中子测井与天然气探测技术
第9章 中子测井
t
v a
式中v为热中子移动速度，常温下，v＝0.22cm/μs，所以上式可写成：
t
当地层中含有俘获截面高的元素时，τt就大大减小。高矿化度水的τt 要比油层小的多，因此可以确定油水界面和区分油水层。
4.55 a
第九章
中子测井(Neutron log)
2.热中子的扩散及被俘获 元素的原子核俘获热中子之后，处于激发状态，当它回到
中子-超热中测井（SNP）—井壁中子测井
中子-热中子测井（CNL）—补偿中子测井
第九章
1 中子和中子源
中子测井(Neutron log)
一、中子测井的核物理基础 中子是组成原子核的一种不带电荷的中性粒子，其质量与氢 核的质量相近。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，所以它对物质的穿透能力较强。
的岩石骨架显示为一定数值的等效含氢量。孔隙度等于零的砂
岩，显示为负含氢指数（-3%），而白云岩显示为正的含氢指 数（5%）。
第九章
二、中子测井
中子测井(Neutron log)
中子测井包括两种方法：
一种是记录探测器周围超热中子密度的中子—超热中子测井
（SNP），亦称井壁中子测井； 另一种是记录探测器周围热中子密度的中子—热中子测井 （CNL），亦称补偿中子测井。
因水的分子式为H2O，所以x＝2，M＝18，而水的密度ρ＝ lg／ cm3，由此求出K＝9代入上式得 x H 9 M 则用该式可求出任何密度为ρ，分子量为M且每个分子中有x个 氢核的单一分子组成的物质的含氢指数。
第九章
⑵盐水的含氢指数
中子测井(Neutron log)
NaCl溶于水后占据了空间，而使盐水中氢的密度减小。计 算盐水含氢指数的一般公式为 Hw＝ρ w(1-p)
地球物理测#(第三章)中子测井
中子测井的原理
中子源向地层发射中子，中子与地层中的原子核发生碰撞， 损失能量并减速，通过测量中子的能量和速度变化，可以推 断地层的岩性、孔隙度、含油气性等信息。
中子测井利用了中子与地层物质的相互作用，包括弹性散射 、非弹性散射、俘获等，通过测量这些相互作用来获取地层 信息。
中子测井的应用
中子测井广泛应用于石油、天然气等矿产资源的勘探和开发中，可以用于确定地 层的岩性、孔隙度、含油气性等信息，为地质学家和工程师提供重要的数据支持 。
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性。
实例三：中子测井在油气勘探中的综合应用
要点一
总结词
要点二
详细描述
该实例概述了中子测井在油气勘探中的综合应用，强调了 中子测井与其他地球物理测井方法的协同作用。
在油气勘探过程中，中子测井技术常与其他地球物理测井 方法结合使用，如密度、声波和电阻率测井等。通过综合 分析各种测井数据，可以更准确地评估地层的岩性、孔隙 度和含油性。该实例详细介绍了中子测井在油气勘探中的 综合应用流程，包括数据采集、处理和解释等环节，并强 调了中子测井与其他方法的协同作用，以提高勘探效率和 准确性。
优点
能够提供较为准确的地层含油性信息， 同时测量孔隙度、渗透率等参数。
缺点
对测量环境要求较高，容易受到其他 因素的影响。
04 中子测井解释
岩石孔隙度的确定
总结词
中子孔隙度指数
总结词
孔隙度模型
详细描述
中子孔隙度指数是利用中子测井数据计算岩石孔 隙度的常用方法。它基于中子孔隙度与岩石骨架 密度的关系，通过测量中子孔隙度来间接确定岩 石孔隙度。
05 中子测井实例分析
实例一：某油田的中子测井解释
地球物理测#(第三章)中子测井
中子测井的优缺点分析
优点
能够测量地层的孔隙度、含油饱 和度等参数，不受地层水矿化度 影响，测量精度较高。
缺点
对地层岩性敏感度较低，不适用 于所有地层，且对放射性同位素 源依赖较大。
03
中子测井的实际应用
油气勘探中的中子测井
确定地层孔隙度
中子测井通过测量地层中热中子的衰 减程度，可以推算出地层的孔隙度， 进而评估油气储量。
智能化和自动化
利用人工智能和机器学习技术，实现中子测井数据的自动解释和异常 检测。
中子测井与其他地球物理方法的结合
与电阻率测井结合
利用中子测井和电阻率测井的互补性，提高对地层性质的识别精 度。
与地震勘探结合
将中子测井与地震勘探数据相结合，提高对地下构造和油气藏的探 测精度。
与磁力勘探结合
利用中子测井与磁力勘探的联合测量，实现对地层和油气藏的全方 位探测。
中子源的选择与使用
放射性同位素源
常用的有镅-241和铯-137等，具有稳定、安全、 寿命长的特点，但需定期更换。
加速器源
能够产生高能中子，适用于深井和复杂地层，但 设备成本和维护成本较高。
混合源
结合同位素源和加速器源的特点，具有较好的综 合性能。
中子探测器的设计与选择
01
02
03
探测器材料
常用有锗、硅等半导体材 料，要求具有高灵敏度、 低噪音和稳定性。
识别油气层
确定地层岩性
中子测井通过测量地层中热中子的速 度和扩散系数，可以推断地层的岩性 和矿物组成，进而评估油气勘探的潜 力。
中子测井能够检测到地层中的油气层， 通过测量地层中氢的含量和分布，判 断油气层的存在和分布情况。
煤田勘探中的中子测井
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。
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。
第9章关于中子测井的一些介绍
第9章关于中子测井的一些介绍中子测井是一种油气勘探和生产中常用的测井技术之一，通过测量中子的反射和散射特性，来确定地层中的含水量、孔隙度和渗透率等参数。
本文将介绍中子测井的原理、仪器和应用。
中子测井的原理是利用了中子与物质之间的相互作用。
中子是一种中性粒子，相对于其他测井方法，它具有更好的穿透能力。
当中子穿过地层时，会与地层中的原子核发生相互作用，主要包括散射和吸收两种过程。
散射是中子与原子核碰撞后方向改变而不被吸收，而吸收是中子与原子核碰撞后被完全吸收。
通过测量中子的散射和吸收，可以推导出地层中的物性参数。
中子测井的仪器主要包括中子发生器、探测器和数据处理系统。
中子发生器是产生中子束的关键部分，常用的有放射性源和电子束发生器两种。
放射性源一般采用241Am-Be(铀-铍)源或14C-12C(碳-碳)源，它们能够以一定速率释放出中子。
电子束发生器则是通过加速器产生高能电子束，通过与靶材相互作用产生中子。
探测器用于测量中子与地层相互作用后的信号，主要包括散射中子探测器和吸收中子探测器。
散射中子探测器一般采用晶体闪烁体或气体探测器，可以测量散射中子的能量和方向。
吸收中子探测器一般采用掺镍的晶体闪烁体，可以测量被吸收的中子强度。
数据处理系统用于采集、处理和分析中子测井数据，得出地层的相关参数。
中子测井在油气勘探和生产中具有广泛的应用。
首先，中子测井可以提供地层的含水量和孔隙度信息。
中子与水之间的相互作用较强，而与岩石矿物之间的相互作用较弱，因此可以通过测量中子的吸收和散射来确定地层中的含水饱和度和孔隙度。
其次，中子测井可以提供地层的渗透率信息。
中子与地层中的原子核碰撞后会发生散射，散射角度的大小与地层的渗透性直接相关。
通过测量中子的散射角度，可以推导出渗透率的大小。
此外，中子测井还可用于确定地层中矿物含量、岩石类型和压力等参数。
通过综合分析中子测井数据，可以为油气勘探和生产提供可靠的地层参数。
总之，中子测井是一种重要的油气勘探和生产工具，通过测量中子与地层的相互作用来分析地层的物性参数。
低能物理中中子测井技术研究
低能物理中中子测井技术研究中子测井技术是一种利用中子与物质相互作用的方法进行油气井孔地层参数测定的技术。
在实现对地下 formation 的测量时，由于内部结构与环境条件的多样化，各种不同类型的中子测井技术都出现了。
低能物理中子测井技术是其中一种核物理技术，其应用范围涵盖了原油、天然气、地热能、基岩物性等各个领域。
低能物理中子测井的理论基础基本所谓，中子测井是基于核反应原理的，故其理论基础主要涉及到核物理学、反应动力学、能谱分析等知识领域，其中以中子衰变的时间，引发对 neutron 的反应在原油地球物理实验室方面起到了重要作用。
低能中子与金属 isotopes 相互作用时，根据不同的反应类型有其相应的能级。
例如，当低能中子与银相互作用时（energy=530 kV），反应结果会导致银的放射性衰变。
研究低能中子的反应能级有助于深入了解不同地层环境对 neutron 所产生反应的不同影响，为中子测井技术的实施和应用奠定了理论基础，同时，也给geophysicists 带来了更多测量和研究的可能性。
低能物理中子测井技术的特点低能物理中子测井技术以蒸气为中子源，中子束在 material 中流失后，通过盘 (collimator) 的限制，从一个方向射入地层，同时测试器沿井下通过管柱电信号，以探测 neutron 到井内后的response，从而确定测井参数。
这种测井技术分辨率较高，测量速度快，操作过程为实时的瞬时测量，且对产生的 background 信号有较好的抑制能力。
由于低能物理中子测井技术相对于同类技术而言更为精密，所以常被用于天然气水合物勘探等的专业领域。
中子测井仪器根据设计和应用领域的不同，可分为各种类型。
例如， neutron 散射中子测井、 neutron 溶液反应测井等都是常见的中子测井技术，该技术将 neutron 引入地层后，不同 type material 通过其与 neutron 的相互作用导致的不同反应机制产生energy，从而得到各种地下 formation 的物理参数。
天然气的探测与勘探技术
天然气的探测与勘探技术天然气作为一种重要的能源资源，在现代社会中发挥着至关重要的作用。
为了满足不断增长的能源需求，天然气的探测与勘探技术变得尤为重要。
本文将探讨天然气的探测与勘探技术及其在能源领域的应用。
一、引言天然气是一种天然的燃料资源，其主要成分为甲烷。
天然气在供暖、发电和工业用途中都有广泛的应用。
由于其高效且清洁的特性，天然气逐渐取代了传统的煤炭和石油，成为一种重要的能源替代品。
因此，天然气的探测与勘探技术对于能源行业的可持续发展至关重要。
二、天然气探测技术天然气探测技术是指通过各种物理、地球化学和地球物理方法来找到天然气的存在和储量分布情况。
以下是几种常见的天然气探测技术：1. 地质勘探地质勘探是通过钻探和采样分析来确定天然气存在的区域。
勘探人员首先进行地质调查，根据地层构造、岩性和地球化学特征等因素，确定可能含有天然气的区域。
然后，他们进行地质钻探，获取地下岩石和土壤样本进行分析，从而确认是否存在天然气。
2. 地震勘探地震勘探是利用地震波在不同密度的岩石中传播的特性来确定地下岩层结构和储层特征。
通过发送地震波并记录返回波的时间和振幅，勘探人员可以绘制出地下地层的地震剖面图，从而判断是否存在天然气储藏。
3. 重力和磁力勘探重力和磁力勘探利用重力和磁力场的变化来确定地下储层的特征。
通过使用引力仪和磁力仪测量地表重力和磁场的变化，勘探人员可以推断出地下岩石的密度和磁性，进而确定天然气储藏的位置和规模。
三、天然气勘探技术天然气勘探技术是指通过各种方法来确定天然气的产量和储量。
以下是几种常见的天然气勘探技术：1. 孔隙度测量孔隙度测量是通过钻探岩石样本，并用孔隙度仪器测量岩石孔隙率来确定石层中储存天然气的能力。
孔隙度测量可以帮助勘探人员评估储层的产能及其潜在的天然气储量。
2. 储层特征分析储层特征分析是通过岩心采样和物理测试来评估储层的物理特性，如渗透率、孔隙度和渗透能力等。
通过对储层特征进行分析，勘探人员可以确定储层的天然气产能以及开采的可行性。
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。
中子伽马测井原理
中子伽马测井热中子继续在地层中扩散并不断被吸收。
有些核素能俘获热中子并放出伽马射线。
在核物理中把这一过程称为辐射俘获核反应而由这一核反应产生的伽马射线称为俘获辐射。
在测井中习惯上把这一反应称为中子伽马核反应产生的射线为中子伽马射线。
用同位素中子源发射的快中子连续照射井剖面在仪器中离源一定的地方装一伽马射线探测器连续记录地层发射的中子伽马射线。
这就是中子伽马测井。
中子伽马测井值主要反映地层的含氢量同时又与含氯量有关。
1. 中子伽马测井原理 1 中子伽马射线热中子通量在地层中的分布主要是由地层的减速性质含氢量决定的但在以后产生中子伽马射线的γ核反应却与氢及其它几种核素都有关系。
氢核俘获一个热中子生成氘核并放出一个能量为2.23MeV的伽马光子其反应截面为.33巴。
核反应方程为111→12γEγ2.23MeV 氯产生γ反应的截面是34巴有些资料给出的数据为31.6巴且每俘获一个热中子平均发射3.1个伽马光子其中部分伽马射线的能量可达7.79和8.6MeV可获得较高的计数效率其核反应方程为131→13γ 沉积岩骨架矿物中有硅和钙的γ反应也比较重要。
2 中子伽马射线的空间分布用理论方法研究同位素快中子源在地层中造成的中子伽马射线的空间分布是非常复杂的虽然也有人做了一些推导和计算但最终也只能定性地说明一些问题。
对测井工作来说定量是通过实验进行的。
更直观的方法还是通过实验做出计数率与源距的关系曲线。
1 随源距L增大Jγ按指数迅速降低。
且当L100厘米时中子伽马计数率已很低此时的读数基本只反映背景值。
2 当L35厘米时含氢指数不同的地层有大致相同的中子伽马计数率测井值。
此时测井的读数与含氢指数无关但是能反映地层水矿化度NaCl含量的变化。
3 L35厘米时致密地层比孔隙性地层中子伽马读数低而当L35厘米后含氢量少的地层中子伽马测井计数率高。
4当源距选定后盐水的中子伽马测井计数率高于淡水。
中子伽马测井的源距一般都通过实验选定源距太小受井的影响大对地层含氢量的变化不灵敏源距太大则计数率太低涨落误差大。
俄罗斯宽能域中子-伽马能谱系列测井仪在中国油气勘探开发中的应用
2、利用地层中子俘获伽马作测量源，为体 源，这些伽马经地层散射到探测器进行能 谱分析，取长、短探测器能谱分析的低能 区（约为150Kev-400Kev）的计数率，实现 地层密度测井.
这种方法测量的地层密度的探测深度要比 通常裸眼井的补偿密度测井探测深度要大 得多，受井径影响要小得多。
图三
长庆油田测井成果 在长庆油田分别对长1井、长2井、长3井生产井进行了 测量，测量进行得比较顺利，均一次测成，测井资料符 合要求，经处理分析结果如图十五、十六、十七所以示， 其中长1井解释了7层，长2井解释11层，长3井解释13层， 所解释的31层与完井解释及生产现状对比说明解释结果 是合理的。 其中长1井，1241-1244米，原解释为干层，俄罗斯基于 该层孔隙度大于10%以上，密度值约为2.37克/cm3左右， 含油饱和度约为50%等原因解释为油层，而且判断该井 主要出水层为1252-1255.8米强水淹层，因此建议采取措 施堵住该层，对1241米-1244米试油。
ch b k k b k ch ch b
图四
在图四中红线表示宽能域伽马能谱在大斜 度套管井中测量的地层密度.
黑线表示在裸眼井中补偿密度测井仪测量 的地层密度. 两种密度在大多数情况下重合较好.
伽马能谱 在油管和套管中测的地层密度. 在绝大多数情况下两种密度重合较好. 总之，在井眼变化较大的油气田、宽能域 中子-伽马能谱系列测井仪提供了一种地层 密度测量较好的方法。
图八、九、十 中F(Clж) 为硬区氯函数, F(Clм) 为软区氯函数, F(Кп )为中子-中子孔隙度系 数,“氯当量”值指的是在孔隙中淡水与矿化 水（20克/升）时两个读数的比值.
中子测井
钙活化： 20 Ca 48 0 n1 20 Ca 49
钙是碳酸盐岩的指示元素。
氯活化：
17 Cl 37 0 n1 17 Cl 38
特点：反应过程中，中子被吸收，产生新核，这 些新核有些具有放射性。
勘探开发工程监督管理中心
勘探开发工程监督管理中心
一、中子测井的核物理基础
1
中子和中子加源速器中子源
加速器中子源
或称脉冲中子源：用人工的方法（加速器）加速带 电粒子，去轰击靶核，产生快中子，特点是人为控 制脉冲式发射。
如（D-T）中子源：利用加速器夹带电粒子氘核加速 到0.126MeV的能量，然后轰击靶核氚，生成α粒子 和中子，中子的能量平均为14Mev。
(4)能量减缩ζ：每次碰撞后中子能量的自然对数差的平均值，表示
物质对快中子的减速能力。
1 ( A 1)2 ln A 1
当A 10：
2A A1
2/(A 2/3)
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
n
• 中子与化合物的弹性散射
i Ni si
又有
13 Al 28 14 Si28 Q
快中子能量14MeV，反应截面为0.22b，Al28的半衰期2.3min， 发射伽马光子的能量为1.782，探测之可以探测硅的含量。有 效区分砂层和碳酸盐岩 。
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
铝活化：
13 Al 27 0 n1 12 Mg 27 1p1
0.03eV—100eV 热中子约为0.025 eV， 热中子标准速度2200 m/s
测井解释8中子测井
放射性测井放射性测井岩性、化学矿物成分孔隙度、岩性流体成分、孔隙度中子测井伽马测井密度测井利用中子与地层物质原子核发生的各种效应，研究地层流体性质、孔隙度、岩性下井仪器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探测器测量超热中子、热中子或次生伽玛射线的强度。
用来研究地层流体性质、孔隙度、岩性8 中子测井测井方法包括：中子—超热中子测井中子—热中子测井中子—伽玛测井中子活化测井非弹性射线伽玛能谱测井中子寿命测井8 中子测井8 中子测井8.1 中子测井物理基础8.2 热中子测井8.3 热中子测井应用8.1 中子测井物理基础一.中子和中子源中子——原子核中不带电的中性微小粒子，与质子以很强的核力结合在一起。
0.025eV 0.2~10eV8.1 中子测井物理基础一.中子和中子源要使中子从原子核里释放出来，需要给中子一定能量。
当中子获得大于结合能的能量时，就可以从原子核中发射出来。
中子源——将中子从原子核中释放出来的装置同位素中子源（连续中子源）：加速器中子源（脉冲中子源）：8.1 中子测井物理基础二.中子和物质的作用（牢记！）1.快中子非弹性散射2.快中子对原子核的活化3.快中子的弹性散射4.热中子俘获低高能量8.1 中子测井物理基础二.中子和物质的作用（牢记！）1.快中子非弹性散射快中子+靶核Æ复核复核Æ能量较低中子+非弹性散射伽玛射线Æ基态靶核8.1 中子测井物理基础二.中子和物质的作用（牢记！）2. 快中子对原子核活化快中子与稳定的原子核作用会发生(n,α)、(n, P)核反应。
生成新的放射性核素，这种作用叫活化核反应。
活化形成的新核素，有一定的半衰期，其衰变产生的γ射线叫活化伽马射线如Si 28(n,p)Al 28，Al 28衰变放射出γ射线，衰变式为：8.1 中子测井物理基础二.中子和物质的作用（牢记！）3. 快中子的弹性散射¾碰撞后中子和靶核组成的系统的总动能不变¾中子损失的能量转变为靶核(反冲核)的动能¾靶核仍处于基态¾在多次弹性散射中，逐渐降低能量、速度，最后成为热中子8.1 中子测井物理基础二.中子和物质的作用（牢记！）3. 快中子的弹性散射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σS ，其单位是巴（即b=10-24cm 2） 1立方厘米物质的原子核的微观弹性散射截面之和称宏观弹性散射截面Σs不同的核素散射截面不同，而且发生一次散射平均损失的中子能量也不同。
中子测井与天然气探测技术
第26卷 第1期核电子学与探测技术V o l.26 N o .1 2006年 1月N uclear E lectron ics &D etecti on T echno logyJan . 2006 中子测井与天然气探测技术秦绪英1,2,肖立志1,张元中1(1.石油大学,北京 102200;2.中石化石勘院南京石油物探研究所,江苏南京 210014) 摘要:简单介绍了中子测量与地层含氢指数及地层孔隙度的关系,介绍了地层含气对中子测量的影响以及泥浆侵入对中子在含气地层响应特征的影响。
分析了中子测井仪器长短源距探测器受泥浆侵入影响的差异,给出了通过对中子仪器长短源距计数率校正消除泥浆侵入影响的方法。
通过实际资料验证,取得了比较好的结果。
关键词:含氢指数;中子测量;天然气;泥浆侵入校正中图分类号: P 618.130.21 文献标识码: A 文章编号: 025820934(2006)0120009205收稿日期:2005206209作者简介:秦绪英(1962—),男,教授级高级工程师,石油大学(北京)博士生,从事测井技术研究工作 由快中子源发射出的高能中子,在发射后的极短时间内经过一二次非弹性碰撞损失掉大量的能量之后,只能经弹性散射而继续减速。
每次弹性碰撞后,快中子损失的能量与靶核的质量数A 、入射中子的初始能量E 0以及散射角Η有关。
当Η为180°时,即发生正碰撞,中子损失的能量最大,一次弹性碰撞中子可能的最大能量损失为:∃E m ax ={1-[(A -1)(A +1)]2}E 0(1) 令Α=[(A -1)(A +1)]2,得到∃E m ax =(1-Α)E 0(2) 对氢核来说,质量数A =1,因而有,∃E m ax=E 0。
这就是说中子与氢核发生正碰撞时,中子就失去其全部动能。
对碳核来说,质量数A =12,因而有Α=0.716,因而中子与碳核发生正碰撞时,中子可能失去的最大能量是0.284E 0。
中子测井
中子测井一、超热中子测井用点状同位素中子源向地层发射快中子，在离源一定距离的观察点上选择记录超热中子的测井方法叫超热中子测井。
超热中子测井仪器有普通管式和贴井壁两类，用后一种仪器进行测井通常称为井壁中子测井。
1. 超热中子测井原理1) 地层的含氢指数 前面已经讲过，地层对快中子的减速能力主要决定于它的含氢量。
含氢量高的地层宏观减速能力大、减速长度小。
为了方便，在中子测井中把淡水的含氢量定义为一个单位，用它来衡量所有地层中其物质的含氢量。
单位体积的任何物质中氢核数与同样体积的淡水中氢核数的比值，称为该物质的含氢指数，用Ｈ表示。
Ｈ与单位体积介质里的氢核数成正比，因而它可用下式表示(9.6.1)式中ρ是介质密度，单位为克/厘米 3；Ｍ是该化合物的克分子量；x是该化合物每个分子中的氢原子数；Ｋ是比例常数。
2) 纯水的含氢指数按规定，淡水的含氢指数为1，由此确定出(9.6.1)式中的Ｋ值。
因水的分子式为H2Ｏ，所以x=2，Ｍ＝18，而水的密度ρ=1，由此求出Ｋ=9。
代入上式得(9.6.2）用(9.6.2)式可求出任何密度为ρ、分子量为Ｍ且每个分子中有x个氢核的单一分子组成的物质的含氢指数。
3) 盐水的含氢指数NaCl溶于水后占据了空间，而使盐水的氢密度减小。
计算盐水含氢指数的一般公式为(9.6.3）-8）。
式中ρw为盐水的密度，p为NaCl的浓度(单位为ppm×10在测裸眼井时，地层一般都有侵入，中子测井探测范围内的水的矿化度，可以认为与泥浆滤液的矿化度基本相同。
4) 油、气的含氢指数液体烃的含氢指数与水接近，然而天然气具有很低的氢浓度，并且随温度和压力而变化。
因而当天然气很靠近井眼而处于探测范围时，中子测井测出的含氢指数就较小。
烃的含氢指数可根据其组分和密度来估算。
分子式为CH X(其分子量为12+x)和密度为ρh 的烃的含氢指数为(9.6.4）3，用此式可算出甲烷(CH4)的含氢指数为2.25ρ甲烷，而石油(nCH2)的含氢指数为1.28ρ油。
中子测井——精选推荐
中⼦测井第⼗⼆章中⼦测井以中⼦与地层介质相互作⽤为基础的测井⽅法称中⼦测井。
中⼦测井：1）连续中⼦源的中⼦测井分为铝热中⼦测井，热中⼦测井和中⼦伽马测井2）脉冲中⼦源的中⼦测井分为中⼦寿命测井和φ0⽐能谱测井第⼀节中⼦源及岩⽯的中⼦特性— 中⼦源中⼦测井需要向地层发射快中⼦，通过中⼦与地层介质发⽣多种核反应来探测地层的减速特性和俘获特性。
镅A 24195m →N 28798P +γα+B 94+αe →n C 10126+ n 10 (E=0～11.8)Mev⼆岩⽯的中⼦特性1 中⼦的分类①快中⼦ E n >0.5mev②中能中⼦ E n =(0.1~0.5)mev③慢中⼦ E n =(0~0.1)mev （铝热中⼦为0.2~10ev,热中⼦为0.025ev ）即热中⼦吸收物质处于平衡状态2 岩⽯的中⼦特性①减速特性中⼦源发射的快中⼦经过不断与原⼦核发⽣碰撞⽽变为热中⼦的过程称为热速过程描述减速特性的参数有a:⼀次弹性散射平均对数能量损失ξξ=?-+AA 2)1(12㏑11+-A A =㏑E 0-㏑E⼀般A 减⼩，ξ增⼤b:岩⽯的宏观散射截⾯∑S⼀个中⼦与单位⾯积内⼀个原⼦核发⽣散射的⼏率成为微观散射截⾯s 单位体积内所有微观散射截⾯之和称为宏观散射截⾯。
∑S =N s N=ρb N A /A 岩⽯ ∑S =∑=m j V 1j ∑S jC:岩⽯的宏观减速能⼒∑?=ξβsd:减速长度L f快中⼦（E=E 0）减速到热中⼦在介质中所移动的直线距离R 称为减速距离减速长度 L f =62R含氢量⼤ L f ⼩β⼤②俘获特性中⼦在介质中从变为热中⼦的瞬间起到被吸收的时刻⽌经过的平均时间称为热中⼦寿命？热中⼦从产⽣位量到被吸收的位量直线距离称热中⼦的扩散距离r ta ：扩散长度L tL t =62rb:宏观俘获截⾯∑a)23.2(211011Mev r H n H +→+r cl n cl +→+3617103517（r s ）其中 a :⼀个热中⼦与单位截⾯上⼀个原⼦核发⽣俘获核反应的⼏率单位体积物质的微观俘获截⾯之和称为宏观俘获截⾯∑a3:含氢指数①含氢量：单位体积中氢原⼦数单分⼦物质：含氢量=x(N A ρb /M)②含氢指数1cm 3介质中氢核数与单位体积淡⽔中氢核数的⽐值对于单分⼦物质H=淡⽔ρw =1 M w =18 X w =2∴ H=9X(ρb /M)对于多分⼦物质H=∑=ni H 1i V ?ia:淡⽔ H w =1b:盐⽔ H w =ρw (1-ρ)c:油⽓ H η=x x ?+?129ρη d:⽯油 H 0=02857.10)212(39ρρ≈?+??n n e:含淡⽔⽯灰岩的含氢指数H=H w Φ+H ma (1-Φ)∵H w =1 中⼦测井仪器是在⽯灰岩中刻度的ΦN =Φ H ma =0∴ΦN =H③有有效孔隙度⽆关的含氢指数a:泥质粘⼟矿物具有结晶⽔泥质孔隙孔道中含束缚⽔，所以泥质有很⼤的含氢指数，⼀般为30%b:⽯膏（C a SO 4.2H 2O ）H=49%c:岩性中⼦测井仪器所⽯灰岩为标准进⾏刻度，其他岩性岩⽯滑架显⽰为⼀定数值等效含氢指数。
常用测井方法总结
常用测井方法总结测井是油气勘探和开发中常用的一种地球物理方法，通过测井可以对井内地层的产状、物性和流体属性进行准确的定量描述和解释。
常用测井方法主要包括电测井、声测井、核子测井和测井解释等。
一、电测井：1.电阻率测井：通过测量电阻率来了解地层的孔隙度、孔隙流体的饱和度和岩石的类型。
常见的电阻率测井包括石灰岩电阻率测井、侧向电阻率测井和侵入电阻率测井等。
2.自然电位测井：通过测量地层中自然电位的分布来了解地层性质和流体类型。
自然电位测井一般与电阻率测井配合使用，可用于判断水文地质性质。
3.岩性测井：通过测量地层的物理性质来判断岩石类型、含油气性质和岩性分布。
主要包括中子测井、密度测井和伽马测井等。
二、声测井：1.纵波测井：通过测量地层中纵波的传播速度来了解地层的密度和弹性模量。
可以用于研究岩石骨架的坚固程度、孔隙度和孔隙流体的饱和度。
2.横波测井：通过测量地层中横波的传播速度来了解地层中的剪切模量。
可以用于判断地层中裂缝的存在及其方向。
三、核子测井：1.自然伽马测井：通过测量地层中的自然放射性来了解地层的岩性、照射孔隙度和地层的放射性矿物含量。
可以用于判断天然气的存在及其分布。
2.中子测井：通过测量地层中的中子响应来了解地层的孔隙度和流体类型。
可以判断地层中的天然气、原油和水的分布。
四、测井解释：测井解释是根据测井资料进行地质和油气储层分析的过程。
常见的测井解释方法主要包括定量解释和定性解释。
1.定量解释：通过数学模型和反演算法对测井数据进行处理和解释，获得地层的产状、物性和流体属性等定量信息。
主要方法有电测井定量解释、声测井定量解释和核子测井定量解释等。
2.定性解释：通过观察和分析测井曲线的形态和特征，了解地层的大致性质和特征。
主要方法有孔隙度评判、流体识别和岩性判别等。
总之，电测井、声测井、核子测井是常用的测井方法，通过测井解释可以准确分析地层的产状、物性和流体属性，对油气勘探和开发具有重要的指导意义。
随钻脉冲中子测井识别天然气的数值模拟
随钻脉冲中子测井识别天然气的数值模拟张锋;袁超;侯爽;王新光【期刊名称】《天然气工业》【年(卷),期】2010(030)010【摘要】由于天然气具有密度低、黏度小等特点,利用3种孔隙度资料可以定性识别天然气层,但定量评价存在困难.为此,在随钻过程中依据天然气与油、水的含氢指数不同,利用脉冲中子测井技术记录的近、远探测器热中子或俘获伽马计数率比的相对变化量来定量确定含气饱和度;在此基础上,利用蒙特卡罗方法建立计算模型,模拟不同井眼和地层条件下脉冲中子测井远近探测器记录的热中子或伽马计数,研究其比值与含气饱和度的测井响应.结果表明:油水层和气层的计数相对变化量能反映地层的含气饱和度,孔隙度越大,相对比值越大,对气层的定量评价越准确;岩性、泥质含量、地层水的矿化度、井眼流体和尺寸以及钻井液侵入等因素都会对天然气地层的脉冲中子测井响应产生影响.总之,利用脉冲中子测井技术可以定量评价天然气层,对提高天然气识别能力和气田高效勘探开发具有重要意义.【总页数】4页(P18-21)【作者】张锋;袁超;侯爽;王新光【作者单位】中国石油大学(华东)地球资源与信息学院;中石油测井重点实验室中国石油大学(华东)研究室;中国石油大学(华东)地球资源与信息学院;中石油测井重点实验室中国石油大学(华东)研究室;中国石油大学(华东)地球资源与信息学院;中石油测井重点实验室中国石油大学(华东)研究室;中国石油大学(华东)地球资源与信息学院;中石油测井重点实验室中国石油大学(华东)研究室【正文语种】中文【相关文献】1.随钻与电缆脉冲中子孔隙度测井响应差异研究 [J], 袁超;刘翰林;张锋;袁悦;刘军涛2.脉冲中子-中子测井影响因素的数值模拟 [J], 张锋;王新光3.随钻脉冲中子测井仪抗振性能分析与结构优化 [J], 陈军;秦泓江;徐俊博;郭广鎏;李有伟;阳质量4.利用脉冲中子衰减-能谱测井识别泥质砂岩气层方法初探 [J], 赵德香;辛忠斌;朱鸿5.D-T脉冲中子发生器随钻中子孔隙度测井的蒙特卡罗模拟 [J], 张锋;靳秀云;侯爽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
中子测井与天然气探测技术
中子测井与天然气探测技术
秦绪英;肖立志;张元中
【期刊名称】《核电子学与探测技术》
【年(卷),期】2006(026)001
【摘要】简单介绍了中子测量与地层含氢指数及地层孔隙度的关系,介绍了地层含气对中子测量的影响以及泥浆侵入对中子在含气地层响应特征的影响.分析了中子测井仪器长短源距探测器受泥浆侵入影响的差异,给出了通过对中子仪器长短源距计数率校正消除泥浆侵入影响的方法.通过实际资料验证,取得了比较好的结果.【总页数】5页(P9-13)
【作者】秦绪英;肖立志;张元中
【作者单位】石油大学,北京,102200;中石化石勘院南京石油物探研究所,江苏,南京,210014;石油大学,北京,102200;石油大学,北京,102200
【正文语种】中文
【中图分类】P618.130.21
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1.海洋电磁探测技术发展现状及探测天然气水合物的可行性 [J], 盛堰;邓明;魏文博;柯胜边
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PNN测井技术与应用
可以在套管环境下测量，还可以过油管测量 ，在某些情况下可以减少作业工序。
无需特殊的洗井、刮垢等作业。测量介质无 限制，井内有无液体均可。
脉冲编码器 测井电缆
第二步 – 数据处理
1.输入原始数据（保证数据的客观性，以及后期的参 数更新重新计算） 2 .数据滤波（矩阵数据库创建 ，生成成像图） 3 .参数显示与确定 4 .输出数据计算
❖ 独特热中子探测：解决低孔、低矿难题 ❖ 独特的高温设计：工作环境可高达175° ❖ 独特的记录方式：记录中子衰竭时间谱 ❖ 独特的成像技术：可直观消除井眼影响 ❖ 高精度评价技术：寻找出水点和剩余油
PNN过套管饱和 度测井技术是油 田开发形势的技 术需要
为什么要引进PNN测井技术？
油田开发中后期，储量逐步递减，大型整状区块很难发 现，老井挖潜成为稳油控水的主要手段。
PNN与其它饱和度测井仪器的参数对比
特性
PNN
硼中子
C/O
PND-S
探测方式
探测热中子
探测伽马射线
探测伽马射线
探测伽马射线
低盐度（矿化度）可应用
低孔隙度可应用
在低孔隙度，低矿化度地层的套 管井中测定含油饱和度
停机检测可能改进统计结果 便携式
与不同的测井仪器兼容 工艺是否简便
裸眼井条件下是否可能测量
七、PNN仪器如何区分油、气、水层
范例: 不同区域的计数率分布
泥岩的计数 率分布
气ห้องสมุดไป่ตู้计数率分布
油的计数率分
Shale
布
Distribution
水的计数率分布
不同介质Sigma值：气5～16；油16 ～ 22；水22 ～ 138
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第26卷 第1期核电子学与探测技术V o l.26 N o .1 2006年 1月N uclear E lectron ics &D etecti on T echno logyJan . 2006 中子测井与天然气探测技术秦绪英1,2,肖立志1,张元中1(1.石油大学,北京 102200;2.中石化石勘院南京石油物探研究所,江苏南京 210014) 摘要:简单介绍了中子测量与地层含氢指数及地层孔隙度的关系,介绍了地层含气对中子测量的影响以及泥浆侵入对中子在含气地层响应特征的影响。
分析了中子测井仪器长短源距探测器受泥浆侵入影响的差异,给出了通过对中子仪器长短源距计数率校正消除泥浆侵入影响的方法。
通过实际资料验证,取得了比较好的结果。
关键词:含氢指数;中子测量;天然气;泥浆侵入校正中图分类号: P 618.130.21 文献标识码: A 文章编号: 025820934(2006)0120009205收稿日期:2005206209作者简介:秦绪英(1962—),男,教授级高级工程师,石油大学(北京)博士生,从事测井技术研究工作 由快中子源发射出的高能中子,在发射后的极短时间内经过一二次非弹性碰撞损失掉大量的能量之后,只能经弹性散射而继续减速。
每次弹性碰撞后,快中子损失的能量与靶核的质量数A 、入射中子的初始能量E 0以及散射角Η有关。
当Η为180°时,即发生正碰撞,中子损失的能量最大,一次弹性碰撞中子可能的最大能量损失为:∃E m ax ={1-[(A -1)(A +1)]2}E 0(1) 令Α=[(A -1)(A +1)]2,得到∃E m ax =(1-Α)E 0(2) 对氢核来说,质量数A =1,因而有,∃E m ax=E 0。
这就是说中子与氢核发生正碰撞时,中子就失去其全部动能。
对碳核来说,质量数A =12,因而有Α=0.716,因而中子与碳核发生正碰撞时,中子可能失去的最大能量是0.284E 0。
经过数学计算,中子在每次弹性碰撞时平均的能量损失为:∃E =2A(A +1)2E 0(3) 当中子与氢核碰撞时,每次碰撞平均会减少一半的能量,而与碳核碰撞时,每次碰撞平均只损失14%的能量。
靶核的质量数越大,对快中子的减速能力越差,而氢核的A 最小,对快中子的减速能力最强,这决定了氢是所有元素中最强的中子减速剂[1]。
这是中子测井能有效解决地层含氢量以及与此有关的地质问题的科学基础。
中子源发射出的高能快中子减速到热中子所需要的时间及所移动的距离是由岩石的宏观减速能力决定的。
岩石是由多种元素组成的,其宏观减速能力主要由含氢量来决定,水是地层中中子减速能力最强的物质,由其他轻元素组成的物质减速能力比水小1～2个数量级,由重元素组成的物质宏观减速能力更差[2]。
所以可近似地认为地层岩石的减速能力等于地层孔隙中水或原油的减速能力(假设地层骨架中不含氢)。
点状中子源在均匀无限介质中形成的超热中子注量率,在忽略扩散效应的条件下与源距r 的关系为:Υe =14ΠD e re -r L e(4) 从此式可以看出,超热中子注量率只和地层的减速性质有关,而不受吸收性质的影响,可以很好地反映地层的含氢量,能准确地测定油层或水层的孔隙度。
据此形成了以探测氢元素为基础的地层孔隙度测量方法,所以中子测井被认为属于三孔隙度测井系列中的一种方法。
由于天然气的含氢指数特别低,当地层孔隙中含有天然气时,根据中子测量方法计算的地层孔隙度误差相对比较大。
根据此机理,将3种孔隙度测井系列结合起来,结合岩心资料,分析中子测量值与其他方法确定的孔隙度值的差异来检测、评价天然气储层,使得中子测井成为天然气储层识别、评价的一种有效方法。
在应用中子测井识别、评价天然气储层过程中,特别是现在进入储层定量评价及产能定量计算阶段,发现在某些情况下计数的数值同地层测试数据会有一些比较大的偏差,经研究发现这种偏差是由泥浆滤液侵入地层导致。
本文根据中子测量仪器长短源距探测深度不同受泥浆侵入影响的程度不同这一原理,探讨了中子测量泥浆侵入的校正方法,并用实际资料进行了验证。
1 地层元素含氢指数及其影响地层对快中子的减速能力主要取决于地层的含氢量,含氢量高的地层宏观减速能力强、减速长度(L S)小,假设地层骨架中不含氢,L S反映孔隙度的大小,L S越小孔隙度越大。
为讨论方便,把淡水的含氢量定为1个单位,则1c m3的任何岩石或矿物中的氢核数与同体积淡水的氢核数的比值称为该岩石或矿物的含氢指数[1,2],用H表示。
密度为Θ,分子量为M且每个分子中有x个氢核的单一分子组成的化合物的含氢指数为H=9Θx M。
盐水的含氢指数为H w=Θw(1 -P),P为N aC l浓度(单位10-6)。
液态烃的含氢指数与水接近,但是天然气的氢浓度很低,因而当天然气聚集在探测范围内的井眼附近时,中子测量所得到的含氢指数会严重偏低。
烃的含氢指数可以根据其组分和密度来计算。
分子式为CH X(其分子量为12+X)、密度为Θh的烃含氢指数为:H k=[9x (12+x)]Θk(5) 可以得出甲烷的含氢指数为2.25Θ甲烷,一般条件下(T=293.15K,P=101.325kPa)Θ甲烷=1.0637kg m3,而石油的含氢指数为1.28Θ油,如果石油的密度为0.85g c m3,则石油的含氢指数为1.09,天然气的含氢指数比水或油低2个数量级[3]。
可见天然气引起的中子测量异常十分明显,这是根据中子测量识别、评价天然气储层的物理基础。
实验得到砂岩中子减速长度与孔隙度的关系[1]见表1及图1,可以得出结论:孔隙度的对数值与减速长度呈近似的线性关系。
表1 砂岩中子减速长度与孔隙度的关系孔隙度 %3.010.011.422.633.850淡水L S17.815.513.711.510.59.17图1 实验测量数据 在裸眼井测井时,渗透性地层一般有泥浆侵入,可以认为中子仪器短源距探测器主要受泥浆滤液影响为主,长源距探测器所受影响与泥浆侵入深度有关,所以泥浆侵入的影响不可忽略[4～6],特别是在利用中子测量方法对天然气进行定量评价时。
地层在不含天然气时,经过刻度和其他因素影响校正,密度、声波、中子3种孔隙度测井方法得到的地层孔隙度参数接近。
当地层含有天然气时,中子孔隙度参数偏低,据此形成了中子测井识别、评价天然气的方法。
在应用此方法的过程中,受到泥浆滤液侵入的干扰,探索泥浆滤液侵入之前或未发生泥浆侵入条件下的天然气与中子测量之间的函数关系是本文的技术核心之一。
2 中子测井与天然气探测目前所用补偿中子测井技术是用同位素中子源在井眼中向地层发射快中子,在距离源距不同的两个观测点上,用热中子探测器测量经过地层减速慢化并散射回井眼的热中子,用两个源距探测器计数率计算的比值测定地层的孔隙度[7～9]。
忽略吸收作用,计算热中子注量率受中子减速过程的影响,如果源距为r1、r2的长、短两个源距的探测器进行计数,则热中子注量率比为:R=N t(r1)N t(r2)=r2r1e-(r1-r2) L e(6) N t(r)表示热中子的计数率,与热中子的注量率成正比,所以当源距r1、r2选定后,只与地层的减速长度(含氢量)有关,据此可以计算中子孔隙度值,一般关系是随着R的增加,计算的孔隙度值(对数)在减小,见图1(实验数据)及图2(实测数据),横坐标为长短源距计数率之比。
图2 某井1775～1990m井段实际测量数据将天然气的影响作为干扰因素进行校正,或者是利用挖掘效应识别天然气,本文方法的核心是根据中子仪器长、短源距的探测深度不同受泥浆侵入的影响不同这一原理,通过对计数率的校正,消除泥浆侵入的影响,恢复天然气对中子测量的响应特征(天然气富集使中子孔隙度明显变小)。
再根据中子测量值及其他经过校正或岩心刻度的孔隙度测井(经过环境校正及岩心刻度的声波测井或密度测井孔隙度),探测天然气的存在。
定义天然气富集指数为:I G A S=f(ΥA C+Υden-ΥCNL)(7) 地层孔隙度是固定的,可以认为经过校正或岩心刻度的孔隙度测井与中子孔隙度的差是天然气存在对中子测量的影响,经过刻度可以进一步定量评价天然气的富集。
3 泥浆侵入校正一般天然气富集地层渗透性比较好,泥浆滤液侵入地层是不可避免的,泥浆滤液侵入气层,增加了井眼附近区域氢元素的密度,对长、短源距探测器的计数率产生不同的影响,侵入深度不同,影响的差别很大[10,11]。
为了研究侵入深度对长、短源距的注量率及其比值的影响,定义中子测井的径向几何因子为:J k=(Υx-Υ0) (Υ∞-Υ0)(8) Υ0为无侵入时的注量率或其比值;Υx为侵入深度为x时的注量率或其比值;Υ∞为侵入深度超过中子探测范围时的注量率或其比值。
一般中子仪器在孔隙度为30%的灰岩地层中进行刻度,设想淡水从井壁开始以S w= 100%侵入原始含气饱和度S g=100%的地层,研究表明长源距探测器的探测深度比短源距的要大,说明短源距受泥浆侵入的影响更彻底。
通常泥浆侵入对中子测量有影响的径向深度超不过65c m。
长短源距注量率及其比值的J因子随侵入深度的关系,见文献[1,2],根据文献[6～9]介绍的方法,计算出此地区一般泥浆侵入深度为30c m左右,得到长短源距比值J因子大约为0.2。
在含气储层有泥浆侵入发生时,利用以注量率比为基础的中子测井方法进行天然气探测时,测量结果受泥浆侵入的影响需要进行校正,当侵入超过临界界限值时,此影响自动消除。
对特定的仪器而言,表征径向探测特性的归一化因子J,主要是泥浆侵入深度的函数,在有侵入但又不是足够深时,中子测量的计算结果(视孔隙度)为:ΥN(x)=J N(x)ΥN∞+[1-J N(x)]ΥN0(9) ΥN0为无侵入时地层的视中子孔隙度;ΥN∞为无穷侵入时地层的视中子孔隙度;ΥN(x)为侵入深度为x时地层的视中子孔隙度。
从上式得到:ΥN0=11-J N(x)[ΥN(x)-J N(x)ΥN∞](10) 短源距探测器经过适当校正后可以得到无穷侵入时地层的视中子孔隙度,并根据一对同时测量的探测深度不同的测井方法(深、浅侧向)计算出侵入深度x,则原状气层的视中子孔隙度可以计算出来[12]。
图3为根据本文介绍的方法对图2数据进行处理得到的结果。
图4为处理前后数据对比图,在图4中,第1道CLL为长源距计数率, CN S为短源距计数率;第2道N PH I、PO RN分别为校正前后中子孔隙度值;第3道A C、D EN 分别为声波、密度测井值;第4道RN EU为长短源距计数率之比;第5道为两条井径值。
4 天然气储层评价应用实例本实例选自鄂尔多斯盆地,该地区一般为欠压地层,尽管泥浆密度比较低,泥浆滤液侵入地层的现象还是十分普遍的。