq?比度：活度與發(fā)生衰變的物質(zhì)的質(zhì)量數(shù)的比值。（4）放射線性質(zhì)?α：氦核(He4)，易引起物質(zhì)電離，易被吸收、穿透力差。2?β：高速電子流，在物質(zhì)中射程極短。?γ：頻率很高的電磁波或光子流，不帶電，能

5、量高，穿透力強(qiáng)，能穿透幾十厘米的地層、套管及儀器外殼。【只有伽馬射線能被儀器探測(cè)到而用于放射性測(cè)井中】2014/2/25中國(guó)石油大學(xué)（華東）張福明62.伽馬射線與物質(zhì)的相互作用?光電效應(yīng)：低能γ，與電子碰撞，被全部吸收，打出光電子；?康普頓效應(yīng)：中能γ，與電子碰撞，能量損失后成為散射γ，放出康普頓電子；?電子對(duì)效應(yīng)：高能γ，與庫(kù)侖場(chǎng)作用，轉(zhuǎn)化為一正、負(fù)電子對(duì)。2014/2/25中國(guó)石油大學(xué)（華東）張福明7?康普頓效應(yīng)引起伽馬射線減弱，用康普頓減弱系數(shù)σ表示：ZN?A。一定條件下σ與介質(zhì)密度ρ成正比,由此發(fā)展了密度測(cè)井。???eA?光電效應(yīng)導(dǎo)致伽馬光子被完全吸收，用宏觀光電吸收

6、截面Σ表示：4.6??KZ，測(cè)井時(shí)K為常數(shù),故Σ可反映巖性。另外常用光電吸收截面指2數(shù)Pe=Σ/Z=KZ3.6和體積光電吸收截面指數(shù)U反映巖性：U???NA?密度測(cè)井利用了康普頓效應(yīng)，測(cè)量地層密度；巖性密度測(cè)井利用了康普頓效應(yīng)和光電效應(yīng)，可同時(shí)測(cè)量巖性和密度。3.伽馬射線的探測(cè)伽馬射線探測(cè)器：計(jì)數(shù)管。測(cè)井中主要應(yīng)用閃爍計(jì)數(shù)管和蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管，將探測(cè)到的γ光子轉(zhuǎn)換為電脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。2014/2/25中國(guó)石油大學(xué)（華東）張福明8第五章伽馬測(cè)井5.1伽馬測(cè)井的核物理基礎(chǔ)5.2自然伽馬測(cè)井5.3自然伽馬能譜測(cè)井5.4放射性同位素測(cè)井5.5密度與巖性密度測(cè)井2014/2/25中國(guó)石油

7、大學(xué)（華東）張福明95.2自然伽馬測(cè)井1.巖石的自然放射性（1）地層的主要放射性核素?巖石的自然伽馬放射性是由巖石中放射性核素的種類及其含量決定的，其中起決定作用的是鈾系、釷系和放射性核素K40。習(xí)慣稱鈾(U238)、釷(Th232)、鉀(K40)。?鈾、釷、鉀含量：?粘土巖中鉀含量最高，約2%；釷次之，約12ppm；鈾含量一般最低，約6ppm，但在還原環(huán)境的生油粘土巖中鈾含量明顯升高；?砂巖和碳酸鹽巖的鈾、釷、鉀含量一般隨其泥質(zhì)含量增加而增加，但水流作用也可造成鈾含量很高。2014/2/25中國(guó)石油大