第三篇 核子仪与放射性测井
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放射性测井之自然伽马测井
自然伽马测井是利用地层中自然存在的放射性元 素，如铀、钍等，测量地层岩石的自然伽马射线 辐射强度。通过测量自然伽马射线辐射强度，可 以推断地层岩石的孔隙度、含水量等性质。
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
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。
放射性测井
GR（API）
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
h>3d 曲线幅度不受 岩层厚度的影响； h<3d曲线的最大或 最小受岩层厚度的 影响（？）
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
四、影响因素 1、岩层厚度的影响 岩层厚度增加或减小，GR曲线减小或增大
地球物理测井—核测井
伽马测井的核物理基础
射线 射线
射线
带电 能量衰减快、 穿透能力弱
射程短
是频率很高 的电磁波、 能量高
穿透 能力强
射程长
中性粒子射线不是由核衰变产生的， 是由特殊的中子源产生的，特点是： 能量高、穿透力强
探测器能探测 到的射线：
中子射线、 射线
地球物理测井—核测井
伽马测井的核物理基础
2、同位素 同位素：质子数相同的同一类原子。 例：氢的同位素：氕、氘、氚
地球物理测井—核测井
伽马测井的核物理基础
3、核衰变
核衰变：放射性元素的原子核自发地释放出一种带电 粒子（或），蜕变成另外某种原子核，同时放射出 伽马（）射线的过程。
放射性： 自发地释放出、 ， 射线的性质
放射性核衰变的规律：放射性核数随时间按指数递减
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。
地球物理测井—核测井
辐射安全与防护培训-工业辐照3-2008-revised
工业辐射成像
放射性测井
放射治疗
工业测量 刻度源 消耗品 辐照装置
1 kBq
1 MBq
1 GBq
1 TBq
1 PBq
各类实践使用的放射源活度
清华大学
2001-12- 8
我国放射源使用情况
领域 核医学 放疗 辐照应用 工业探伤 密封源用户 用户数(千户) 1.5 0.7 0.1 0.3 6.7
2001 年统计结果 设备数(百台) 总活度（PBq）
清华大学
2001-12- 8
辐射源
Heliarc welding Special assembly procedure ensures uniform source density Nickel plated 60Co pellets Double encapsulatio n in low carbon stainless steel Stainless steel spacers customized to source volume High specific activity 60Co pellets
辐射方式 衰减 功率 效率 产品产量 环境问题 主要用途
单能，定向
单能，全方位 每年活度下降 12.6%
10-200kW 50%-80% 10MeV/15kW，3.1 t/h(10kGy) 无 辐射化工，环保，医疗用品的辐射 消毒，食品保藏，
1 MCi 相当于 14.8kW 20%-40% 1MCi，1.3t/h(10kGy) 废源需要处理 食品保藏，医疗用品的辐射消毒
优点分析
机器关掉辐射停止；环境保护好； 单向辐射；传输简单；有高的产额
可靠；辐射源无需修理；穿透力大；产品适 应性好； 辐射连续发射，源必须定期补充；辐射各向 同性，能量利用率低；源的运输，废源需要 回收处理
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。
放射性测井
4、其它
1)地层对比
J与岩石孔隙中的流体(油或水)的性质无关； J与地层水、泥浆的矿化度无关； J曲线的标准层容易获得。 2)沉积环境分析
J 、SP、ρs与岩层的粒度、分选性、泥质含量密切相 关，而这几个量与沉积环境密切相关，所以可以利用 Jr 、 SP、ρs进行沉积环境分析。
九、自然伽马能谱测井
定义
N高－N 低 API 200
N高为高放射性混凝土中的读 数；N低为低放射性混凝土中的读 数； API是美国石油学会的缩写； America Petroleum Institute
低放射性物质 混凝土
自然伽马测井的应用
1、划分岩性
1）砂泥岩剖面
粗砂岩 中砂岩 细砂岩 泥岩
Jr SP幅度 Ra Vsh
bcd 段：探测器上移过界面，直到探测器中点离 界面的距离为R。
1) 随探测器上移，探测器探测范围内的高放 射性物质逐渐增大，使曲线上升，直到探测器中 点离界面的距离为R时为止。 2) 探测器中点位于界面时，探测范围内的高 低放射性物质各占一半，所以为曲线的半幅值点。
efg段：分析方法同bcd段。 gh段: 分析方法同gh段。 注：薄层用2/3幅值分层 。
J r J rmin Vsh max J r J rmin
式中Jr, Jrmax,Jrmin分布为研究地层、纯泥岩、纯砂岩的自然伽马测井强度同 样要进行非线性校正:
2 1 V C 2 1
' sh VshC
3 、划分煤层
C ＝ 3.7 新地层
C ＝ 2.0 老地层
1)煤中的有机质与无机质都不含放射性物质，所以Jr低 。 2)煤的Jr与煤的灰分含量有关。
通过伽马能谱测井，可以获得5条参数曲线： （1）以百分比表示的钾含量曲线（K%）。 （2）以浓度表示的铀含量曲线（Ｕppm）及钍含量曲线（Th ppm）。 （3）合成的自然伽马曲线 (总计数率曲线GRSL) (API)。 （4）无铀自然伽马曲线（KTh）(API)。
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。
核科学在工业上的应用
核科学技术在工业的应用
制作人：张龙
核科学技术在工业上的应用分类
一.工业辐照 二.核子仪与放射性测量 三.工业射线探伤 四.放射性测井
工业辐射
1.定义：工业辐照，又称辐射加工，是指利用电离辐射与物质相互作用
产生的物理效应、化学效应和生物效应，对物质和材料进行加工处理 的一种核技术。
2.分类：Y辐射加工 和电子加速器辐射加工 等
2.具体的应用：组成过程控制和产品质量的控制的一部分等 3.分类：核子密度计 ，测厚仪，和粒度计
双管分层核子密度（湿度）仪
核子密度仪
工业射线探伤
1.定义：工业射线探伤是对一个部件或产品进行非破环性检验过程
2.具体形式：CT技术、康普顿散射成像技术、数字射线照相技术、辐
射数字成像技术
3.工业探伤辐射源的主要来源：X射线机、密封放射源和粒子加速
3.作用：用辐照装置进行物质的消毒。例如说我们医院对医疗产品、血 液产品、药物产品的消毒；食品厂对食品保鲜；杀虫；还有西斜聚合 物材料的合成。
封闭式UV消毒器
紫外线消毒器实物
核子仪与放射性测量
1.定义：核子仪是一种测量装置，由一个带屏蔽的辐射源（具有放射
性或能放出x射线）和一个辐射探测器组成。射线未穿过物质或者与 需要分析的物质相互作用，为连续分析或过程控制提供实时数据。
器
便携式X射线探伤仪
伽马射线探伤仪
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 究物质剖面，寻找油气、煤等矿产油井工程的地 球物理方法。在煤田、铀矿勘探和石油勘探中， 有着重要的地位。我们常用γ射线测井和中子测井。
放射性测井仪
制作人：张龙
核科学技术在工业上的应用分类
一.工业辐照 二.核子仪与放射性测量 三.工业射线探伤 四.放射性测井
工业辐射
1.定义：工业辐照，又称辐射加工，是指利用电离辐射与物质相互作用
产生的物理效应、化学效应和生物效应，对物质和材料进行加工处理 的一种核技术。
2.分类：Y辐射加工 和电子加速器辐射加工 等
2.具体的应用：组成过程控制和产品质量的控制的一部分等 3.分类：核子密度计 ，测厚仪，和粒度计
双管分层核子密度（湿度）仪
核子密度仪
工业射线探伤
1.定义：工业射线探伤是对一个部件或产品进行非破环性检验过程
2.具体形式：CT技术、康普顿散射成像技术、数字射线照相技术、辐
射数字成像技术
3.工业探伤辐射源的主要来源：X射线机、密封放射源和粒子加速
3.作用：用辐照装置进行物质的消毒。例如说我们医院对医疗产品、血 液产品、药物产品的消毒；食品厂对食品保鲜；杀虫；还有西斜聚合 物材料的合成。
封闭式UV消毒器
紫外线消毒器实物
核子仪与放射性测量
1.定义：核子仪是一种测量装置，由一个带屏蔽的辐射源（具有放射
性或能放出x射线）和一个辐射探测器组成。射线未穿过物质或者与 需要分析的物质相互作用，为连续分析或过程控制提供实时数据。
器
便携式X射线探伤仪
伽马射线探伤仪
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 究物质剖面，寻找油气、煤等矿产油井工程的地 球物理方法。在煤田、铀矿勘探和石油勘探中， 有着重要的地位。我们常用γ射线测井和中子测井。
放射性测井仪
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。
核测井(放射性测井)
W1 A1Th B1U C1K 1 W5 A5Th B5U C5 K 5 式中： Wi 第i个能量窗口的计数率 Ai、Bi、Ci 刻度系数
放射性核素的发现过程 △放射性核素 核素是指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,同一核素的原子核 中质子数和中子数都相等.
判断1H1、1H2、1H3是否位同一核素？？ 元素？？ 同位素？？放射性同位素？？
放射性核素及其核射线
1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀的化合物 能使包在黑纸里的胶片感光，由此发现了天然放 射性核素。 放射性核素 例: Co60 Ni60 +β 27 28
信号恢复面板(3725)是裸眼井测井仪器和计算机的专用接口。其 主要功能是对各种类型的测井信号进行复原处理，然后转换成数字 信号、接收处理深度编码信号和对CRT提供显示逻辑控制等。其电 路组成，按功能划分，主要包括模拟信号道及L．S．A／D转换器， 声波测井信号道及H.S.A／D转换器，放射性脉冲信号道及计数器， 脉冲编码接收解调电路PCM，深度编码接收处理电路和主控制器等。 这些电路分别安装在9块电路板上，各插板电路的功能见下图1，面 板电路框图见下图2。
核测井(放射性测井) Nuclear(Radioactive) Logging
绪 放射性测井的种类 核测井物理基础 自然伽马及自然伽马能谱测井 密度及岩性密度测井 中子测井 其它核测井 核磁共振测井
伽马测井核物理基础
核衰变及其放射性 放射性强度与活度 伽马射线(γ)与物质的相互作用
核衰变及其放射性
井下总线
下行信号线DSIG 作用:传输下行指令,DSIG既含有数据 信息也含下行时钟信息. 上行时钟线UCLK 作用: 井下仪器的数据在UCLK作用 下逐位输出至上行数据线上 上行数据线UDATA/GO 双向运行,每帧开始时,井下遥测单元 通过UDATA/GO总线,发出GO脉冲, 通知井下仪器,做好传输数据的准备. 然后,各井下仪器在UCLK作用下,依次 把数据送至上行数据线上,向上传输.
放射性测井
一．名词解释：4．半衰期：原子核衰变的个数是最初原子核一半时，所用的时间称为半衰期。
5．光电效应：射线穿过物质与原子中的电子相碰，并将其能量交给电子，使电子脱离原子而运动r光子本身则整个被吸收，被释放出来的电子叫光子，这种效应称为光电效应。
9．放射性涨落：用相同的仪器，在相同的测量条件下，对同一放射性体进行多次测量，其测量结果不相同都围绕某一个值上下涨落的这种现象叫放射性涨落。
10．微观俘获截面：一个原子核俘获热中子的几率叫微观俘获截面。
14．康普顿散射：伽马射线作用在原子核外电子上，伽马射线被散射且降低能量，而电子飞出原子成为康普顿电子（自由电子）的过程。
20 。
非弹性散射：高能快中子作用在原子核上，原子核变为复核后释放伽马射线又恢复原态，中子本身大量降低的能量散射过程叫非弹性散射。
30．扩散长度（Ld）：从产生热中子起到其被俘获吸收为止，热中子移动的直线距离叫扩散距离，扩散长度定义为35．减速长度：其定义为Ls=R2 /6 其中R为减速距离，它是中子起始位置和变为热中子的位置间的直线距离，Ls为减速长度。
40．微观弹性散射截面：一个中子和一个原子核发生弹性散射的几率叫微观弹性散射截面。
45．宏观俘获截面：1立方米物质中所有的原子核的微观俘获截面的和叫宏观俘获截面。
47．核衰变：放射性核素的原子核自发地释放出一种带电粒子（α和β）蜕变成另外一种原子核,同时放出r射线的过程叫核衰变.二填空:1.砂岩层的自然伽马测井值,随着砂岩的泥质含量增加而(增大).2.采用正源距的情况下,进行地层密度测井,地层密度值增大,则散射伽马计数率值(减小).3.地层的含氯量增加,则中子测井到热中子计数率(减小).4.岩性相同的淡水层和盐水层相比,探测热中子,热中子的计数率前者比后者(大).5.自然伽马测井曲线,对应厚层的泥岩放射性地层的中心处有(极大值).6.在中子伽马测井曲线上，气层的比油层的数值（高）。
7.补偿中子测井，为了补偿地层含氯量的影响，采用（双）源距探险测。
石油工程测井10_第3章核测井-31伽马射线类测井-2密度
密度测井的基本装置（仪器）
伽马射线源
放出伽马射线
探测器 （闪烁计数器）
探测伽马射线
铅屏
屏蔽由伽马源直接辐射进入探测器的 伽马射线
其他部分和自然伽马基本相同伽马源的选择我们知道，伽马射线与物质的相互作用主要有三 种，而只有康普顿效应才与地层的密度成正比关系。因此 密度测井的原理和技术手段首先要保证被探测的伽马射线 的强度主要反应伽马光子在地层中的康普顿效应。
放射性同位素载体法 测注水井的分层相对吸水量
对足够厚的地层来 说（忽略层厚影响）， 地层的吸水量近似地与 活化层造成的曲线异常 面积的增量成正比。
例1
吸水剖面图:
例2
图中自然伽马基线和 同位素追踪曲线1、2、3 分别为不同时间测得的伽 马测井曲线。不同时间测 得的曲线分离反映出层间、 层内吸水不均的特征。
I I e I I e L
0
或
(
Z A
)
N
A
e
b
L
0
因此，当L一定时，伽玛射线强度的衰减 就仅与物质的密度有关。
岩石的电子密度指数ρ e：为了方便，在密度 测井中引入电子密度指数的概念，其定义为 ：
e 2ne / N A
ne
N A.Z A
.b
由单一元素组成的物质， 其电子密度指数为：
单一化分物组成的物质，其 电子密度指数为：
它是描述发生光电效应时物质对伽玛光子吸收 能力的一个参数，它是伽玛光子与岩石中一个电子 发生的平均光电吸收截面，单位巴/电子。它与原子 序数有如下关系：
Pe .Z 3.6 , 为常数
可见地层岩性不同， Pe有不同的值。 Pe对岩性敏感，可 用来区分岩性。 Pe是岩性密度测井测量的一个参数。
伽马射线源
放出伽马射线
探测器 （闪烁计数器）
探测伽马射线
铅屏
屏蔽由伽马源直接辐射进入探测器的 伽马射线
其他部分和自然伽马基本相同伽马源的选择我们知道，伽马射线与物质的相互作用主要有三 种，而只有康普顿效应才与地层的密度成正比关系。因此 密度测井的原理和技术手段首先要保证被探测的伽马射线 的强度主要反应伽马光子在地层中的康普顿效应。
放射性同位素载体法 测注水井的分层相对吸水量
对足够厚的地层来 说（忽略层厚影响）， 地层的吸水量近似地与 活化层造成的曲线异常 面积的增量成正比。
例1
吸水剖面图:
例2
图中自然伽马基线和 同位素追踪曲线1、2、3 分别为不同时间测得的伽 马测井曲线。不同时间测 得的曲线分离反映出层间、 层内吸水不均的特征。
I I e I I e L
0
或
(
Z A
)
N
A
e
b
L
0
因此，当L一定时，伽玛射线强度的衰减 就仅与物质的密度有关。
岩石的电子密度指数ρ e：为了方便，在密度 测井中引入电子密度指数的概念，其定义为 ：
e 2ne / N A
ne
N A.Z A
.b
由单一元素组成的物质， 其电子密度指数为：
单一化分物组成的物质，其 电子密度指数为：
它是描述发生光电效应时物质对伽玛光子吸收 能力的一个参数，它是伽玛光子与岩石中一个电子 发生的平均光电吸收截面，单位巴/电子。它与原子 序数有如下关系：
Pe .Z 3.6 , 为常数
可见地层岩性不同， Pe有不同的值。 Pe对岩性敏感，可 用来区分岩性。 Pe是岩性密度测井测量的一个参数。
核辐射测井
律反映了原子核衰变的“共性”，衰变常数反映了各 种原子核的“个性”。
十一、半衰期
定义：放射性原子核衰变到数量减少一半所经过得时
间。 表示符号：T1/2
意义：表示原子核衰变的快慢。
T1/2和λ都表示原子核衰变的快慢。
ln2 0.693 T1/2= λ = λ
可见：原子核的半衰期与衰变常数成反比关系，即半
-dN/dt 的意义：表示在时刻 t 的单位时间内发生衰变的
_ dN N(t) / dt
原子核数，它与当时存在的原子核数N(t)成正比的。
衰变常数λ的确切物理意义 ：表示一个原子核在单位时
间内发生衰变的几率。 衰变常数λ量纲 ：[T]-1，通常用秒-1或分-1。
不同的放射性核素具有不同的衰变常数λ。指数衰减规
称为放射性活度，也称放射性强度，通常用符号A表示。
dN Aλ N N = A= dt
A=λN = λN0e-λt
-λt A e = 0
A0称为初始放射性活度。 放射性活度的单位：
①由于历史原因，习惯上采用居里（ Ci ）作为放射 性活度单位。它的定义是：一个放射源如果在每 秒内产生 3.7×1010 次衰变，这个放射源的放射性 活度即为1居里，即 ②放射性活度的国际单位是贝可勒尔，简称贝可， 记作Bq。它的定义是：放射源每秒产生一次衰变 为1贝可，1Bq=1s-1。 ③二者关系：
β射线： 是高速运动的电子流。它的穿透能力比α射线强(在金属中
为0.09cm)，但电离作用比α粒子弱。 原子核自发发射β射线的转变，称为β衰变。发生β衰变后， 原子核的原子序数改变一个单位，质量数不变。 在核辐射测井中，利用某些发射β射线的核素作为井间监 测示踪剂。
第三篇 核子仪与放射性测井
核子湿度密度仪
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核子湿度密度仪 用于快速、准确 地测量各种土、 沥青混凝土等建 筑材料的密度 和含水量，还可 测量铁路和公路 路基的湿密度。
核子湿度密度仪
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• 核子湿度密度仪内装有两个放射源 • 一个是137Csγ放射源，用于测量密度； • 另一个是Am－Be中子源，用于测量水分。
低位探测器 源
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料位计
用于测量高温、高压、易燃、易爆、有毒 和腐蚀性的物料 应用于石油工业、钢铁工业、水泥生产等
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密度计
如果材料的密度较低，穿过材料的γ射线就较强，探测 器在单位时间内的计数就较高。反之，如果材料的密度 较高，高密度材料对Υ射线的屏蔽较强，探测器在单位 时间内的计数就低。
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中子测井
• 大多使用Am－Be中子源，活度约n×10Bq～n×1011Bq （属于Ⅱ类源） • 中子测井包括 中子－中子测井和中子－γ 测井
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中子测井
• 中子－中子测井 • 中子与重元素相碰撞时，便被迅速弹回 • 当它碰到油层或水层等含氢丰富的地层时， 中子源或中子发生器所放射出的快中子的速 度就会被减慢，并被中子计数器记录下来。
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中子测井
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放射性示踪物质
• 一般常选用释放γ射线的同位素，选用原则 ：毒性低，半衰期适中，射线能量适中， 对载体附着能力强。 • 目前主要选用：131Ba，113In。注水剖面测井 主要采用131Ba。 • 井间示踪技术：HTO，包括氚标记的烃类 ，85Kr，六氟化硫，全氟碳，氙等。
工作原理： 射线照射靶物质时，通过光电相互作用，使 靶原子受激，退激时，跃迁能量以特征X射 线形式释放出来，称为X射线荧光。 不同元素的壳层电子受激发后，其退激时， 会发射不同能量的特征X射线，它们与元素 所处的物理和化学状况几乎无关。
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放射性测井
• 核测井的分类：大体分四类 • a)：γ测井。含自然γ和γ —γ测井（散射测井 ）。前者又分自然γ和自然γ能谱测井；后者又分 地层密度和岩性密度测井。 • b):中子测井。主要含中子寿命测井、 一般中 子测井和中子诱生γ测井。中子寿命测井也称热中 子衰减时间测井；一般中子测井含热中子测井和 超热中子测井；它们又含有单探测器中子和补偿 中子测井；中子诱生γ能谱测井通常包括快中子非 弹性散射γ能谱测井（即C/O比测井）、中子俘获γ 能谱测井和中子活化γ能谱测井等。
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第三篇 核子仪与放射性测井的 辐射安全与防护
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核仪器仪表及其他应用装置
• 了解核仪器仪表的应用概况
• 熟悉各类核仪器仪表的工作原理及应用 • 掌握核仪器仪表的安全与防护知识
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放射性测井的概念
• 测井：地球物理测井的简称，原先曾称为矿场地 球物理学，也称之为井中地球物理学、钻井地球 物理勘探。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。 • 核测井定义----将核技术应用于井中测量， 根据 岩石及其孔隙流体的核物理性质，研究井的地质 剖面，勘探石油、天然气、煤以及金属、非金属 矿藏，研究石油地质、油井工程和油田开发的核 地球物理方法 —称核测井〈又称放射性测井〉
透射式辐射仪表
工作原理 透射式辐射仪表的放射源和探测器分别 对应地安放在被测物质地两边，入射射 线穿透物质时被减弱了，同时探测器测 量出出射线的剂量率（或计数率）。
反散射式核仪表
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反散射式核仪表是利用射线与物质相互作用产生的反散射 的一种核仪表。
核反应式核仪表
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利用高能中子发生器把非放射性物质诱发成 放射性物质。 生成的放射性核素能发射出其能量可被识 别的特征γ射线。
核仪器仪表
•密封放射源仪表
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凡带有密封放射源都仪表统称为密封放射源仪表 。使用都放射源大多是Ⅳ、Ⅴ类源，活度一般在 107～1010Bq（毫居里级或居里级）水平
•使用X射线工作的仪器仪表
关键部件是发射X射线的器件。只有在通电开机时 才有X辐射
核仪器仪表
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按照照射线入射到探测器前与物质发生相 互作用的类型分为3类： •透射式辐射仪表 •反散射式核仪表 •核反应式核仪表
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X射线电路板检查机
X线机工作原理： 利用x射线的透射原理，x射线发生器发射出x射线穿透 电路板后，在接受装置上形成影像，通过放大后在显 示屏上形成的影像可以判断电路板的内部情况
X射线行李包检查系统
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X射线行李包检查系统
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• 工作原理： • 一束经经过准直器的非常薄的x射线束穿过输送带 上的被检物品，X射线被被检物品吸收，最后轰 击安装在通道内的探测器。 • 探测器把X射线转变为电信号，这些很弱的电流 信号被放大，并送到信号处理机箱作进一步处理 。 • 当被检物检查时，非常薄的扇形x射线束一线一线 地扫过被检物，相当于对被检物进行切片。图象 采集系统收集并存储每一扫描线的图象信息，而 得到了被检物的整个图像信息
测厚仪
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• 用于监测连续生产过程中金属板、薄膜、 纸张和镀层管的厚度 • 测厚仪常用的放射性同位素有14C、60Co 、85Kr、90Sr等。
测厚仪
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离子感烟火灾探测器
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离子感烟火灾探测器
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在探测器的电离室内放一α放射源Am-241，其不断地 持续放射出α粒子射线，使空气中的氮、氧等分子电离， 从而使得原来不导电的空气具有导电性。当在电离室两 端加上一定的电压后，使得空气中的正负离子向相反的 电极移动，形成电离电流。 当烟雾粒子进入电离室后，由于气熔胶吸附大量的正 负离子，使其中和。烟雾越浓，导致离子复合几率加快， 从而使空气中电离电流迅速下降，电离室阻抗增加，因 此根据R值变化可以感受到烟雾浓度的变化，从而实现对 火灾的探测。
中子水分计
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中子减速透射法 • 当快中子束透过物质层时，由于与核进行 散射碰撞，部分中子被减速，部分中子被 散射出物质。 • 透射束中的慢中子(或热中子)将随水分增大 而增多。
中子水分计
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• 中子衰减法 当中子束通过待测物质，由于散射和吸收作用， 中子束强度会被减弱。减弱程度主要由物质的水 分、含硼量和含氯量等决定。根据此法设计的中 子水分计属于透射型。 • 散射法 当中子束被待测样品散射后，散射束的强度因水 分不同而异，随着水分增大而增大。根据此原理 设计的中子水分计叫散射计
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中子测井
• 大多使用Am－Be中子源，活度约n×10Bq～n×1011Bq （属于Ⅱ类源） • 中子测井包括 中子－中子测井和中子－γ 测井
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中子测井
• 中子－中子测井 • 中子与重元素相碰撞时，便被迅速弹回 • 当它碰到油层或水层等含氢丰富的地层时， 中子源或中子发生器所放射出的快中子的速 度就会被减慢，并被中子计数器记录下来。
离子感烟火灾探测器
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•主要使用241Am放射源，含量约几kBq到40kBq 不等，小于豁免水平。 • 离于型感烟火灾探测器的制造、装配和拆洗工 作属于放射工作。作业场所应配备外照射剂量监 测和表面污染的监测仪器。
中子水分计
按测量方式 插入型 表面型 透射型 散射型
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中子水分计
静电消除器
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• 静电消除器不断地放射出的射线能使介质( 空气)电离，这样就在静电的表面与消除器 之间形成了通路，使积累的静电泄漏或中 和，从而完成静电消除工作。 • 大多采用β 放射源147Pm(钷pǒ) 90Sr、90Y(钇 Yǐ)、204Ti等放射性同位素生产静电消除器 。也有使用α粒子作为静电消除器放射源的 ，虽然它的射程短，但发射的局部能量较 高
低位探测器 源
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料位计
用于测量高温、高压、易燃、易爆、有毒 和腐蚀性的物料 应用于石油工业、钢铁工业、水泥生产等
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密度计
如果材料的密度较低，穿过材料的γ射线就较强，探测 器在单位时间内的计数就较高。反之，如果材料的密度 较高，高密度材料对Υ射线的屏蔽较强，探测器在单位 时间内的计数就低。
测厚仪
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• 放射性同位素射出的射线通过被测物质时 ，局部被吸收或散射。 • 当放射源的强度和被测物质不变时，射线 强度的变化仅与被测物质的厚度有关。
测厚仪
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• 放射性测厚仪按辐射方式分为穿透式（透 射式）和反散射式两种 • 按使用的放射源的种类，测厚仪分为： β 射线测厚仪 γ 射线测厚仪 韧致辐射测厚仪 X射线荧光测厚仪
核子湿度密度仪
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• 测量水分时，中子源发射的中子进入被测 材料，高能中子与被测材料水分中的氢原 子相互作用而降低能量成为慢中子，慢中 子被仪器内的探测器接收。 • 被测材料含水量大，慢中子数就多，探测 器的计数就高，反之就低。然后，微处理 机把接收到的计数通过数据处理，得到被 测材料的水分量。
集装箱检查系统
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γ射线测井
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• γ射线测井在煤田地质勘探中广泛应用。 • 应用放射性同位素60Co、241Am或137Cs • 物质密度小，吸收γ射线少，而散射γ射线多
γ射线测井
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• 粉沙岩、砂岩、石灰岩的密度都比煤(包括：无烟 煤、贫煤、瘦煤、气肥煤和焦煤)的密度高。 • 探测时用滑车把带有60Co或241Am或137Cs的测井仪 放人钻井中。 • 当放射性同位素放射出的γ 射线穿过井壁射进煤 层时，由于煤的密度小，吸收 γ 射线少，散射回 来的γ 射线多，探测器接收后输出的信号电流就 强，于是记录仪器上就呈现出信号电流的高峰。 反之，在记录仪器上就出现了较平缓的曲线。
静电消除器
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• 在装有静电消除器的区域工作的人员不会 受到有影响的辐射照射，但是维修静电消 除器的工作人员在短时间内会接受某一种 程度的受照剂量。 • 所以，维修、安装、保管静电消除器的人 员要佩戴个人剂量计，并定期监测和建立 个人剂量档案
X荧光分析仪
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X荧光分析仪
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核子湿度密度仪
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• 测量密度时，137Cs源发出γ射线进入被测材 料，穿过被测材料的γ射线被装在 仪器内的 探测器(G-M计数管)接收并给出计数。 • 如果材料的密度较低，穿过材料的γ射线就 较强，探测器 在单位时间内的计数就较高 ，反之，如果材料的密度较高，高密度材 料对γ射线的屏蔽较强，探测器在单位时间 内的计数就较低
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中子测井
中子－γ 测井 当中子源或中子发生器放射出的快中子通过 石油、水等含氢丰富的地层时，与周围物质 的氢核相碰撞，变成慢中子，它易被其他物 质俘获，产生γ 射线，而被附近安放的探测 器接收，记录仪就出现了电流信号的高峰 反之，如果岩层中没有石油和水，中子就一 直穿入地层深处才能被减慢下来，被地层原 子核俘获，因此探测器的信号电流就弱。
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• c):放射性核素示踪测井。这种方法是利用 放射核素作为示踪剂，将掺入流体中，并 注入到井内，通过流体在井中的流动而使 核素分布到各种孔隙空间。利用核γ测井对 示踪剂进行追踪测量，确定流体的运动状 态及其分布规律。 • d):核成像测井。如核磁共振成像测井等。
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常见的核子仪及测井用放射性同位素简介
工作原理： 射线照射靶物质时，通过光电相互作用，使 靶原子受激，退激时，跃迁能量以特征X射 线形式释放出来，称为X射线荧光。 不同元素的壳层电子受激发后，其退激时， 会发射不同能量的特征X射线，它们与元素 所处的物理和化学状况几乎无关。