《中子孔隙度測井》ppt課件

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1、放射性中子源發(fā)射的中子能量只有幾MeV，中子與地層的相互作用過程為彈性散射、俘獲輻射和熱中子活化核反應(yīng)。根據(jù)測量對象的不同，分為超熱中子測井、熱中子測井和中子伽馬測井；最早出現(xiàn)的是中子伽馬測井，先用蓋革米勒計數(shù)管，后又出現(xiàn)閃爍體探測器；隨著中子探測器，尤其是He-3計數(shù)管的應(yīng)用，超熱中子和熱中子測井問世。一、中子與地層的作用及擴散理論1、中子與地層物質(zhì)原子核的作用（1）彈性散射中子與原子核發(fā)生碰撞后，系統(tǒng)的總動能不變，中子所損失的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)榉礇_核的動能，剩余核處于基態(tài)；中子通過彈性碰撞損失能量的過程，不會伴隨伽馬射線產(chǎn)生；每次彈性碰撞快中子損失的能量與靶核的質(zhì)量數(shù)A，碰撞前中子的能量及散射

2、角有關(guān)；氫核和中子彈性碰撞時損失的能量最大，氫是最好的中子減速劑。（2）輻射俘獲核反應(yīng)靶核俘獲一個熱中子而變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的核，然后復(fù)核放出一個或幾個光子，回到基態(tài)，這就是輻射俘獲反應(yīng)。氫俘獲一個熱中子后會放出能量為2.23MeV的伽馬射線，微觀截面為0.332b；氯原子核俘獲熱中子后放出的主要伽馬射線有：1.17、1.95、6.11、6.62和7.42MeV，在常見地層核素中俘獲能力最強；硅俘獲熱中子放出的伽馬射線：3.54MeV和4.93MeV；鈣俘獲熱中子放出的伽馬射線有：1.94、4.42和6.42MeV。（3）活化反應(yīng)快中子和熱中子都能使原子核活化，使穩(wěn)定核素轉(zhuǎn)變?yōu)榉派湫院怂?，這些核素成為

3、活化核按其固有的半衰期進行衰變，并釋放出β或γ粒子，這種反應(yīng)稱為中子活化反應(yīng)。2、含氫指數(shù)地層對快中子的減速能力主要決定于它的含氫量。在中子測井中，將淡水的含氫量規(guī)定為一個單位，而1cm3任何巖石或礦物中的氫核數(shù)與同樣體積的淡水的氫核數(shù)的比值定義為它的含氫指數(shù)，用H或者HI來表示，與單位體積中介質(zhì)的氫核數(shù)成正比。（1）含氫指數(shù)的表達公式對于化合物，其含氫原子核數(shù)目為：其中NA為阿伏伽德羅常數(shù)，x為一個化合物分子中含有的氫原子數(shù)，ρ為化合物的密度，M為化合物的摩爾質(zhì)量。對于淡水，其含氫指數(shù)可以表示為：則有化合物的含氫指數(shù)為：（2）原油和天然氣的含氫指數(shù)液態(tài)烴的含氫指數(shù)與淡水接近，而天然氣（分子式

4、為）的氫濃度很低，并且隨溫度和壓力而變化，含氫指數(shù)很小。烴的分子式為，其含氫指數(shù)可以寫為：甲烷（CH4)的含氫指數(shù)為：原油（CH2）的含氫指數(shù)為：若原油密度為0.85g/cm3，含氫指數(shù)為1.09；地層條件下若天然氣密度為0.2g/cm3，含氫指數(shù)為0.45。（3）與有效孔隙度無關(guān)的含氫指數(shù)對于石膏，其分子式為，密度為2.32g/cm3，則有泥質(zhì)：主要包括束縛水、粘土礦物結(jié)晶水等，因此泥質(zhì)具有很高的含氫指數(shù)，主要取決于泥質(zhì)孔隙體積和礦物成分，一般可達0.15~0.3。（4）與巖性有關(guān)的等效含氫指數(shù)對快中子減速其主要作用的是氫，但其他原子核也有減速作用。假設(shè)能量為2MeV的中子要熱化成熱中子，選

5、用不同的減速劑所需要的熱化碰撞次數(shù)相差很大，1H核：18.2，12C核：114，16O核：150；而能量為1MeV的中子熱化成熱中子，28Si核：244；40Ca核：340。因此巖石骨架雖然不含氫，但具有等效的含氫指數(shù)。（5）孔隙性純巖石地層的含氫指數(shù)孔隙度為φ、充滿淡水的純巖石含氫指數(shù)表達式為：中子測井時測得的孔隙度實質(zhì)上就是等效含氫指數(shù)；刻度條件：使飽含淡水石灰?guī)r地層的含氫指數(shù)等于充淡水孔隙度，則石灰?guī)r地層其他巖性地層，需要進行巖性校正；只有巖性、孔隙流體、井眼條件與儀器刻度條件相同時含氫指數(shù)等于總孔隙度。（6）挖掘效應(yīng)與飽含淡水的地層相比，地層含有天然氣時，一部分孔隙空間的水被氣代替，不

6、僅含氫指數(shù)減小，而且還會造成巖石對快中子的減速能力，即天然氣使中子孔隙度減小的量比含氫指數(shù)減小的量還要小，相等于挖掘了一定體積的骨架，生成了一個負的含氫指數(shù)附加值，這一效應(yīng)稱為挖掘效應(yīng)。中子能量/MeVH（γg=1）C(ρ=1.6)O（γg=1）H2OD2O3.00.725~0.86519.2~19.856.8~62.66.410.5~11.92.00.603~0.70717.7~18.248.6~50.05.310.1~10.91.00.463~0.5215.9~16.242.2~42.63.89.7~10.20.500.375~0.41114.7~15.038.6~39.13.19.4~9

7、.90.250.328~0.35213.7~14.137.9~38.22.79.1~9.50.100.293~0.30913.2~13.336.8~37.12.48.8~9.2中子能量從E0變到1.44eV時相應(yīng)的中子減速長度挖掘效應(yīng)的大小與巖性、孔隙度、含水飽和度及天然氣的含氫指數(shù)有關(guān)，天然氣的含氫指數(shù)越小，氣占的孔隙體積越大，挖掘效應(yīng)的作用就越強。3、擴散理論（1）中子注量和中子注量率中子注量