中子孔隙度测井
中子测井和孔隙度的关系
中子测井和孔隙度的关系
中子测井是一种常用的地球物理测井方法，用来确定地层的孔隙度。
孔隙度是指岩石或土壤中孔隙的比例，它是岩石或土壤的重要物理性质，对于地质、工程和环境领域具有重要意义。
中子测井通过测量地层中的中子散射来确定孔隙度。
中子是一种电中性粒子，能够穿透大部分物质而不受其影响。
当中子穿过地层时，会与地层中的原子发生散射作用。
不同种类的原子对中子的散射效应不同，从而可以通过测量散射中子的能量来确定地层中的原子组成和孔隙度。
中子测井仪器中通常包含一个放射源和一个探测器。
放射源会产生中子，并将其发射入地层中。
当中子与地层中的原子发生散射时，探测器会测量散射中子的能量。
根据散射中子的能量与原子组成的关系，可以计算出地层的孔隙度。
孔隙度是地层中的孔隙空间占总体积的比例，它对于石油勘探和开发具有重要意义。
在石油勘探中，孔隙度可以帮助确定油气储层的含油含气量，从而指导开发策略。
在水资源开发和环境工程中，孔隙度可以帮助评估地下水储量和水文特征，从而指导水资源开发和环境保护。
中子测井作为一种重要的地球物理测井方法，已经被广泛应用于石油、水资源和环境等领域。
通过测量地层中的中子散射，可以确定
地层的孔隙度，为地质和工程领域的研究和开发提供了重要的数据支持。
中子测井原理及应用
授课人：李品 单位：武汉地大华睿地学技术有限责任公司
常规中子孔隙度测井
• 一、中子测井的一般原理
• 二、中子-中子测井
• 三、中子-伽玛测井
一、中子测井的一般原理
（一）弹性碰撞中的快中子能量损失
在实际的弹性散射过程中，中子与靶核并不总是正面碰撞，因此，每次碰撞 后，中子损失的能量并不相同，这与散射角有关。当快中子与原子核碰撞多次，使 中子能量降低为0.025ev时，这时的中子为热中子。中子变为热中子时，就像分子 热运动一样在物质中进行扩散，当它再与原子核发生碰撞时，失去和得到的能量几 乎相等。 对于初始能量为2Mev的快中子，在不同元素中减速为热中子所需的评价碰撞次 数如下表所示
例如用补偿中子测井得出视石灰岩孔隙度14%，对于石灰岩即为
地层的真孔隙度；对于白云岩，地层的真孔隙度为7%；对于砂岩， 地层的真孔隙度为18%，如图2-20中标有的虚线所示。单独用中子 测井确定孔隙度时。。。！
2)中子-密度、中子-声波组合确定地层 孔隙度和判断岩性 图2-21是中子-密度测井确定岩性和孔 隙度的交会图。通过补偿密度测井和补偿 中子测井读数,在图中得出交会点,由交会点 的位置即可得出相应的岩性和孔隙度。
直接反映着孔隙度的大小，因此，中子-热中子测井读数同岩石的孔隙度之间
具有如下的关系：
lgN=−aφ +b
式中：N为热中子计数率
（2-26）
a为与井径、源距等有关的系数， b为仪器常数
二、中子-中子测井
（一）中子-中子测井原理
1、中子-热中子测井
利用式（2-26），可以在已知系数a和b的情况下，由中子 -热中子测井读数求得探测地层的孔隙度。但是，当含氢量一定 的岩石中还含有俘获能力很大的元素（如氯元素时），由于热 中子被强烈吸收，使热中子密度明显降低（见图2-13）.此时， 测井读数将不再是岩石含氢量的单衣反映，由此计算的岩石孔 隙度将产生较大的误差。
中子孔隙度测井概述
H H ma (1 ) HW
• 中子测井时测得的孔隙度实质上就是等效含氢指数； 刻度条件：使饱含淡水石灰岩地层的含氢指数等于充 淡水孔隙度，则石灰岩地层
H ma 0
H
• 其他岩性地层，需要进行岩性校正；只有岩性、孔隙 流体、井眼条件与仪器刻度条件相同时含氢指数等于 总孔隙度。
第3章 同位素中子源测井
• 放射性中子源 发射的中子能量只有几MeV，中子
与地层的相互作用过程为弹性散射、俘获辐射和
热中子活化核反应。
• 根据测量对象的不同，分为超热中子测井、热中 子测井和中子伽马测井；最早出现的是中子伽马 测井，先用盖革米勒计数管，后又出现闪烁体探 测器；随着中子探测器，尤其是He-3计数管的应
第3章 同位素中子源测井
• 中子注量率：空间一定点上，单位时间内接收到的中子
注量称为中子注量率，常用φ表示，单位为n/(cm2∙s) 或
(cm-2∙s-1)，又称为中子通量。 • 对于放射性核素中子源，设测量位置和源相距为R，且 R远大于源的尺寸，则可以把中子源看成点源，由于其 放出的中子基本上是各向同性的，所以在R处的中子注 量率可按照下式计算：
第3章 同位素中子源测井
• （3）双组扩散理论
• 把中子减速过程分为两个阶段：快中子减速阶段
和热中子扩散阶段。
• ①快中子减速阶段
• 快中子的通量分布为 ：
1 r / L 1 (r ) e 4D1 r
• D1为快中子扩散系数，L1为快中子减速长度。
第3章 同位素中子源测井
• ②热中子的扩散阶段
0.01
3.0x10
-3
1E-3
3% 33.8% 100%
2.0x10
第三章 中子测井
第三章 中子测井 概述中子测井利用中子与地层物质相互作用的各种效应，测量地层特性的测井方法的总称。
根据中子测井仪器记录的对象不同可以分为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧—伽马能谱测井—中子—伽马测井—中子—超热中子测井—中子—热中子测井—中子按仪器结构特征的不同，可以分为普通中子测井，贴井壁中子测井，补偿中子测井等。
从中子源发出的高能中子与地层物质的原子核发生各种作用，其结果是高能中子逐步减弱为超热中子和热中子，或被原子核吸收，发生核反应。
中子与物质相互作用的类型有：非弹性散射；弹性散射；核俘获引起的核反应等。
探测仪器记录的低能中子的数量或原子核俘获中子发出的伽马射线的强度与地层对中子的减速能力和吸收特性有关。
中子测井正是利用了这些特性对地层进行探测的。
1）中子测井测量地层孔隙度的原理氢核与中子的质量几乎相等，是最强的减速物质。
因此，中子测井的结果将反映地层的含氢量。
在油层或水层中，储集空间中被含氢核的油或水充填，这样储集体中含氢量的多少反映岩石孔隙度的大小。
因此，中子测井是一种孔隙度测井方法。
2）油层和气层对中子的减速能力的差异非常明显，因此中子测井也是一种指示油气层的测井方法。
3）氯是地层中重要的中子吸收物质，氯是大多数地层水的主要离子成分，可见中子测井对于划分油水层也有重要作用。
4）中子与地层中的原子核发生非弹性散射，使原子核处于激发态，在退激时发出伽马射线。
这些伽马射线的能量，反映靶原子核的能级结构。
因不同的原子核其能级结构是不同的，因此发出的伽马射线的能量也是不同的。
我们把这种不同原子核发生的伽马射线称为特征伽马射线。
测量地层发射的伽马射线的能谱，就可以分析地层中元素的成分。
例如：碳核的特征伽马射线为Mev Er 43.4=氧核的特征伽马射线为 Mev Er 13.6=对于给定的中子源，中子与地层中的碳核和氧核发生非弹性散射次数的多少，取决于地层中相应核素的多少，取决于地层中相应的核素的丰度。
即特征伽马射线的强度取决于地层中碳核、氧核的数目。
脉冲中子孔隙度测井
达拉斯,德克萨斯美孚研发公司 文摘 脉冲中子孔隙度 (PNP)测井是一种通过测定超热中子发射脉冲中子随 时间的衰减来确定地层孔隙度的新方法。 脉冲中子技术相比于稳态 中子孔隙度测井可以提供很好的孔隙度灵敏度和减少岩性依赖。 一个 PNP 型模本测井仪已经被制造和测试。这套仪器包含一个脉冲控制 14-MeV 中子生产的中子管,一个超热中子探测器(3He 覆盖着 Gd 箔), 和一个关于生产中子探测脉冲，探测超热中子的时间分析器。超热中 子形成于脉冲生产中,然后以一个随地层孔隙度变化的速率衰减。其 孔隙度灵敏度优于现有的声波、密度、补偿中子技术。 现场测试的一些油井展示了优秀的可重复性。 相比于中子补偿和井壁 超热中子测井显示了类似的测井特点,但在一些区域有差异,显示了很 好的岩心孔隙度，显然是减少和降低页岩岩性依赖反应有关。 引言 使用核技术的孔隙度测井巳开展多年。 早期的井下仪包括密封的
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长江大学
中子源及单个伽马和热中子探测器。 由这些仪器测定孔隙度常常很不 理想，因为除地层的孔隙度之外，还有许多变量影响测量。井壁中子 孔隙度仪(Tittman 等 .1966)使这些问题得以减少， 它是将源和探测器 固定在与井壁接触的压紧装置上，测定超热中子。但低计数率和无法 统计规律的揉皱孔隙仍是一个的问题,然而， （Allen 等，1967)建议使 用两种热中子探测器在不同间距从源头补偿钻孔扰动。 这种中子补偿 系统(Alger 等.,1971)在今天仍被广泛使用。这套系统有两个热中子探 测器或者两个超热中子探测器 (Davis 等,1981)。 最近,使用中子产生加 速 器 连 续 输 出 模 式 系 统 已 经 被 开 发 出 来 (Gartner,Schnoor, 和 Sinclair,1986)。更换胶囊放射源中子发生器的系统因为放射源可以关 闭而使操作更加安全,以及当它开启时的更强烈的中子通量。 本文介绍一种新型的中子孔隙度仪。它带有一个脉冲中子发生器， 探测超热中子随时间的衰减。这种脉冲中子孔隙度 (PNP)仪是基于以 下原理工作:超热中子总数(Mills, 1978)的衰减率主要是中子与氢的相 互作用，且很少依赖于地层的岩性。PNP 法的随时间而变化的测量较 之稳态法减小了岩性效应，提高了固有孔隙的灵敏度。尤其，PNP 法 优于岩性效应较小的井壁中子孔隙度法， 并能由观测的超热中子衰减 获得偏距校正。脉冲中子俘获(PNC)也使用中子脉冲。但不应将 PNP 测井方法与 PNC 混为一谈。PNP 是孔隙度测量，它探测超热中子，且 使用较快的脉冲率。另一方面，PNP 主要确定孔隙度的生成、水饱和 和流体的盐度。PNC 测量由热中子俘获(主要在氯中)产生的γ射线，
中子测井
• 地层对热中子的俘获截面越大，则对热中 地层对热中子的俘获截面越大， 子的俘获能力越强， 子的俘获能力越强，热中子扩散距离及寿 命越短。 命越短。 • 氯核素的俘获能力强。 氯核素的俘获能力强。
– 地层水（地层水矿化度） 地层水（地层水矿化度）
NMR
• 中子测井反映的是地层中含氢指数，因此 天然气水合物中子测井响应取决于单位体 积的氢原子数。当水合物形成时，要从相 邻地层中吸收大量淡水，同时单位体积水 合物中有20%的水为固态甲烷所取代，这就 导致一单位体积沉积物内的含氢量大大增 加。即便因水合物形成引起的沉积物密度 降低会减少沉积物的含氢量，但最终还是 会导致单位体积内沉积物的含氢量增加， 从而导致中子孔隙度增加。
中子测井的类别
• 超热中子测井（SNP）—井壁中子测井 （SNP） 井壁中子测井
– 由快中子源发出的快中子在地层中运动，与地 由快中子源发出的快中子在地层中运动， 层中的各核素发生弹性散射，能量逐渐减小， 层中的各核素发生弹性散射，能量逐渐减小， 速度降低，成为超热中子， 速度降低，成为超热中子，其减速过程的长短 与地层中的核素类型及数量有关。 与地层中的核素类型及数量有关。 有关 – 探测探测器周围中子变为热中子之前的超热中 子密度，以反映地层的中子减速特性， 子密度，以反映地层的中子减速特性，进而计 算储层孔隙度和对储集层进行评价。 算储层孔隙度和对储集层进行评价。
• 热中子测井（CNL）—补偿中子测井 （CNL） 补偿中子测井
– 由中子源发出的快中子在周围介质中减速成热 中子， 中子，探测热中子密度的测井方法叫热中子测 井。 – 补偿中子测井一是通过测量热中子计数率，确 补偿中子测井一是通过测量热中子计数率， 定地层的减速能力， 定地层的减速能力，判断地层岩性和计算地层 孔隙度的一种测井方法。补偿中子测井CNL CNL是 孔隙度的一种测井方法。补偿中子测井CNL是 较好的一种热中子测井方法。 较好的一种热中子测井方法。
第九章中子测井
三、 中子的探测
目前主要用于慢中子探测的核反应有：
5
B 0 n 3 Li α 2.792MeV
10 1 7
3
Li 0 n 1 H
6 1
3 1 3
3
α 4.780MeV
He 0 n 1 H p 0.765MeV 2
利用以上反应产生的α或p粒子使探测器的计数 管气体电离形成电脉冲信号，或使探测器的闪 烁体形成闪烁荧光产生电脉冲信号，记录中子。
中子测井仪是在饱含淡水的纯石灰岩刻度井 中将热中子或者超热中子计数率刻度为孔隙度， 记为N，常称中子孔隙度（即含氢指数）: 对饱含淡水的纯石灰岩： N = 对饱含淡水的纯砂岩： N < 对饱含淡水的白云岩： N >
5.与有效孔隙度无关的含氢指数 （1）泥质：因含束缚水和结晶水，因而有很 高的含指数。大小由泥质孔隙体积和矿物成分 决定。 （2）石膏： CaSO
V1（石灰岩）
V1( 石灰岩）
V2 （石灰岩）
V3（水）
V2(气)
V3(水)
N= V3 Hw= 3
N< V3 Hw= 3
二、补偿中子孔隙度测井 1.仪器 同位素中子源：产生5MeV快中子
近探测器（35 40cm）
远探测器（50 60cm） API单位
比值
得到热中子计数率
中子孔隙度
H S xo H w (1 S xo ) H h
但测井时会出现 ：
N SXO=XO
也就是说：当Hh=0,即把含天然气的孔隙体积当 做岩石骨架处理时N还小于XO，这说明天然 气对快中子的减速能力比石灰岩骨架还低，所 以显示为负的含氢指数，把天然气对中子测井 的这种影响称为挖掘效应。
中子测井
Lf 定义为：
def
Lf
ln(E0 / Et)
(sH 's ')(sH 3s ')
Σs.H 岩石中氢的宏观散射截面 ζ’除氢以外岩石对中子的能量减缩 Σ’s除氢以外岩石中的宏观散射截面
勘探开发工程监督管理中心
一、中子测井的核物理基础
2
中子和物质的作用
4、热中子扩散和俘获
(1) 热中子的扩散
中子测井
二零一四年六月十七日
中子测井(NUETRON LOGGING)：种用中子和地层的相互 作用的各种效应，来研究钻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 和中子寿命测井等具体方法。
测井时，由下井仪器中的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， 由下井仪器的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。
2
中子和物质的作用
2、快中子对原子核的活化
快中子除发生（n，n’）反应外，还可发生（n，a），（n，p ）核反应。这些反应产生新原子核。有一定的半衰期，衰变放 射出带电粒子和γ射线，其中伽马射线称为次生活化伽马射线 。
活化测井：如：硅测井，铝测井，钙测井，氯测井
硅活化：
14 Si 28 0 n1 13 Al 28 1p1
(4)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， 在数值上等于平均扩散自由程（1／Εa）与热中子平均速 度的比值。它和宏观俘获截面的关系为：
2
中子和物质的作用
(6) 岩石宏观散射截面
【中国石油大学-地球物理测井-课件】第06章 中子测井
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1. 影响中子计数率的因素
➢ 超热中子的分布只与含氢量 有关，基本不受俘获影响；
➢ 热中子的空间分布既与岩层 的含氢量有关，又与含氯量 有关；
➢ 孔隙度越大，含氢越多，测 井时计数率越低；
➢ 通过热中子计数反映岩层含 氢量，进而反映孔隙度时， 氯就是干扰因素。补偿中子 测井的“补偿”就是补偿掉 氯的影响。
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Σa：1cm3物质的原子核σ之和
➢ 沉积岩常见核素中氯对热中子的俘获能力最强（见课本图表），而地 层中的氯主要存在于地层水内，利用此反应可区分油气和水；
➢ 热中子寿命：热中子从生成开始到被俘获吸收为止经历的平均时间：
tHale Waihona Puke 1 v a（v是热中子移动速度，常温25℃下为0.22cm/μs）
5
（4）热中子的俘获反应
➢ 快中子减速形成热中子后不再减速，而是在介质中由热中子密度大的 区域向密度小的区域扩散，直到被介质原子核俘获；
➢ 原子核俘获热中子而形成激发态的原子核(复核)，放出γ射线回到基态， 所产生的γ射线称为俘获伽马或中子伽马；
➢ 不同原子核对热中子的俘获能力不同，用俘获截面来衡量：
加镉做为屏蔽层吸收掉热中子，内层加石蜡把要计数的超热中子 减速为热中子后再计数。
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第六章 中子测井
6.1 中子测井的核物理基础 6.2 中子孔隙度测井 6.3 中子寿命测井 6.4 其它脉冲中子测井
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6.2 中子孔隙度测井
在地下储集层中，孔隙空间一般都充满了流体。无论水、油和气 都含有氢，而岩石的骨架部分基本不含氢，因而通过测量岩石的 含氢量，可以确定岩石孔隙度。
中子孔隙度测井
第3章 同位素中子源测井
• （2）源距选择 • 在负源距区：计数率高，含氢指数高的地层统计精度
高，但源距短探测深度浅，受井壁条件影响大，且中 子源和探测器之间必须加屏蔽体，致使负源距的尺寸 靠近零源距，几乎不具备对含氢指数的分辨能力。
第3章 同位素中子源测井
• 在正源距区：这是唯一能实施计数的区间，虽然计 数率低，且含氢指数越高精度越差，但随着源距增 大对含氢指数分辨率会提高，综合考虑对统计精度 和分辨率的要求，源距一般限制在30~45cm之间。
(r) 1 er / L 4Dr
第3章 同位素中子源测井
• （3）双组扩散理论
• 把中子减速过程分为两个阶段：快中子减速阶段 和热中子扩散阶段。
• ①快中子减速阶段
• 快中子的通量分布为 ：
1 (r)
1
4D1r
er / L
• D1为快中子扩散系数，L1为快中子减速长度。
第3章 同位素中子源测井
第3章 同位素中子源测井
• （5）孔隙性纯岩石地层的含氢指数
• 孔隙度为φ、充满淡水的纯岩石含氢指数表达式为：
H Hma (1) HW
• 中子测井时测得的孔隙度实质上就是等效含氢指数； 刻度条件：使饱含淡水石灰岩地层的含氢指数等于充 淡水孔隙度，则石灰岩地层
Hma 0
H
• 其他岩性地层，需要进行岩性校正；只有岩性、孔隙
第3章 同位素中子源测井
• 2、含氢指数 • 地层对快中子的减速能力主要决定于它的含氢量。 • 在中子测井中，将淡水的含氢量规定为一个单位，
而1cm3任何岩石或矿物中的氢核数与同样体积的淡 水的氢核数的比值定义为它的含氢指数，用H或者 HI来表示，与单位体积中介质的氢核数成正比。
中子测井和孔隙度的关系
中子测井和孔隙度的关系
中子测井是一种用于测量地下岩石孔隙度的方法，通过测量地
层中的中子散射来推断岩石孔隙度。
中子测井仪器发射中子束进入
地层，当中子与地层中的原子核相互作用时，会发生散射。
根据中
子的散射情况，可以推断出地层孔隙度的信息。
孔隙度是指岩石或土壤中孔隙的体积与总体积的比值。
而中子
测井可以通过测量中子的散射情况来推断地层的孔隙度。
具体来说，当中子穿过地层时，会与地层中的原子核发生散射，不同孔隙度的
地层对中子的散射有不同的响应。
一般来说，孔隙度越大的地层，
中子散射的强度就越大，反之亦然。
因此，通过分析中子测井数据
中的散射强度，可以推断地层的孔隙度。
此外，中子测井还可以结合其他地层参数一起综合分析，来更
准确地确定地层的孔隙度。
例如，可以结合测量的密度数据，通过
密度孔隙度方程来计算孔隙度，然后与中子测井得到的孔隙度进行
对比和验证，从而提高孔隙度的准确性。
总的来说，中子测井和孔隙度之间的关系是通过测量地层中的
中子散射来推断地层的孔隙度。
这种方法在油田开发和地质勘探中
具有重要的应用意义，能够帮助地质工作者更好地理解地层的孔隙结构和储集特征，为油气勘探和开发提供重要的地质参数。
中子测井--CNL-XIAHQ
隙、侵入浅的含气纯地层(下图)
孔 隙 度 曲 线 重 叠 判 断 气 层
五、CNL--补偿中子测井(Compensated Neutron Log) 1.补偿中子测井的原 理(探测热中子密度) 1)下井仪 2)原 理 2.用途(与SNP相同)
利用两个不同源距探测器所测得的计数率之
2)超热中子的空间分布 不同、岩性不同，则超热中子在中子源周 围的分布不同。 --含H --L S --超热中子在源附近分布-L源小， 计数率高 --含H --L S L源大， 计数率低
--超热中子在离源较远地方分布
L源小，计数率低
L源大，计数率高
小结：小源距--含氢量与记数率成正比；大源 距--含氢量与记数率成反比.
例：一砂岩的Ф n=14.2，求该岩层的真Ф ？
n - nma nf - nma
真17% ？
2)交会图法确定岩性(骨架成分)和孔隙度; 3)中子-密度测井曲线重叠法确定岩性; 4)估计油气密度og; 5)定性指示高孔隙度含气层;
孔隙中含天然气比同含水、油 的H相对偏低(天然气的含H量低)，而d
2)脉冲中子源(用氘轰击氚产生中子) 人可控制!
二、中子和地层(物质)的相互作用(有3种形式)
1.快中子非弹性散射阶段
n’
碰撞 基态原 快n
子核
碰撞后的中子 变成
激发态原子核 （获得内能）
放出次生伽马射线
2.快中子的弹性散射阶段 快n 基态原子核
n’能 量降低
激发态原子核 （获得动能）
该过程的能量是守恒的 每次弹性碰撞的平均能量损失： E=2AER /(1+A)2 A越小, E大; A越大, E小. 元素周期表中 ，H的A最小。物质含H多，则弹性散射时间短 ，减速能力强。
中子孔隙度测井汇总
中子孔隙度测井汇总中子孔隙度测井的原理是利用自然伽马辐射和中子衰减的原理来测量地层中的孔隙度。
该方法通过测量地层中的伽马射线和中子流，并分析其与地层相互作用的物理特性，来计算孔隙度。
中子射线通过地层时，可能被地层中的水、油和岩石等物质吸收，使中子流的强度减小。
通过测量减小的中子流强度和其他参数，可以推断出地层的孔隙度。
中子孔隙度测井需要使用一种称为中子密度测井仪的测井工具。
该工具通常由中子源、探测器以及其他必要的测量系统组成。
中子源产生高速中子束，通过地层，并与地层中的核物质相互作用。
中子流将散射回来，并被探测器检测到。
探测器测量散射中子的能量和数量，并将其转化为地层的孔隙度。
中子孔隙度测井的应用非常广泛。
在油气勘探和开发中，中子孔隙度测井可以帮助评估岩石储集层的孔隙度，从而评估储层的储量和产能。
此外，中子孔隙度测井还可用于评估水资源、煤矿和地热储层等其他地下储层的孔隙度。
在实际应用中，中子孔隙度测井还可以与其他测井方法相结合，例如密度测井、声波测井等。
通过多种测井方法的综合分析，可以更准确地评估地层的孔隙度，并提供更可靠的地质参数。
尽管中子孔隙度测井方法简单易行，但在实际测井中仍存在一些挑战。
例如，地层的复杂性和非均质性可能会引起测井结果的偏差。
此外，测井仪器的精度和校准也会对测井结果产生影响。
因此，在进行中子孔隙度测井时，需要进行精确的数据处理和解释。
总的来说，中子孔隙度测井是一种常用的地球物理测井方法，可用于评估地层的孔隙度和储层特性。
通过分析中子流与地层相互作用的物理特性，可以推断出地层的孔隙度，并为油气勘探、水资源评估和地热储层开发等提供有价值的信息。
在实际应用中，需要综合考虑其他测井方法的结果，并进行准确的数据处理和解释，以获得可靠的测井结果。
中子孔隙度测井汇总
第3章 同位素中子源测井
• （1）含氢指数的表达公式 • 对于化合物，其含氢原子核数目为：
N N Ax
M
• 其中NA为阿伏伽德罗常数，x为一个化合物分子 中含有的氢原子数，ρ为化合物的密度，M为化合 物的摩尔质量。
5.3
10.1~10.9
1.0
0.463~0.52 15.9~16.2
42.2~42.6
3.8
9.7~10.2
0.50
0.375~0.411 14.7~15.0
38.6~39.1
3.1
9.4~9.9
0.25
0.328~0.352 13.7~14.1
37.9~38.2
2.7
Байду номын сангаас
9.1~9.5
0.10
0.293~0.309 13.2~13.3
减速作用。 • 假设能量为2MeV的中子要热化成热中子，选用不同
的减速剂所需要的热化碰撞次数相差很大，1H核： 18.2， 12C核：114，16O核：150；而能量为1MeV的 中子热化成热中子，28Si核：244；40Ca核：340。 • 因此岩石骨架虽然不含氢，但具有等效的含氢指数。
第3章 同位素中子源测井
• （5）孔隙性纯岩石地层的含氢指数
• 孔隙度为φ、充满淡水的纯岩石含氢指数表达式为：
H Hma (1) HW
• 中子测井时测得的孔隙度实质上就是等效含氢指数； 刻度条件：使饱含淡水石灰岩地层的含氢指数等于充 淡水孔隙度，则石灰岩地层
Hma 0
H
中子孔隙度
中子孔隙度中子孔隙度是描述岩石含气性质的重要参数之一。
它是指岩石中气体所占据的空隙体积的百分比。
中子孔隙度的测量对于油气勘探和开发具有重要意义，它可以帮助人们了解储层岩石的含气能力、储层的孔隙结构及储藏层的渗透能力，从而为油气勘探和开发提供依据。
中子孔隙度的测量主要通过中子测井进行。
中子测井是利用天然或人工放射性核素的中子与岩石相互作用而实现的。
当中子穿过岩石时，会发生散射和吸收。
而吸收中子与岩石中的原子核相互作用，主要与中子的速度、能量以及岩石中的元素种类和含量相关。
通过测量中子在岩石中的吸收程度，可以推测出岩石中的孔隙度。
岩石的孔隙度是影响岩石含气性质的重要因素之一。
孔隙度的大小直接关系到岩石的储集和运移油气的能力。
岩石中的孔隙度越大，气体的储集和运移能力就越强。
而孔隙度的大小受到岩石的类型、成分、结构以及地质历史等因素的影响。
不同类型的岩石具有不同的孔隙结构和孔隙度，这会直接影响油气的储集和流动性。
中子孔隙度的测量结果可以为油气勘探和开发提供重要的指导意义。
首先，在勘探阶段，中子测井可以帮助确定潜在的储油层和储气层，从而提高勘探的成功率。
其次，中子孔隙度的测量可以帮助评估储层的含气能力和渗透能力，为开发设计和评估提供依据。
此外，中子孔隙度还可以用来研究储层的孔隙结构及岩石物理性质，有助于了解岩石的成岩环境和地质演化过程。
总之，中子孔隙度是评价岩石含气性质的重要参数，对于油气勘探和开发具有重要意义。
中子孔隙度的测量可以帮助了解储层岩石的含气能力、孔隙结构和渗透能力，从而为油气勘探和开发提供指导。
通过合理的中子测井方法和数据分析，可以更好地评价岩石的储藏潜力和经济价值，为油气勘探和开发决策提供科学依据。
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降低速度，成为超热中子。中子的减速长度L反映
然气的含氢指数有关，天然气的含氢指数越小，气
占的孔隙体积越大，挖掘效应的作用就越强。
第3章 同位素中子源测井
• 3、扩散理论
• （1）中子注量和中子注量率
• 中子注量：在空间一定点上，在一段时间间隔内，
不论以任何方向射入以该点为中心的小球体的中
子数目与该球体的最大截面积的比值定义为中子 注量，常用Ф表示，单位是n/cm2或cm-2。
第3章 同位素中子源测井
• （6）挖掘效应
• 与饱含淡水的地层相比，地层含有天然气时，一
部分孔隙空间的水被气代替，不仅含氢指数减小，
而且还会造成岩石对快中子的减速能力，即天然
气使中子孔隙度减小的量比含氢指数减小的量还 要小，相等于挖掘了一定体积的骨架，生成了一 个负的含氢指数附加值，这一效应称为挖掘效应。
x 2 H 9 O 9 O 1.286 O 12 x 12 2
• 若原油密度为0.85g/cm3，含氢指数为1.09；地 层条件下若天然气密度为0.2g/cm3，含氢指数为 0.45。
第3章 同位素中子源测井
• （3）与有效孔隙度无关的含氢指数
• 对于石膏，其分子式为 CaSO 2H O ，密度为 4 2 2.32g/cm3，则有
第3章 同位素中子源测井
中子能量从E0变到1.44eV时相应的中子减速长度
中子能量/MeV 3.0 2.0 1.0 H（γg=1） 0.725~0.865 0.603~0.707 0.463~0.52 C(ρ=1.6) 19.2~19.8 17.7~18.2 15.9~16.2 O（γg=1） 56.8~62.6 48.6~50.0 42.2~42.6 H2O 6.4 5.3 3.8 D2 O 10.5~11.9 10.1~10.9 9.7~10.2
Q 4R 2
• 式中：Q是中子源的强度，即每秒钟放出的中子总数。
第3章 同位素中子源测井
• （2）扩散方程
• 若介质的宏观俘获截面为Σa，中子的通量为φ，则
每秒钟每立方厘米被吸收的中子数为Σaφ，满足平
衡方程：
D a S 0
2
• 除中子源所在的位臵外，S=0，故有
d 2 d 2 k 0 2 r dr dr
的减速剂所需要的热化碰撞次数相差很大，1H核：
18.2， 12C核：114，16O核：150；而能量为1MeV的 中子热化成热中子，28Si核：244；40Ca核：340。 • 因此岩石骨架虽然不含氢，但具有等效的含氢指数。
第3章 同位素中子源测井
• （5）孔隙性纯岩石地层的含氢指数 • 孔隙度为φ、充满淡水的纯岩石含氢指数表达式为：
0.01
3.0x10
-3
1E-3
3% 33.8% 100%
2.0x10
-3
1E-4
3% 33.8% 100%
1E-5
-2
/cm
/cm
-2
1E-6
1.0x10
-3
1E-7
0.0
1E-8
1E-9 0 10 20 30 40 50 60
0 2 4 6 8 10
r/cm
r/cm
不同孔隙度砂岩地层超热中子计数与源距的关系
第3章 同位素中子源测井
• （3）双组扩散理论
• 把中子减速过程分为两个阶段：快中子减速阶段
和热中子扩散阶段。
• ①快中子减速阶段
• 快中子的通量分布为 ：
1 r / L 1 (r ) e 4D1 r
• D1为快中子扩散系数，L1为快中子减速长度。
第3章 同位素中子源测井
• ②热中子的扩散阶段
第3章 同位素中子源测井
• 1、超热中子通量的空间分布
• 测井时分布于中子源周围的中子能量较宽，若只记录
超热中子可以把中子源发出的快中子和地层的作用看
成超热中子在地层中的扩散过程，此时
1 e , L Le , D1 De
• 超热中子的通量分布为 ：
1 r / Le e (r ) e 4De r • 式中 De 和 Le 分别为超热中子的平均扩散长度和扩散系
• 氢俘获一个热中子后会放出能量为2.23MeV的伽 马射线，微观截面为0.332b；
• 氯原子核俘获热中子后放出的主要伽马射线有：
1.17、1.95、6.11、6.62和 7.42MeV，在常见地层
核素中俘获能力最强；
• 硅俘获热中子放出的伽马射线：3.54MeV和 4.93MeV； • 钙俘获热中子放出的伽马射线有：1.94、4.42和 6.42MeV。
第3章 同位素中子源测井
• 放射性中子源 发射的中子能量只有几MeV，中子
与地层的相互作用过程为弹性散射、俘获辐射和
热中子活化核反应。
• 根据测量对象的不同，分为超热中子测井、热中 子测井和中子伽马测井；最早出现的是中子伽马 测井，先用盖革米勒计数管，后又出现闪烁体探 测器；随着中子探测器，尤其是He-3计数管的应
2
k a / D
2
第3章 同位素中子源测井
• 根据边界条件，最终可以得到：
1 kr (r ) e 4Dr
• 表示无限介质内每秒钟放出一个中子点源周围在
定态下的中子通量分布。 • 定义扩散长度为L ：L
1/ k 1/ D / a
1 r / L (r ) e 4Dr
而1cm3任何岩石或矿物中的氢核数与同样体积的淡
水的氢核数的比值定义为它的含氢指数，用H或者
HI来表示，与单位体积中介质的氢核数成正比。
第3章 同位素中子源测井
• （1）含氢指数的表达公式 • 对于化合物，其含氢原子核数目为：
N A x N M
• 其中NA为阿伏伽德罗常数，x为一个化合物分子
中含有的氢原子数，ρ为化合物的密度，M为化合
第3章 同位素中子源测井
热中子分布
伽马分布
第3章 同位素中子源测井
• 二、超热中子测井—井壁中子孔隙度 测井（SNP）
• 超热中子测井记录能量略高于热中子的中子，记
录超热中子仍采用热中子探测器，如He-3管。
• 方法：①探测器外加热中子吸收剂（镉）作屏蔽
层—目的是用来吸收热中子； • ②屏蔽层与探测器之间加慢化剂（塑料，石蜡等 高H物质）—目的是使穿过屏蔽层的超热中子迅 速变为热中子。
x 9 4 2.32 H 9 0.49 M 40 32 64 36
•数，主要取决于泥质孔
隙体积和矿物成分，一般可达0.15~0.3。
第3章 同位素中子源测井
• （4）与岩性有关的等效含氢指数 • 对快中子减速其主要作用的是氢，但其他原子核也有 减速作用。 • 假设能量为2MeV的中子要热化成热中子，选用不同
1 (r ) D2 e 2 (r ) D1
• 若地层1孔隙度大于地层2，则D1<D2和L1<L2，可 分析超热中子通量随源距的变化规律。
第3章 同位素中子源测井
• 2、超热中子测井技术 • （1）原理 • 同位素中子源发出快中子，在地层运动过程中和地 层中的各种原子核发生弹性散射，而逐渐损失能量、
第3章 同位素中子源测井
• 每次弹性碰撞快中子损失的能量与靶核的质量数
A，碰撞前中子的能量及散射角有关；
• 氢核和中子弹性碰撞时损失的能量最大，氢是最
好的中子减速剂。
• （2）辐射俘获核反应
• 靶核俘获一个热中子而变为激发态的核，然后复
核放出一个或几个光子，回到基态，这就是辐射 俘获反应。
第3章 同位素中子源测井
第3章 同位素中子源测井
• ①随着源距的增加，超热中子通量减小，且开始减
小得快，然后呈对数线性减少；
• ②当源距为某一确定值r0时，中子通量对地层无分
辨能力，称为零源距；不同地层组合零源距不同； • ③当源距小于r0时，地层孔隙度越大，减速能力越 强，超热中子通量越高，这一范围称为负源距； • ④当源距大于r0时，地层孔隙度越大，减速能力越 弱，超热中子通量越低，这一范围称为正源距。
第3章 同位素中子源测井
• 中子注量率：空间一定点上，单位时间内接收到的中子
注量称为中子注量率，常用φ表示，单位为n/(cm2∙s) 或
(cm-2∙s-1)，又称为中子通量。 • 对于放射性核素中子源，设测量位臵和源相距为R，且 R远大于源的尺寸，则可以把中子源看成点源，由于其 放出的中子基本上是各向同性的，所以在R处的中子注 量率可按照下式计算：
• 烃的分子式为 nCH x ，其含氢指数可以写为：
nx x H 9 9 n(12 x) 12 x
第3章 同位素中子源测井
• 甲烷（CH4)的含氢指数为： x 4 H 9 CH 4 9 CH 4 2.25CH 4 12 x 12 4
• 原油（CH2）的含氢指数为：
2 2
第3章 同位素中子源测井
• 4、中子伽马射线的空间分布 • 热中子通量在地层中的分布主要由地层的减速性 质（含氢量）决定，但发生热中子 ( n, ) 反应放 出的中子伽马射线与氢及其它几种核素都有关。
• 热中子分布的整个范围就是一个空间伽马源，其
源强度是地层中的核素每俘获一个热中子平均产 生的光子数a、宏观俘获截面Σ和热中子通量φ的 乘积。
H H ma (1 ) HW
• 中子测井时测得的孔隙度实质上就是等效含氢指数； 刻度条件：使饱含淡水石灰岩地层的含氢指数等于充 淡水孔隙度，则石灰岩地层
H ma 0
H
• 其他岩性地层，需要进行岩性校正；只有岩性、孔隙 流体、井眼条件与仪器刻度条件相同时含氢指数等于 总孔隙度。
• 慢化的快中子经过地层的进一步作用变成热中子，
热中子在扩散过程中又会被原子核吸收，因此热 中子的通量满足方程为：