放射性测井原理
地球物理测井方法与原理
地球物理测井方法与原理地球物理测井是通过对地下层次中的各种物理参数进行检测和分析，从而获取有关地下地质构造、岩性、水文地质等信息的一种方法。
它是石油勘探和开发中的重要手段之一，也是了解地下环境和地质资源的重要手段之一、地球物理测井包括测井原理、测井技术和数据解释三个部分，下面将对地球物理测井的常用方法和原理进行详细介绍。
1.地震测井地震测井是通过发送音波信号到地层中，根据声波在地层中的传播速度和反射特性，来得到地下层次的信息。
它可以判断地层的厚度、速度以及各种地质构造的存在，如断层、岩性变化等。
地震测井一般有声波传播速度测井、声波吸收系数测井和地震反射波形测井等。
2.电测井电测井是利用地下岩石的电性差异，通过测量电阻率、自然电位、电导率等参数，来判断地层的岩性、含水性质等。
电测井主要有浅层电阻率测井和深层电阻率测井两种方法。
浅层电阻率测井是通过测量地层对交流电的阻抗，来反映地层的含水性质和岩性变化。
深层电阻率测井主要用于判断含油气层的位置和含油气饱和度等信息。
3.放射性测井放射性测井是利用地下岩石的放射性元素含量差异，通过测量地层的放射性强度，来推断地层的厚度、含油气性质以及地下水流动等。
放射性测井常用的方法有伽马射线测井、中子测井和密度测井等。
伽马射线测井是通过测量地下岩石放射性元素产生的伽马射线的强度，来判断地层的岩性、厚度以及含油气性质等。
中子测井是通过测量地下岩石对中子的吸收程度，来判断地层的含水性质和含油气饱和度等。
密度测井是通过测量地下岩石的密度，来判断地层的岩性、孔隙度以及含油气性质等。
4.渗透率测井渗透率测井是通过测量地下岩石的孔隙度和渗透能力，来判断地层的渗透性质、含水性质以及含油气性质等。
渗透率测井主要有声速测井、电阻率测井和核磁共振测井等。
声速测井是通过测量地下岩石中声波的传播速度，来判断地层的孔隙度、饱和度以及含油气性质等。
电阻率测井是通过测量地下岩石的电阻率，来推断地层的孔隙度和渗透能力等。
放射性测井之自然伽马测井
自然伽马测井的 设备
自然伽马测井仪主要 由伽马射线探测器、 数据处理装置和探管 组成。伽马射线探测 器用于探测地层岩石 发射的自然伽马射线， 数据处理装置用于处 理探测到的数据，探 管用于将探测器与地 层岩石接触。
THANKS
果不稳定。
● 05
第5章 自然伽马测井的发展 趋势
技术发展
自然伽马测井技术的发展趋势表明，随着科技的 不断进步，这一技术在设备改进和数据处理方法 优化方面取得了显著成就。这些改进使得自然伽 马测井技术更加精确和高效，为油气勘探和开发 提供了优质服务。
技术改进
设备革新
更精密的探测设 备
软件升级
准确识别岩石类 型和性质
含水量分析
定量分析地层含 水量
裂缝检测
识别裂缝分布和 性质
孔隙度测量
评估储层孔隙结 构
● 06
第6章 总结
自然伽马测井的重要性
放射性测井是一种关键的地层测量技术，自然伽 马测井作为其中的一种类型，提供了地层岩石孔 隙度和含水量等重要参数，对油气勘探和开发起 到了支撑作用。
研究地层岩 石性质
自然伽马测井可 以用于研究地层 岩石性质，了解 地层的结构和组
成。
获取地层岩 石参数
自然伽马测井可 以获取地层岩石 的孔隙度、含水 量等参数，为地 质研究提供重要
数据。
监测地层变 化
自然伽马测井可 以用于监测地层 的变化，及时发 现并解决问题。
了解地层结 构
通过自然伽马测 井，可以了解地 层的结构，为油 气藏的开发提供
核测井原理
核测井原理概述 (2)第一章自然伽马测井和自然伽马能谱测井 (3)§1 伽马射线及其探测 (3)§2 岩石的自然伽马放射性（自然伽马测井的地质基础） (6)§3自然伽马射线强度沿井轴的分布 (13)§4 自然伽马测井的仪器刻度、井眼校正 (14)§5 自然伽马测井资料的应用 (15)§6 自然伽马能谱测井 (17)§7 自然伽马能谱测井资料的应用 (20)第二章中子测井 (21)§1中子测井基本原理 (22)§2超热中子测井 (25)第三章核磁共振 (50)§1顺磁共振的相关结果 (50)§2岩石孔隙中流体的核自旋驰豫及描述这种驰豫的方法 (58)概述核测井这门课程是和《原子核物理基础》是相互衔接的一门课程。
本课程的重点是自然伽马测井、自然伽马能谱测井，密度测井，中子测井以及核磁测井方法原理的讨论，资料的解释应用只稍作提及。
核测井，在核磁共振测井出现之前，我们又叫做放射性测井。
放射性测井主要有三种方法：自然伽马测井测量地层的天然放射性；密度测井测量人工伽马源与地层作用后的 射线；中子测井利用中子作用于地层作用，然后测量经地层慢化后的中子，或中子核反应产生的伽马射线。
这些测井方法主要用于了解地层的岩性和测量地层的孔隙度。
密度测井与中子测井结合也可用来判别储集层空间中的流体性质。
核磁测井严格地说不是放射性测井方法，核磁测井利用氢核具有核磁矩在外磁场作用下的共振吸收特性，测量地层中的氢核的状态和数目，进而求得地层的孔隙度及孔隙结构，束缚水饱和度等参数。
第一章 自然伽马测井和自然伽马能谱测井自然伽马测井测量地层中天然放射性矿物放出的伽马射线来了解地层的岩性等方面的特性。
本章从五个方面来讨论：1.伽马射线的测量（自然伽马测井的物理基础）；2.岩石的放射性来源(自然伽马测井的地质基础)；3.井中自然伽马的测量；4. 自然伽马测井资料的应用;5.最后介绍自然伽马能谱测井的原理及其应用。
8 自然伽马测井
★它能在任意岩层剖面，以及在井内充满高矿化度泥浆、油基泥浆
甚至空气的条件下使用（由于岩石的自然放射性与剖面上岩石的导电性 无关，与井内所充填的介质特性无关）。 自然伽马测井已成为碎屑岩剖面、碳酸盐岩剖面和用盐水泥浆钻井 地区进行测井的重要内容。
自然伽马测井
学习要点
自然伽马测井的核物理基础 岩石的放射性 自然伽马射线的探测 自然伽马测井原理
自然伽马测井的曲线特征和影响因素
自然伽马测井的地质应用
自然伽马测井
8.1 自然伽马测井的核物理基础
1、核衰变及其放射性
（1）原子的结构 矿物、岩石、石油和地层水都是由分子组成的，分子又由原子组成 ，原子的中心是原子核，离原子核较远处的核外电子，按一定的轨道绕 核运动，它是一种很微小的粒子，直径约为8-10cm。 原子：原子核[ 质子(带一个单位正电荷) + 核外电子(带一个单位负电荷) 一般地，原子是中性的，所以原子核中的质子数等于核外电子层的 电子数，这个数值叫做元素的原子序数，通常用Z表示，它决定了原子的 化学性质和在元素周期表中的位置。 原子核质子和中子的总数叫做元素的质量数，通常用A表示。 中子(不带电)]
通过探测γ射线的数量（强度）和能量（能谱），可以确
定岩石中放射性元素的数量（含量）及种类。因此放射性测井 主要分为自然伽马测井和自然伽马能谱测井。 以研究岩石中放射性元素的相对含量，即探测自然伽马射 线总强度的测井方法叫做自然伽马测井； 测定在一定能量范围内自然伽马射线的强度以区分岩石中 放射性元素的类型及其实际含量的测井方法，则叫自然伽马能
1、核衰变及其放射性
（5）放射性射线的性质
放射性物质能放出α射线，β射线和γ射线。它们各具如下性质：
放射性测井
GR GRmin GRmax GRmin
Vsh 2 gcurIsh 1 2 gcur 1
地球物理测井—核测井
自然伽马测井
3、进行地层对比 P147
用GR曲线进行对比的优点： 与岩石孔隙中的流体性质（油或水）无关 与地层水和泥浆矿化度无关 在GR曲线上容易找到标准层
地球物理测井—核测井
和碎屑岩储集层一样，纯的 碳酸盐岩储集层K、U、Th的含量 都很低。但当地层中有钾碱、长 石和粘上矿物时、K含量会明显 上升；而在还原条件下，地层水 中的铀在渗透带沉积，可使地层 的U含量高达20ppm。
因此在碳酸盐岩剖面中，自 然伽马能谱测井有助于区分岩性， 对剖面进行详细对比，更可靠地 估算泥质含量，寻找高产裂缝带 及确定施行增产措施的层位。
地球物理测井核测井自然伽马测井地球物理测井核测井自然伽马测井泥浆仪器外壳进入探记录连续电流所产生的电位差穿过经传输至地面仪器处理使与单位时间的电脉冲数成正比射线gr曲线见p141图37二gr测井基本原理地球物理测井核测井自然伽马测井三gr曲线特征均匀理想模型地层点测grapi当上下围岩相同时曲线对称与地层中部低放射性地层对应gr低高放射性地层对应gr高h3d曲线幅度不受岩层厚度的影响
纯的砂岩和碳酸盐岩放射性元素含量很低，但有些地层 也可能具有很高的放射性，这些高放射性地层又可能是储集 层，此类储集层用普通自然伽马测井是无法识别的，而用自 然伽马能谱测井却往往能成功地将其和泥岩区别开。
渗透性地层中U含量的增高与地层水的活动有密切关系。 有些储集层还由于岩石骨架中含有放射性重矿物而显示为高 放射性地层。
曲线特点
K、TU含量低，而铀含量高
地球物理测井—核测井
自然伽马能谱测井（NGS）
放射性测井之自然伽马测井讲解
放射性：不稳定核素原子核自发地释放、β、 等射线
2
3） 核衰变 核衰变：原子核自发地释放出一种带电粒子，并蜕变成另外某种原子核， 同时放出伽马射线。
核衰变常数λ：决定于该放射性核素本身的性质，其值越大衰变越快。
一种元素经过放射变成另一种元素的过程称为衰变或蜕变。
例如
1）原子的结构：原子核（质子+中子）+核外电子 2）放射性核素
核素：原子核中具有相同数量的质子和中子并在同一能态上的同类原子 （同类核素的原子核中质子数和中子数都相同）。
放射性核素：不稳定的核素 （ 其结构和能量都会发生改变， 衰变成其他核素，并放出射线）。
同位素：原子核中质子数相同而中子数不同，但具有相同的化学性质， 在元素周期表中占有同一位置。
通式为： ZXA → Z+1YA+(一个负电荷)
例如：衰变
90Th234 → 91Pa234+
衰变：放出射线的衰变。
射线通常是在、衰变的过程中伴随放出的。
7
2) 、和 射线比较
射线种类 产生原因
实物
射线 衰变放出
氦(2He4) 原子核流
射线 衰变放出
高速运动的电子流
式中GR 、GRmax 、GRmin分别为待研究地层、纯泥岩、纯砂岩的自然伽马 测井强度。
进行非线性 校正:
Vsh
2cSH 1 2c 1
C ＝ 3.7 新地层 C ＝ 2.0 老地层
应用条件： （1）不同地层中粘土矿物放射性是相同的
（2）除了粘土矿物之外，不含有其他放射性矿物
27
200
160
特高 → 高 → 中等 → 最低
3) 碳酸盐岩剖面
放射性测井
自然伽玛测井
定义
特点
定义
自然伽玛测井是测量地层内部天然放射性的一种测井方法。当地层含有放射性矿物时，地层会放射出伽玛射 线，伽玛射线是一种类似于光的高频电磁波，当射线被测量仪器的探头接收时，射线激发介质中原子，退激产生 可见光，然后由光电倍增管转换为电脉冲，脉冲的数量就反映了地层伽玛射线的强度。地层中的主要发射性元素 为铀系、钍系和钾40系。用自然伽玛测井曲线可以进行地层对比、划分砂泥岩、计算泥质含量、识别岩性、评价 生储盖组合等。
谢谢观看
影响因素
1、地层岩性成份的影响；2、井眼的影响，扩径使密度数值失真；3、仪器刻度;4、时间常数及测井速度; 5、地层孔隙流体的影响；6、泥质的影响，一般粘土矿物的密度（克/立方厘米）：伊利石2.76~3.0高岭石 2.6~2.63蒙脱石2.2~2.7。
补偿中子测井
定义
影响因素
定义
由中子源向地层放射连续的快中子流，快中子和井内地层中元素的原子核相碰撞时被减速，地层中的氢原子 对快中子的减速能力最强。因此，快中子在地层中被减速为热中子的过程主要取决于地层的含氢量。用中子计数 器直接测量下井仪器周围地层中的热中子密度。通常把淡水的含氢量规定一个单位。
介绍
介绍
放射性测井又称核测井，是以地层和井内介质的核物理性质为基础的地球物理方法。测井时，用探测器在井 中连续测量由天然放射性核素发射的或由人工激发产生的核射线，以计数率或标准化单位记录射线强度随深度的 变化，也可直接转换成测井分析所需要的地球物理参数，以更直观的形式进行记录。这类测井方法可在裸眼井和 套管井中测定岩性、进行地层评价、观察油田开发动态和研究油井的工程质量。放射性测井主要包括自然伽马、 自然伽马能谱、密度、岩性-密度、中子伽马、中子中子、中子寿命、中子非弹性散射伽马能谱、中子活化等测井 方法。
自然伽马测井和放射性同位素测井性质和方法
0第4.七06章.202自0 然伽马测井和放射性同位素测井
13
第一节 伽马测井的核物理基础
•二、伽马射线和物质的作用形式
–2.康普顿效应
• 伽马射线与物质作用发生康普顿效应引起伽马射线强 度减弱，其减弱程度用康普顿系数Σ表示。
e
NAZb
A
• σe——每个电子的康普顿散射截面，当伽马光子的能
量在0.25～2.5MeV的范围内时，它可看成是常数；
0第4.七06章.202自0 然伽马测井和放射性同位素测井
9
第一节 伽马测井的核物理基础
•一、原子核的衰变及其放射性
–5.放射性射线
• α射线：是氦原子核2He4流，带有两个单位正电荷， 容易引起物质的电离或激发，极易被吸收，电离能力 强，在物质中穿透距离很小，在井中探测不到。
• β射线：高速运动的电子流，在物质中穿透距离较短。 • γ射线：频率很高的电磁波或光子流，不带电，能量
0第4.七06章.202自0 然伽马测井和放射性同位素测井
4
第一节 伽马测井的核物理基础
•一、原子核的衰变及其放射性
– 1、原子的结构
• 矿物、岩石、石油和地层水都是由分子组成的，分 子又是由原子组成的。原子的中心是原子核，离核 较远处核外电子按一定的轨道绕核运动。
0第4.七06章.202自0 然伽马测井和放射性同位素测井
• 放射性：不稳定的核素所具有的自发地改变自身结构， 衰变成其它核素并释放射线（α、β、γ） 的性质。
• 放射性同位素：具有放射性的同位素。
0第4.七06章.202自0 然伽马测井和放射性同位素测井
6
第一节 伽马测井的核物理基础
•一、原子核的衰变及其放射性
–3. 核衰变
核测井的原理及应用
核测井的原理及应用1. 什么是核测井核测井是指利用核技术对地下岩石进行测井的一种方法。
通过将放射性核素插入到地下井中并测量辐射线的强度，可以获取有关岩石成分、孔隙度、渗透率等信息。
2. 核测井的原理核测井利用放射性核素的辐射特性，通过测量辐射强度来推断岩石的性质。
2.1 放射性核素的选择核测井常用的放射性核素有铯（Cs）、铍（Be）、铀（U）等，这些核素具有适当的半衰期和射线能量，对地下岩石的测量具有较高的分辨率和深度范围。
2.2 辐射探测器在核测井中，辐射探测器起着重要的作用。
常用的辐射探测器有探头计数器和谱仪计数器。
2.3 数据采集与处理核测井得到的数据需要经过采集和处理才能得出准确的测量结果。
采集到的数据会经过滤波、校正等处理步骤，然后进行解释和分析。
3. 核测井的应用核测井在多个领域有广泛的应用，下面列举了一些主要的应用领域：3.1 石油勘探与开发核测井可用于评估油田储量、分析储层性质、确定油层厚度和垂直分布等。
通过核测井，可以帮助优化石油勘探与开发过程，提高油田的产量和开发效率。
3.2 水资源勘探核测井可以提供地下水层的详细信息，包括水层厚度、渗透性、含水层的位置等。
这些信息对于水资源勘探和管理非常重要，能够帮助合理利用地下水资源，预防地下水的过度开采和污染。
3.3 环境监测核测井在环境监测中也有广泛应用。
例如，可以通过核测井来测量地下水位、盐度、污染程度等指标，监测地下水资源的变化和污染情况，为保护环境和科学治理提供依据。
3.4 地质灾害预警核测井可用于地质灾害预警，例如地震、滑坡和地下水涌出等。
通过监测地下岩石的变化和应力分布情况，可以提前预警地质灾害的发生，保障人民生命财产安全。
3.5 建筑工程核测井在建筑工程中也有重要应用，如地基工程的勘探、隧道工程的地质探测等。
通过核测井，可以评估地下岩石的强度、稳定性和渗透性等属性，为建筑工程的设计和施工提供可靠的依据。
4. 结论核测井是一种基于核技术的地下岩石测量方法，通过测量放射性核素的辐射强度，可以获取有关岩石的性质和构造的信息。
测井的三大基本方法
测井的三大基本方法引言测井是石油勘探和开发过程中不可或缺的一项技术，通过测井可以获取地下岩石的物理、化学性质以及油气藏的储量和产能等信息。
在测井领域中，有三种基本的测井方法，它们分别是电测井、密度测井以及自然放射性测井。
本文将详细介绍这三种基本方法的原理和应用。
电测井原理电测井是利用电学原理来测量地下岩石的电阻率，从而间接获得岩石的孔隙度、含水饱和度等信息。
电测井主要通过测量地层中流过的电流和两个电极之间的电位差来进行。
应用1.电测井可以用于确定油气层的位置和厚度。
2.电测井还可以区分不同岩石类型，帮助判断油气层的储集能力。
3.电测井可用于检测地层的含水饱和度，评估油藏的产能。
优势1.电测井设备简单、操作方便。
2.数据解释相对直观，能够提供较准确的地层信息。
不足1.受到井壁的影响，存在一定的测量误差。
2.对于非均质地层，电测井结果会失真。
密度测井原理密度测井是通过测量地层介质的密度来获取地下岩石的物理性质。
它利用放射性核素源发射的γ射线在地层中的吸收情况来推算地层的密度。
应用1.密度测井可以帮助确定岩石的孔隙度，进而估计油气层的储量。
2.密度测井可以进行岩石类型的判别，提供地层的岩性和储集特征等信息。
3.密度测井还可以评估油气层的含水饱和度，为油气开发提供依据。
优势1.密度测井结果精度较高，适用于复杂地质条件下的勘探开发。
2.可以获取地层的密度分布，帮助分析地层结构。
不足1.密度测井数据受钻井液、井壁等环境因素影响，需要进行校正处理。
2.比较依赖地层的岩石成分和密度等特性。
自然放射性测井原理自然放射性测井是利用地下岩石本身所具有的放射性元素放射出的α、β、γ射线来推测地层的物性和岩性特征。
它通过测量射线的强度和能量分布来判断地层的成分和特征。
应用1.自然放射性测井可以用于确定油气层的边界和储量。
2.自然放射性测井可以进行岩石类型的判别，为地质建模提供依据。
3.自然放射性测井还可以用于评估地层的含水饱和度。
测井方法原理及应用分类
测井方法原理及应用分类测井是指利用测井工具对地下井眼和岩石进行物理学、地球物理学和工程学参数的测量和记录的技术。
它是地质勘探和油气开发中的重要手段，广泛应用于石油勘探、岩石力学研究、水文地质、土壤调查、地下水动力学、环境地质等领域。
本文将详细介绍测井方法的原理及其应用分类。
一、测井方法的原理：1.伽马射线测井：利用自然伽马射线在地层中的吸收和散射特性，测量地层中放射性元素的含量。
通过测量伽马射线强度的变化，可以确定地层的岩性，判别储层类型。
2.电阻率测井：利用地层差异的电导率和介电常数，测量地层的电阻率。
通过测量电阻率的变化，可以确定地层的岩性、含水饱和度、孔隙度等。
3.自然电位测井：利用地层中的自然电位差，测量地层电位差的变化，以确定地层中的含水层位置和厚度。
4.声波测井：利用地层中声波的传播速度和衰减特性，测量地层的声阻抗和声波传播时间。
通过测量声波的变化，可以确定地层的岩性、孔隙度、裂缝情况等。
5.压力测井：利用钻井液的压力变化，测量地层的孔隙压力和地层压力系数。
通过测量压力的变化，可以确定地层的岩性、压力梯度等。
6.密度测井：利用地层密度的差异，测量地层的密度。
通过测量密度的变化，可以确定地层的岩性、孔隙度、含油饱和度等。
二、测井方法的应用分类：1.岩性测井：包括伽马射线测井、电阻率测井和声波测井。
它们可以对地层的岩性、构造性质、同位素组成等进行识别和判别，用于确定地层的储集能力、孔隙度、脆性指数等参数。
2.储层测井：包括电阻率测井、声波测井、密度测井和孔隙度测井。
它们可以确定地层的孔隙度、渗透率、含水饱和度等参数，用于评价储层的质量和储量。
3.含油气层测井：包括电阻率测井、伽马射线测井、密度测井和压力测井。
它们可以确定地层的含油气饱和度、储量、压力梯度等参数，用于评价油气层的勘探和开发潜力。
4.地层压力测井：主要包括压力测井和电阻率测井。
它们可以确定地层的孔隙压力、裂缝压力、渗透能力等参数，用于评价地层的压力梯度、岩石力学性质等。
放射性 测井
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.⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧脉冲中子测井中子伽马测井中子测井确定孔隙度）中子测井岩性密度密度测井自然伽马能谱自然伽马泥质含量、划分岩性）伽马测井放射性测井(( 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⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧负电荷核外电子：带一个单位：不带电中子位正电荷氢的原子核，带一个单质子原子核Ａ原子(N):(Z) 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λβα、、,这种现象叫核衰变,放出放射性射线的性质叫放射性.如: -+→β40204019Ca Kλβ+→→+-4018*40184019A A K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： t eN N λ-=0 N 0：放射性元素的初始量；N :经过时间t 后的放射性元素量;λ：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λ外，还用半衰期T 来说明衰变的速度。
放射性同位素示踪测井
r0 1 ( Z / r0 ) 2
令x=H/2r0和a=μr0,且用F(x,a)表示上式中的积分,则
J aห้องสมุดไป่ตู้
H 2 r0 0
e
r0 1t 2
1 t
2
dt
J aqF( x, a)
地球物理测井—核测井
同位素示踪测井
设μr0=1 ，用 f(t ）表示上式中的被积函数，则 f(t) 与 t 的关系可 用左下图表示: 如果用辛卜生数值积分法计算F(x，1)，所得数据画成曲线如图右 所示:对于厚度H>3d的地层F(x，a)为一常数；而当地层厚度减小时， 这一因子将减小。特别是当地层厚度小于井径的一倍半时，F值将急 剧下降。
q kJ a( x)
式中k是常数。
地球物理测井—核测井
同位素示踪测井
上式说明，单位截面积的吸水量若与 q 成正比，那么它就和 地层中点的伽马射线强度 Jy与厚度校正系数的乘积成正比。又考 虑到注水井的套管内径对同一口井是相等的，因而射开地层单位 厚度的吸水量也与Jya成正比。 设第i个地层的吸水量为Qi，则
地球物理测井—核测井
同位素示踪测井
施工设计书一般包括以下内容： 一般地说，工作程序包括以下几项： 1．施工井的条件：如该井的部位、任务（采油、注水）、井身 （1）编写施工设计书； 结构、射孔情况、地层参数及采油、注水过程和工程措施及事故等 （2）按设计书施工； 井史资料； 2（ ．施工目的：如找串、堵漏，测定吸水剖面等； 3）进行资料解释，写出总结报告。 3．示踪剂的选择及活化水或活性悬浮液的用量； 4．施工步骤：如压井、测Jr1，井口装置及措施、注活性剂、测、 测Jr2，其它工程措施及工作流程； 5．注意事项。
地球物理测井方法原理
地球物理测井方法原理地球物理测井是一种通过测量地下岩石和地层性质的物理参数来获取地质信息的方法。
它是石油勘探和开发中非常重要的技术手段之一，能够提供有关地层构造、储层性质和油气藏特征等方面的关键信息。
本文将详细介绍地球物理测井方法的原理。
一、电测井原理电测井是利用电性差异来识别地层的一种方法。
在地下，地层岩石中的含水层和非含水层具有不同的电导率，因此可以通过测量地层的电导率差异来判断地下岩石的性质。
电测井主要分为直流电测井和交流电测井两种类型。
直流电测井通过测量地下岩石对直流电流的电阻或电导进行分析，从而得到地层的电阻率信息；交流电测井则是通过测量地下岩石对交变电流的电抗或电导来分析地层的电阻率和介电常数等参数。
二、声波测井原理声波测井是利用声波在地层中传播的特性来获取地下岩石的物理参数。
在地球物理测井中常用的声波测井方法有声阻抗测井和声波传播时间测井。
声阻抗测井是通过测量声波在不同地层之间的反射与透射情况来识别地下岩石的性质，从而推断出地层的压力、孔隙度、饱和度等信息；而声波传播时间测井则是通过测量从发射器到接收器之间声波传播的时间差来计算声波的传播速度，从而间接得到地层的密度和弹性模量等参数。
三、放射性测井原理放射性测井是利用地下岩石和地层中放射性元素的衰变活动来探测地层的一种方法。
具体来说，放射性测井主要分为γ射线测井和中子测井两种类型。
γ射线测井通过测量地层中γ射线的强度来分析地下岩石中含有的放射性元素的含量和分布情况，从而推断出地层的密度、孔隙度和含油气性质等信息；中子测井则是通过测量地层中的中子活动度来获取地下岩石的密度和含水饱和度等参数。
四、导向测井原理导向测井是利用电磁信号在地下传播的原理来确定地层的导电性和磁性特性。
常用的导向测井方法有电磁测井、自然电位测井和磁测井等。
电磁测井通过测量地下岩石中对电磁信号的响应来分析地层的导电性，从而获得地层的含水饱和度等信息；自然电位测井是通过测量地下岩石产生的自然电位来研究地下水流动和地层的渗透性等特性；磁测井则是通过测量地下岩石的磁场分布来判断地层的磁性特性和岩石类型等参数。
10放射性同位素测井全解
Jν 1 Jν 2
实例1 右图中的A、B两地层
窜通，为堵窜将B层射开注入
活化水泥，而后测得放射性 同位素测井曲线Jν 2和参考曲
线Jν1比较看出，AB段曲线明
显升高，证明水泥已挤入该 窜槽井段。
3、放射性同位素测井检查封堵效果
实例2 A、B、C、D四个地层同时射开
后，油水同出，将煤油和水泥混合配成
放射性同位素测井
2、放射性同位素测井找窜槽位置
如图，欲检查已射开之B层和未射
开的C层及射开的A层之间是否有窜槽
。以封隔器分别封隔B、A层和B、C层 ，以一定压力向B层注入放射性活化液
(放射性同位素Ba131或I131的活化油或
活化水，对油层找窜，注入活化油： 对水层找窜，注入活化水)，然后进行 放射性同位素测井。
伽马测井相同。放射性同位素测井的效果，在很大程度上决定于放射
性示踪剂选择得是否合适。选用哪种同位素，要根据施工目的而定。
放射性同位素测井
2、放射性同位素测井找窜槽位置
油井投入生产后，由于固井质量差或固井 后由于射孔及其它工程施工，使水泥环破裂， 造成层间串通，即形成窜槽，这对采油和注水
砂层A 窜槽 砂层B
煤油水泥，并掺入少量放射性同位素的 活化煤油水泥，挤入这四个地层，经一 段时间后，在水层中煤油被水替换，水 泥凝固将水层堵死，而在油层中煤油水 泥不凝固，经抽吸即被导出地层。 比较挤入活化煤油水泥前后测得的
参考曲线和放射性同位素测井曲线，可
以看出：A、B两层的曲线异常幅度增大 ，证明A、B层为水层且已被封堵，而C
放射性同位素“找窜”测井曲线
间不窜通，水泥胶结良好。
3、放射性同位素测井检查封堵效果
窜槽、油井中部分层段出水、误射孔等井段需要二次注水泥封
核技术利用安全与防护机考--放射性测井打印版
核技术利用辐射安全与防护考核放射性测井主讲人：吉俊时间：2020目录CONTENTS 第一节 概述第二节 放射性测井的组成及原理第三节 放射性测井的安全与防护第四节 放射性测井案例分析与辐射应急第一节概述概述测井是地球物理测井的简称，是在钻孔中进行地球物理测量、研究井中各种物理场的变化，进而达到研究基础地质、寻找矿产的目的的一门学科。
放射性测井又称核测井，是以地层和井内介质的核物理性质为基础的地球物理测量方法。
放射性测井时，用探测器在井中连续测量由天然放射性核素发射的或由人工激发产生的辐射，以计数率或标准化单位记录射线强度随深度的变化，也可直接转换成测井分析所需要的地球物理参数，以更直观的形式进行记录。
这类测井方法可在裸眼井和套管井中测定岩性、进行地层评价、观察油田开发动态和研究油井的工程质量等。
放射性测井方法，可分为探测 γ 射线的 γ 测井法、探测中子的中子测井法以及放射性示踪测井三大类。
γ测井法包括：自然γ测井、自然γ能谱测井、密度测井等；中子测井包括：中子测井和中子-γ 测井等。
放射性测井的特点：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；4、测速慢，成本高。
第二节放射性测井的组成及原理自然伽马测井是通过在井内测量岩层中自然存在的放射性元素核衰变过程中放射出来的伽马射线的强度来认识岩层的一种放射性测井方法。
用自然伽玛测井曲线可以进行地层对比、划分砂泥岩、计算泥质含量、识别岩性、评价生储盖组合等。
1. 岩石的天然放射性不同的岩层， 放射性元素的含量和种类不同。
岩石的放射性元素含量与岩石的岩性及其形成过程中的各种条件有关。
三大岩类中火成岩放射性最强，其次是变质岩，最弱的是沉积岩，沉积岩放射性浓度粗略地分为三类：(1) 放射性高的岩石：粘土岩、火山灰、钾岩等。
其它还有海绿石砂岩、独居石砂岩、钾钒矿砂岩。
测井 放射性1
自然伽马测井对信息利用不充分
自然伽马测井记录的是能量大于 100Kev 的 所有伽马光子造成的记数率或标准化读数。 它只能反映地层中所有放射性核素的总效应， 而不能区分这些核素的种类，地层所能提供 的信息没有得到充分的利用。如果我们在井 中对自然伽马射线进行能谱分析，就不仅能 了解地层放射性总的水平，而且还可定量测 定铀 (U) 、钍 (Th) 、钾 (K) 的含量，从而得到 更多的测井信息和解决更多的地质和油田开 发中的问题。
放射性测井的缺点：测速低、测井成本高、
对人体有一定危害。
第一节 伽马测井的核物理基础
一、 核衰变及其放射性
1）原子的结构：原子核（质子+中子）+核外电子 2）放射性核素
核素：
原子核中具有一定数量的质子和中子并在同一能态上的同类原子
（同类核素的原子核中质子数和中子数都相同）。
同位素：原子核中质子数相同而中子数不同，但具有相同的化学性质， 在元素周期表中占有同一位置。 放射性：原子核能自发地释放α、β、γ 的性质 放射性核素： 不稳定的核素
（四）测井 响应特征
1、石英砂岩 “三低一高”：低伽玛、 低时差、低中子、高电阻； 2、岩屑砂岩
“三高一低”：较高伽玛、
油气层的判别
0.80
中子孔隙度×10/补偿声波
0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.40 0.50 0.60 0.70 补偿密度×100/补偿声波 0.80 0.90
沉积岩按放射性高低排序： 高的：粘土岩、海绿石砂岩、独居石砂岩、
钾钒矿砂岩、含钾矿灰岩、钾岩等。
中等的：砂岩、砂层、含少量泥质的碳酸岩盐。
低的：
石膏、硬石膏、盐岩、纯的石英砂 岩、白云岩和石灰岩等。
放射性测井
储层岩性分析
储层孔隙度计算
主要作用方式 伽马源
电子对效应 康普顿效应 光电效应
地层物质
（2）、光电效应
入射光子
原子核
核外电子 光电子
1.γ光子与靶物质原子发生电磁相互作用； 2.γ光子被吸收，能量全部交给内层束缚电子； 3.束缚电子摆脱原子发射出来成为光电子。
图3-6注入放射性活化液找窜槽管柱图
图3-7 放射性同位素找窜测井曲线 1、参考曲线 2、放射性同位素测井曲线
检查封堵效果
检查压裂效果
放射性同位素吸水剖面测井图
思考题
• 1、伽马射线与物质相互作用时，可能产生 的三种效应为_____________、________ 和_______________。
4、自然伽马测井曲线的应用 • （1）划分岩性和地层对比 • 主要依据：岩层中Vsh不同，GR读数不同。
• 砂泥岩剖面：砂岩显示最低值，粘土（泥岩 和页岩）最高值，粉砂岩泥质砂岩介于中间， 随泥质含量增加曲线幅度变大；
• （2）划分储集层 • 砂泥岩剖面：低自然伽马异常就是砂岩储
集层，异常半幅点确定储集层界面；
• 一、放射性同位素测井方法 • 1、测井过程 • 井内注入被放射性同位素活化的溶液或固
体悬浮物质 ；压入套管外 ；测量注入示踪 剂前后的伽马射线强度 ；对比评价。 • 2、放射性同位素的选择和配制
• 二、放射性同位素测井的应用
• 1、放射性同位素测井找窜槽位置 • 2、检查封堵效果 • 3、检查压裂效果 • 4、测定吸水剖面，计算相对吸水量
变成另外一种原子核的放射性现象称为放射 性衰变。
• 衰变方式：
第二章----常规测井方法及地质响应---(2)GR测井
2、 自然伽马测井和放射性同位素测井
第二节 自然伽马测井
三、自然伽马测井曲线
2、放射性涨落误差（统计误差）
涨落现象：多次测量，各次读数与全部读数的平均值之差大部分 分布在一定范围内。 由于涨落现象，使GR曲线呈现“锯齿状”。 涨落误差：由于放射性涨落引起的误差，记为σ 。 物理意义：同一地层各点的读数落在 n 的几率为68.3%。 因此，只有当曲线幅度变化超过上述范围，且超过（2.5～3）σ 时，曲线才做分层或作为其它地层解释。
2、 自然伽马测井和放射性同位素测井
第一节 伽马测井的核物理基础
四、伽马射线与物质的相互作用
1、电子对效应
γ 在能量大于1.022Mev时，它在物质的原子核附近与核的库仑场 相互作用，可以转化为一个负电子和一个正电子，而光子本身被 全部吸收。 吸收系数(衰减系数)：伽马射线通过单位厚度的吸收介质，由于 此效应而导致γ 射线强度的减弱，用吸收系数 表示：
2、 自然伽马测井和放射性同位素测井
第一节 伽马测井的核物理基础
四、伽马射线与物质的相互作用
3、光电效应
光电效应：当一个低能量的伽马光子与原子发生作用时，将全部能 量交给一个电子，使它脱离原子成为光电子，而光子本身被完全吸 收，这种效应称为光电效应。 线性光电吸收系数：当γ 的能量大于原子核外电子的结合能时，发 生光电效应的概率。(光子穿过1cm吸收物质时产生的光电子的几率, 也称线性光电吸收系数) Z 4.1 n 0.0089 A 此式说明: 光电吸收系数主要取决于原子序数，由此发展了岩性密 度测井。
2、 自然伽马测井和放射性同位素测井
第二节 自然伽马测井
二、GR（自然伽马）测井原理 1、仪器
地面仪器
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
∆h1/2/hmax*100%
式中hmax是分布曲线中最大计数处的振幅值，Δh1/2为最大计数率的
一半在曲线上相截的振幅宽度。
自然放射性的能量
不同的元素放出的伽马射线的能量是不 同的。如钾同位素19K40发射1.46MeV单一能 量的伽马射线。其它放射性系列发出多种能
量的伽马射线。
沉积岩的自然放射性既取决于其中所含
伽马射线的探测
γ射线与物质相互作用的过程中，主要通过 光电效应、康普顿散射效应和电子对效应而产生 次级电子，这些电子引起物质中原子电离和激发， 大多数仪器利用这两种物理现象来探测γ射线。
探测γ射线的探测器主要有：盖革管、闪烁 计数器。
闪烁计数器工作原理
伽马射线入射到闪烁体时，使闪烁体的原子 受激，退激产生荧光，通过光导，收集到光电倍增 管，之后产生为电压脉冲。 晶体一般为NaI(碘化钠）或CsI（碘化铯）。
人工源：对应于天然放射性核素，通过人工提炼合成的 放射性物质，典型的Cs137,其能量为0.662MeV,半衰期30年，2Cu， 241Am
伽马射线与物质之间 的相互作用
康普顿散射 光电吸收 产生电子对
康普顿散射
能量较高的伽马射线与物质中原子的核外 电子（K、L层）发生碰撞时，一部分能量转交给 电子，使之脱离原子的电子壳层而飞出（这种电 子叫做“康普顿电子”），同时伽马射线改变自 己的运动方向，继续与其它电子碰撞。每碰撞一 次，能量就损失一部分，并改变其运动方向，现 场所谓的“康普顿散射”。 伽马射线经过多次碰撞之后，能量不断降低， 直到最后以光电效应结束。 产生康普顿效应的伽马射线能量范围0.252.5MeV。
这是利用自然伽马测井曲线区分岩石性质、进行地 层对比，以及定量估计岩石中泥质含量的依据。
API伽马射线单位
主 要 沉 积 岩 的 自 然 放 射 性
0 硬石膏 煤 岩盐 白云石 石灰石 砂岩 泥质砂岩 砂质泥岩 泥岩 深海泥岩 钾盐
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
伽马测井的应用
补偿中子测井基本原理
这种测井方法将装有中子源和探测器的 井下仪器下入井中,中子源发射出的中子在穿 过井孔进入岩层的路径中,同物质的原子核发 生碰撞并经过减速、扩散和被俘获这么几个 过程。在这些过程中，探测器周围的中子分 布状况，以及中子被俘获后所放出的伽马射 线强度，与仪器周围的岩石性质，特别是岩 石的含氢量有关。而储集层的含氢量又取决 于它的孔隙度。 中子测井是目前使用最广泛的一种孔隙 度测井。
产生电子对
当能量高于1.02MeV的伽马射线与 物质作用时，在原子核力场的作用下， 可转变成正、负电子对，即一个正电子 和一个负电子。 伽马射线形成电子对后，本身被吸 收。
一般来说，当光子能量<0.1MeV时，光电效应 占主要地位；光子能量在0.1－2MeV范围内0时， 康普顿效应占比例最大；光子能量>2MeV时，电子 对效应处于主导地位。
放射性测井方法较多，每种方法都以研究岩石及其孔
隙流体的某种核物理为基础，大致分三类： • 伽马测井 研究伽马辐射为基础，包括自然伽马、自然伽 马能谱、地层密度（伽马－伽马）测井、岩性密 度测井等。 •中子测井 研究中子与岩石及其孔隙流体相互作用为基 础,包括超热中子、热中子、中子伽马、中子寿 命等。 •核磁测井 利用核磁现象研究地层自用流体含量。
Be9 + 2He4 6AC12 +0n1 + 。 4
中子与物质的作用
中子源发射出的快中子，它们与组成 物质的原子核发生作用。 可以分为以下两个作用阶段： (1)快中子的减速过程; (2)热中子的扩散及被俘获。
补偿中子测井与岩石含氢量
• 补偿中子测井响应主要反映岩石中的氢元 素含量。这是因为： • 沉积岩中不同元素对中子产生弹性散射 的几率（即散射截面）不同，氢元素的弹性散 射截面最大。 • 氢元素（其原子核仅1个质子）质量与中 子最接近，和中子碰撞后中子能量损失最大， 使中子减速成热中子的过程也最快。
热中子的扩散
快中子减速为热中子后，同
气体分子的扩散类似。它们从密
度大的地方向密度低的地方散。
热中子被俘获
热中子被俘获
热中子扩散时，由于速度较慢，在原 子周围停留时间就较长，因而很容易被原 子核俘获。 热中子被原子核俘获的几率取决于元 素的俘获能力，一般用“俘获截面”来描 述。
岩石中主要元素的俘获截面
放射性强度
定义：单位时间内发生衰变的原子核
的数目。
放射性强度与其中所含某种放射 性元素的含量有关。 单位：居里 （curie），即
每秒钟内有3.7107次核衰变。
国际单位：贝克 Bq.
半衰期
定义：放射性原子核的数目，由于衰变而减少到 原来一半时所需要的时间称为半衰期。用T1/2 表示。 测井中心现有各种源的强度和半衰期见附表
中子
中子是一种不带电的中性粒子，其质量与氢核 质量相近。中子与物质作用时，能穿过原子的电 子壳层而与原子核相碰撞，所以它具有较强的穿 透能力。
按能量大小，中子可分为： 快中子 (或称“高能中子”)：>100000eV； 中能中子：100eV～100000eV； 慢中子：<100eV。 其中，0.1eV～100eV的中子---超热中子, 0.025eV的中子---热中子.
原子核ZXA放出粒子（即电子）,形成新元 素Z＋1YA
放射性物质的三种射线
进一步研究表明，放射性物质能放射出三 种本质不同的射线：
射 线 射线 射线 射线
性 质
特
点
粒子流 电子束 光子流
带电荷 飞行速度近于光速 波长很短的电磁波
各种射线的电离和穿透特性
射线 α β γ 电离 最强 中 最弱 穿透岩石 最弱：0.001 厘米 0.9 最强: 30 厘米 厘米
晶体为透明的玻璃体，其重要特性为发出光脉 冲幅度和伽马射线能量成正比。相对其他探测器， 优点为探测效率高，死时间短。但易潮解，易碎。 晶体与光电倍增管之间的光导为需要保养耦合 的硅油，可使大部分荧光光子射到光电倍增管。 光电倍增管主要是将光脉冲转变为电脉冲的元 件，将光成比例地转变成较大的电压脉冲。
元素 氢 碳 氧 钠 镁 钾 氯 硼 铝 硅 钙 俘获截面(巴) 0.332 0.003 0.0002 0.515 0.063 1.97 32.6 755.0 0.23 0.13 0.43
补偿中子测井测量的信息
• 元素的原子核俘获热中子后，处于 激发状态。当它回到稳定的基态时，多 余的能量就以伽马射线（即“俘获伽马 射线”或“次生伽马射线”）的形式释 放出来。 • 补偿中子测井就是测量俘获伽马射 线。
放射性测井具有独特的优点，能够在井下快速 分析和确定岩石及其孔隙流体中各种化学元素含量的 有效方法，不受井内介质的限制，是套管井中唯一能 够进行地层评价的测井方法。
2.放射性测井 位素是稳定的，即
它们的结构和和能量不会发生改变。
自然界中还有一些同位素则不稳定，
康普顿过程示意图
散射光子能量
散射光子能量 原子 e 康普顿反冲电子
光电吸收
当伽马射线能量较低（低于0.25MeV）时， 它与组成物质的元素原子中的电子(内层束缚电 子）相碰撞之后，把自身的全部能量转交给电 子，使电子获得能量并脱离其电子壳层而飞出， 同时伽马射线被吸收而消失。这一过程称为 “光电效应”。被释放出来的电子称为“光电 子”。 产生光电效应的几率随着入射伽马射线能 量的增加而减小，随着元素原子序数的增大而 增大。
闪烁晶体分辨率
仪器的分辨率主要决定于晶体的分辨率。 伽马射线打到晶体上，产生荧光，然后 转移到光电倍增管上，光电子按总增益系 数倍增，形成电脉冲输出。输出脉冲的幅 度并非一样，而是围绕一个平均幅度涨落， 实测脉冲幅度分布如图。脉冲幅度越窄， 能够分辨两种伽马光子的能量差别越小， 故用分辨率去判定探测器的性能 分辨率η=
沉积岩中放射性物质的来源
通常认为，放射性元素最初存在 于火成岩中。当火成岩风化以及地表 水的作用，一部分易溶的放射性物质 便以溶液的形式搬运，而不易溶解的 则在水中与胶体和岩石及矿物的碎屑 一起搬运，最后随同沉积岩一起沉积 下来。
自然放射性与沉积岩中泥质的关系
除了钾盐外，沉积岩的自然放射性与岩石 中的泥质含量有密切的关系。岩石含泥质越多， 自然放射性就越强。这是因为： 1.构成泥质的粘土颗粒较细，有较大的比面 积，在沉积过程中能够吸附较多的溶液中放射性 元素的离子。 2.泥质颗粒沉积时间较长，有充分的时间同 放射性元素接触和进行离子交换。
它们能自发地改变结构，放射出射线， 并变成其它元素的同位素。这种不稳 定的同位素称为放射性同位素。
放射性同位素衰变的两种形式
放射性同位素通过放射出射线而从不稳定 到稳定的过渡，称为放射性同位素的核衰变。 第一种:衰变
原子核ZXA放出粒子（即氦核2He4）,形成 新元素Z－2YA－4 第二种:衰变
放射性测井原理
2004年10月10日
主要内容
一、 概况
二、 理论基础
三、 自然伽马测井
四、 自然伽马能谱测井
五、 地质应用
1. 概况
放射性测井是测量地层的自然放射性以 及人工核辐射与地层及井内介质的相互作用， 从而研究地层、井内介质的一些物理、化学 特性及油田开发过程中的动态变化。在石油 勘探和开发中，经常采用放射性测井方法来 研究和划分地质剖面，测定地层的吸水面以 及检查油井工程质量等。
自然伽马测井资料可用于划分地质剖面，确定 地层的泥质含量，进行地质对比，跟踪射孔， 寻找放射性矿物。
中子测井
中子测井属于放射性测井。它是利用岩石 的另一种特性，即岩石中的含氢量来研究岩石 性质和孔隙度的。 补偿中子测井（CN）也是一种不居中的测 井仪器。 它利用自身的化学中子源和长、短源距两 个探测器， 测量尚未被地层俘获的热中子密 度随源距的衰减率，并把衰减率转换成刻度过 的孔隙度值