第八章 密度测井

4.含水泥质砂岩的密度为2.25,地层水密度为1.0.地层泥 质含量为0.24,泥岩密度为2.55.求地层孔隙度和视石灰 岩孔隙度. 解: 地层孔隙度=(2.65-2.25)/(2.65-1.0)
-0.24*(2.65-2.55)/(2.65-1.0)=0.22 地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.25)/(2.71-1.0)=0.27
不变的过渡带
计
密度增加
数
率
能量(kev) 图8-2 Z相同而密度不同地层的散射吸收伽马能谱响应
第二节 密度测井
一、密度测井的基本原理 1、井下仪
图8-3为补偿密度测井仪的示意图，它包 括一个伽马源，两个伽马光子探测器。它们 安装在滑板上，测井时将滑板推靠到井壁上 。在下井仪器的上方装有辅助电子线路。
图8-12 计数率比与Pe的关系曲线
由此，通过测量高能段、低能段的伽马光子数，即 可确定地层密度 、光电吸收截面指数和地层体积光 电吸收截面U。
岩性密度测井的输出为：地层密度、地层密度的 泥饼校正值、光电吸收截面指数Pe和地层体积光电 吸收截面U。如图8-13所示。
图8-13 实测的Pe曲线图
2）、密度曲线与中子测井曲线重叠识别气层。 气层：密度视石灰岩孔隙度大，密度低，中
子孔隙度低。
3）、密度-中子测井交会图确定地层岩性及孔隙 度。
第三节 岩性密度测井
岩性密度测井利用伽马射线与地层的光电效 应及康普顿效应，测定地层密度、孔隙度及岩 性。 一、岩性密度测井的基本原理
1、井下仪 岩性密度测井采用的井下仪与密度测井的相 似。测井时，井下仪的滑板被推倒井壁上，滑 板上装有铯伽马源和长、短源距的伽马光子探 测器。
Pe Z 3.6
其中：α为常数。
(8-10)
2、体积光电吸收截面U来自体积光电吸收截面U：每立方厘米物质的光
电吸收截面。单位为 b / cm3。
n
U U iVi i 1
(8-11)
其中：Ui、Vi分别为组成岩石的第I部分的体积光电
吸收截面和相对体积。
岩石体积光电吸收截面U与光电吸收截面
2）、测量原理
密度测井测量的地层视密度与下列因素有关
：泥饼密度与地层密度的关系、泥饼厚度。为了
补偿泥饼的影响，测量时，将长、短源距的探测
器测量的伽马光子的计数率合并，以求出经过校
正的地层密度

和泥饼影响校正值
b
。这在很
大程度上补偿了泥饼的影响，同时在有限范围内
补偿了井壁不平产生的影响。
二、密度测井资料的应用 1、密度测井的输出
0.30 0.25 0.20 0.15 0.10
灰岩 白云 岩 砂岩
流 体密 度 ＝ 1
白云岩：D
0.05
0.00
-0.05
-0.10 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
地 层密 度 孔隙度
图8－11 视石灰岩密度孔隙度与地层岩性的关系（水层）
1.11
0.385
1.21
0.12
1.14密度
0.119
U
4.79 13.77 9.0 8.11 14.95 0.4 1.36
0.136密 度
四、伽马射线通过物质时的能谱 图8-1为0.661MeV伽马射线打入密度相
同而原子序数不同的三种地层的伽马能谱曲 线。 由图看出： 1）在低能区，原子序数越大，计数率越低， 说明物质吸收的伽马光子数越多； 2）计数率最大值对应的伽马光子能量随Z值 的增大而降低； 3）高能区，计数率几乎与Z无关。
1.0
0.3
0.8
0.6
0.2
0.4
0.2
0.1
灰岩
0.0 0.0
0.1
0.2
地 层孔 隙 度
流体密度＝1，
D
流体密度小于1，
D
0.3
图8－10 视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、 流体密度的关系（灰岩）
视 石 灰 岩 密 度 孔 隙度
砂岩：D 灰岩：D
0.35
指数Pe存在近似关系
Pe U / b
(8-12)
矿物
密度
石英
2.65
方解石 2.71
白云石 2.87
石膏
2.32
硬石膏 2.96
淡水
1.0
盐水
1.12
0.2mg/L
石油
0
表8－2 岩性参数表 电子密度指数 Pe
2.65
1.81
2.71
5.08
2.86
3.14
2.372
3.42
2.957
5.05
3、地层密度测井资料的应用 1）、确定地层孔隙度 在已知地层岩性及孔隙流体性质的条件下，应
用下式即可确定地层孔隙度：
纯地层
ma b ma f
(8-18)
泥质地层


ma b ma f
vsh
ma sh ma f
(8-19)
注：声波时差确定的孔隙度是地层原生孔隙度； 密度确定的孔隙度是地层总孔隙度（原生孔隙度＋次 生孔隙度）．
过渡带随Z值 增加右移
计 数 率
Z增加
能量（kev) 图8-1 密度相同,Z不同的介质中测得的
散射吸收伽马能谱
图8-2为Z相同而密度不同是的散射伽马能谱 的分布曲线。从图上看出: 1)、低能区，随密度增加，计数率减小； 2）、 计数率最大值对应的伽马射线能量与密度无关； 3）、在高能区，计数率随密度增加而减小。
第一节 密度测井和岩性密度测井的地质基础
一、岩石体密度
1、矿物的电子密度及电子密度指数
单原子组成的矿物的电子密度及电子密度指数
ne

NA
Z A

(8-1)
e

2
Z A

(8-2)
化合物组成的矿物,其电子密度和电子 密度指数分别为
ne N A
njZj
M
(8-3)
e

2ne NA

e

ma me
f fe
me

ma
(8-7)
岩石视密度 根据方解石和淡水的体积密度及电子密度指
数，得岩石的体积密度，即岩石视密度。
岩石视密度与其电子密度指数的关系：
b 1.0704 e 0.1883 (8-8)
二、康普顿散射吸收系数Σ
中等能量的伽马射线和物质发生康普顿散射，散射
视 石 灰 岩 密 度 孔隙度
0.4
流 体密 度
0.3
1.0
0.8
0.6
0.2
0.4
0.2
0.1
0.0
-0.1
-0.1
0.0
白云 岩
地 层孔 隙度
0.1
0.2
当 0.16 时；
1.16 f
D
当 0.16 时；
1.16 f
0.3
D
图8－8 视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、 流体密度的关系（白云岩）
地层密度 b
泥饼影响校正值
视石灰岩孔隙度 D
如图8-6、8－7所示。
图8-6 密度测井曲线实例
图8－7 密度测井曲线
2、视石灰岩孔隙度 D
D

ma b ma f
2.71 b
2.71 1.0
(8-17)
讨论：有定义不难看出： 1）地层的视石灰岩孔隙度与岩性、孔隙度、孔隙流 体性质有关。 2）纯砂岩地层的视石灰岩孔隙度大于其孔隙度； 3）含气纯灰岩的视石灰岩孔隙度大于其孔隙度； 4）含水纯白云岩的视石灰岩孔隙度小于其孔隙度。
增加而减小；
计
数
率
密度相同，短源距
计数率高；
短源距探测器 长源距探测器
地层密度
图8-4 计数率与地层密度的关系 （无泥饼）
图8-5、 长、短 源距计 数率与 泥饼厚 度、地 层密度
的关系
泥饼厚度增加
当泥饼密度 不同于地层
密度时，泥
饼影响随泥
饼厚度的增
计
加而增大。
数
率 泥饼密度<地层密度
泥饼密度>地层密度
的结果使伽马射线强度降低，康普顿散射吸收系数Σ
：
e
NAZ A
b
(8-9)
常数当，入所射以伽，马康射普线顿的散能射量吸在收一系定数范Σ围仅内与时岩, 石密度e 是
有关。且正比于岩石密度。
三、岩石的光电吸收截面 1、岩石的光电吸收截面指数Pe
岩石的光电吸收截面指数：指伽马光子与岩石 中一个电子发生的平均光电吸收截面，单位为 b/电子。它与原子序数的关系为：
2、测量原理 铯伽马源产生的伽马射线的能量为
0.661MeV，这种能量的伽马光子通过地层时 ，其高能段的伽马射线，只受康普顿效应的影 响，探测到的伽马光子数与地层密度有关。在 低能谱段，伽马射线主要受光电效应的影响。 低能段的伽马光子计数率与高能段的伽马光子 计数率的比与地层的光电吸收截面指数Pe有 线性关系，如图8-12所示。
N N 0e L
(8-13)
如果只存在康普顿效应，则μ为康普顿散
射吸收系数。同时，由于沉积岩的Z/A≈0.5，
故：
N N e
e
ZN A
A
b
L
0
(8-14)
即： ln N ln N 0 Kb L (8-15)
其中： K e N A 2
(8-16)
计数率随地层密度的
2
njZj
M
(8-4)
nj
第i种原子的原子数。
Ｍ－化合物的摩尔质量
矿物 石英
方解石 白云石 硬石膏 石膏 钾盐 岩盐
表8－1 密度数据 密度 电子密度指数
2.654 2.65
2.71 2.7075 2.87 2.863 2.96 2.957
2.32 2.372
1.984 2.165
1.916 2.074
b (1 ) ma f
(8-5)
其中：

m
、
a
分 别f 为骨架密度和孔隙流体
密度，φ为孔隙度。
岩石的电子密度指数
e (1)me 1.11
(8-6)
淡水的电子密度指数为1.110
岩石体积密度与其电子密度指数的关系：
b

ma f me fe
地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.60)/(2.71-1.0)=0.06
例题分析
3.含油气纯灰岩地层的密度为2.55,油气密度为0.6.求地层 孔隙度和视石灰岩孔隙度. 解:地层孔隙度=(2.71-2.55)/(2.71-0.6)=0.08
地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.55)/(2.71-1.0)=0.09
泥饼 地层 长源距探测器 短源距探测器 伽马伽源马源
图8-3 密度测井仪示意图
2、测量原理
1）、长、短源距探测器计数率与地层密度的关系
中等能量的伽马射线源（ C）s13产7 生的伽马
射线的能量为0.661MeV，其穿过地层时，与 地层产生光电效应和康普顿效应。伽马射线通 过距离为L的地层后，伽马光子计数率为：
二、岩性密度测井资料的应用 1、确定岩性 地层的光电吸收截面指数Pe和体积光电吸收截
面U都可以用来识别岩性。
U (1 )U ma U f
(8-20)
一般流体的体积光电吸收截面远远低于矿物的体 积光电吸收截面，所以，可以利用（8－21）计算 矿物的体积光电吸收截面。
U ma

U
1
例题分析
1.含水纯砂岩地层的密度为2.35,地层水密度为1.0.求地层 孔隙度和视石灰岩孔隙度. 解:地层孔隙度=(2.65-2.35)/(2.65-1.0)=0.18
地层视石灰岩孔隙度=(2.71-2.35)/(2.71-1.0)=0.21
2.含水纯白云岩地层的密度为2.6,地层水密度为1.0.求地层 孔隙度和视石灰岩孔隙度. 解:地层孔隙度=(2.87-2.60)/(2.87-1.0)=0.14
视密度 2.648 2.71 2.876 2.977 2.351 1.863 2.032
2、岩石体密度 岩石的体密度：每立方厘米岩石的质量，单
位为 g 。cm3
常见的几种主要矿物的体密度为： 石英为2.65； 方解石为2.71； 白云石为2.87。
孔隙内饱含淡水的纯岩石的体积密度与 孔隙度的关系为：
测井值>地层密度
地层密度
测井值<地层密度
图8-5分析 （1）当地层密度与泥饼密度相同时，源距相同、泥 饼厚度不同的直线相交于一点，泥饼厚度不影响计 数率； （2）当地层密度大于泥饼密度时（交点右侧），随 泥饼厚度的增加，计数率增大，测量的地层视密度 减小（小于地层密度）； （3）当地层密度小于泥饼密度时（交点左侧），随 泥饼厚度增加，计数率减小，测量的地层视密度增 大（大于地层密度）。
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
0.0
视 石 灰 岩 密 度 孔隙度
流 体密 度
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
砂岩
D
地 层孔 隙 度
0.1
0.2
0.3
图8－9 视石灰岩密度孔隙度与地层孔隙度、 流体密度的关系（砂岩）
视 石 灰 岩 密 度 孔隙度
0.5
0.4
流 体密 度
(8-21)
另外，还可以应用Pe和孔隙度确定单矿物 岩石的岩性。如图8-14所示。 图版的使用方法： 1）、有孔隙度确定一点a; 2）、过a点做水平线与有Pe值所画的垂线相交 一点b； 3）、根据b点所在区域，确定单矿物岩石的岩 性。