测井原理11-中子测井_图文
第八章-中子测井PPT课件
同位素中子源（连续，产生快中子）：
95 A2m 4 19N 3 2p372H4(ea)
平均能量为5MeV
4B9 e2H4 e6C12 0n1Q(5.70M 1)ev
加速器中子源（脉冲，产生高能中子）：
D T 2H4 e0n11.7 58 M 8ev
•3
第一节 中子测井的核物理基础
二、中子和物质的作用
任何物质单位体积（1立方厘米）的氢核数与同样体积淡水氢核数 的比值。
根据规定，将淡水含氢指数定义为1，而任何其他物质的含氢指数 将与其单位体积内的氢核数成正比。
即： H K x
M
式中：ρ——介质密度，g/cm3；
x——介质分子中的氢原子数；
M——介质的分子量；
K——比例常数。 对于水：ρ=1，x=2，M=18 (水分子)，规定其
含氢指数为1，解得K=9
•19
第二节 超热中子测井
(1)饱和淡水纯石灰岩的含氢指数
孔隙度为φ的石灰岩，则含氢指数为：
H=Hma(1-φ)+Hwφ 中子孔隙度测井仪在饱和淡水的纯石灰岩刻度井中进行含 氢指数刻度，使它测量的含氢指数即为饱和淡水纯石灰岩的 φ。这里，也就人为的将岩石骨架的含氢指数定为0，也就是 没有考虑石灰岩骨架的减速能力。若孔隙度为φ，则含氢指 数为：φ×Hw=φ×1=φ，将中子孔隙度测井得到的含氢指 数记为φN ，并称为中子孔隙度，其单位是石灰岩孔隙度单 位。
决于岩石的含H量。
•7
第一节 中子测井的核物理基础
•散射截面： 微观散射截面σs：一个中子与一个原子核发生弹性散射的几 率，单位1b=10-24cm2； 宏观散射截面Εs：单位体积物质中的原子核的微观散射截面 之和，单位cm-1 结论：氢是岩石中最主要的减速元素，岩石对快中子的减速 能力取决于岩石的含H量，纯岩石的宏观减速能力基本上决 定于纯岩石的孔隙度(含淡水条件)。 用中子测井估算孔隙 度的物理基础。
中子测井原理及应用
中子测井原理及应用中子测井是油气勘探和开发领域常用的测井工具，它通过检测埋藏层中的中子强度变化来获取有关岩石成分、流体含量和孔隙结构等信息。
本文将对中子测井的原理和应用进行详细介绍。
中子测井的原理主要基于中子与原子核相互作用的特性。
中子是核反应中不带电荷的粒子，可以穿透厚度较大的岩石层，并与原子核发生弹性散射或非弹性散射。
当中子穿过地层时，会与原子核发生散射，其中弹性散射使中子的能量损失，而非弹性散射会引起中子与原子核碰撞后释放出γ射线。
中子测井主要有三种类型：全反散射中子测井、氢反散射中子测井和共振中子测井。
全反散射中子测井是最常用的中子测井方法。
测井仪器发射中子束入井，中子在地层中与核子发生弹性散射，并回到测井仪器。
仪器检测到回散射的中子数，通过测量散射中子的能量损失来计算出地层中的处于中子束路径上的原子核的密度。
氢反散射中子测井主要是测量地层中氢的含量，因为氢含量与流体含量有关。
仪器发射中能量较高的中子入井，中子在地层中与氢发生非弹性散射，失去一部分能量，被探测器检测到。
通过测量散射中子的能量损失来计算地层中的氢原子的密度，从而估计出岩石中的流体含量。
共振中子测井是利用中子与原子核共振能级耦合的原理。
测井仪器发射中子束入井，中子在与地层中的原子核相互作用时，落入共振能级，通过共振吸收释放出γ射线。
测量这些γ射线的能量和强度，可以获取地层中特定原子核的密度和含量信息。
中子测井在油气勘探中有着重要的应用价值。
首先，中子测井可以提供岩石成分和密度信息，从而帮助确定地层的岩石类型和性质，判断潜在油气储集层的存在和质量。
其次，中子测井可以测量地层中的氢原子密度，从而帮助估计油气水饱和度和流体类型。
此外，中子测井在解释地震数据和构建地层模型时也发挥重要作用。
除了油气勘探领域，中子测井还广泛应用于地下水勘探、地质工程和环境行业。
例如，用于地下水勘探时可以通过测量含水层的水含量和孔隙度来评估地下水资源量和流动性。
第四章核测井—中子测井
(四)热中子扩散与被俘获 形成热中子后, 中子不再减速, 热中子与周围介质的 原子核处于热平衡状态，热中子不停地运动着，中子与物 质的作用进入扩散与被俘获阶段。 1.热中子的扩散 热中子在介质中的扩散与气体分子的扩散相似，即从 热中子密度大的地方向密度小的地方扩散，一直到被原子 核俘获为止。 2.俘获核反应 靶核俘获一个热中子而变为处于激发态的复核，恢复到 基态时，以辐射射线方式释放能量，这种反应叫做辐射俘 获反应，或称（n,γ）反应。
由地层对中子减速和俘获的两个特性可知，中子- 伽马 射线强度决定于岩层的含氢量和含氯量，其中含氢量多少 反映岩层的孔隙度大小，含氯量反映地层水的矿化度高低。 这就是中子－伽马测井研究煤层特性的原理。
二、中子-伽马射线与源距的关系 由于计算公式较复杂，通常采用实验的办法来定量研 究，下面讨论不同源ห้องสมุดไป่ตู้的情况下，中子-伽马射线的特点。
(二)中子源 由于自由中子的平均寿命较短，自然界中往往不存在 自由中子 ,所以必须通过核反应获得中子。 比较简单的中子核反应有(α,n)、(d,n)、(p,n) 及(γ,n) 等。 1.中子源的主要性质 通常选用一些轻原子核作为靶核，这是因为带电粒 子轰击靶核要受到库仑力的排斥，它们与轻核反应时能 量不需要太高，较易实现。测井中所用的中子源常选用 9 3 4 Be和1 H作靶材料。 描述中子源主要特性除了本篇第三章第一节已讲的 活度、半衰期、能量外，还经常用到“产额”这个概念。 所谓产额，就是每个轰击粒子在靶上产生的中子数。
线称为次生活化伽马射线。 对测井有实际意义的活化核反应有硅化核反应和铝 化核反应，称为硅、铝测井, 用以识别岩性和测定泥质 含量。
(三)快中子的弹性散射和减速过程 1.快中子的弹性散射 快中子由中子源发射出来后，在与原子核发生1～2 次 非弹性散射中，很快就失去很大的能量而不能发生非弹 性碰撞和(n,p)核反应，这时中子与原子核的作用转入了 以弹性碰撞为主散射过程。
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。
测井原理11-中子测井_图文
三 中子伽马测井
中子伽马测井（NG）是沿井与记录中子伽马射线强度的 测井方法，NG一般与GR同时测量。 中子源造成的中子伽马射线强度空间分布比较复杂， 主要与地层减速特性，俘获特性以及仪器参数有关。
四 中子测井曲线及其应用
1：比较
影响
SNP CNL NG
少中
多
探测范围 低 高
测井原理11-中子测井_图文.ppt
主要内容 1 岩石的中子特性 2 连续中子源的中子测井 3 脉冲中子源的中子测井
第一节 中子源及岩石的中子特性
一 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。 如:镅
二 岩石的中子特性 1 中子的分类 ①快中子 En>0.5mev ②中能中子 En=(0.1~0.5)mev
把充满气的孔隙用岩石骨架代替的假设下进行计算的, 计算表明 ，当附加的岩石骨架被挖掘并用气来代替地层具有较小的中子 特性减速，中子测井这种计算差异叫“挖掘效应”，
3)判断气层 在气层含氢指数远小于具有相同孔隙度的含油（水）层
，因此在气层中子伽马曲线显示高值，在中子孔隙度 显示低值
4)划分油水界面 高矿化度地层水时，油水中的氯 含量不同，含水NG高于含油。
二 曲线应用
1：划分油水层
2：监视油水或气水界面的移动
H=49%
c:岩性 中子测井仪器以石灰岩为标准进行刻度，其他岩性 岩石显示为一定数值井壁中子测井（SNP）探测超热中子也称超热中子测井。 1：超热中子通量的空间分布 单位体积中的中子数称中子密度 单位时间通过单位截面的中子数称为中子通量Ф。 在均匀无限大介质中，距离点状快中子源r处的超热中子通量。
《地球物理测井方法》第九章中子测井
《地球物理测井方法》第九章中子测井中子测井是地球物理测井中一种常用的方法，通过测量自然放射性中子在地下岩石中的吸收和散射情况，给出含氢量，从而判断岩石的岩性和含水性质。
本章主要介绍中子测井的原理、测井曲线的解释和应用。
9.1中子测井的原理中子测井通过探测和测量中子在地下岩石中的吸收和散射情况，来确定地层的物性参数。
中子测井一般使用两种中子源：放射性核素源和中子发生器。
9.1.1放射性核素源放射性核素源一般采用锶-90/钇-90和铯-137源。
当源辐射中子进入地层时，与地层中的核与原子进行散射、吸收和成为散裂中子，从而改变中子的传输规律。
通过测量地层中散射中子和散裂中子的比例，可以确定地层的平均原子质量和中子俘获截面。
9.1.2中子发生器中子发生器一般采用贝里利钠源。
中子发生器产生高速中子，通过地层的散射和核反应，快速减速并且散射成热中子。
测量地层中的散射中子可以得到地层的平均原子质量。
9.2中子测井曲线的解释中子测井曲线是通过记录和测量地下岩石中散射和吸收中子的响应，从而得到岩石的物性参数。
9.2.1中子通量曲线中子测井中，中子源发射的中子流经地层时会发生吸收和散射，散射到测井仪器的中子将与原子核发生散射反应。
记录和测量测井仪器接收到的中子数目，可以得到中子的通量曲线。
中子通量曲线反映了地层中散射和吸收中子的情况，从而可以判断地层的物性参数。
9.2.2归一化中子通量曲线为了消除不同测井工具之间的差异，通常会将中子通量曲线归一化。
将测井仪器接收到的中子数目除以源活度和测井仪器的响应系数，得到归一化的中子通量曲线。
9.2.3中子测井曲线的解释根据中子测井曲线的形态和变化，可以判断地层的物性参数。
当地层中的含水量较高时，中子通量较高，因为水对中子的吸收较强。
而当地层中的含水量较低时，中子通量较低。
通过测量中子测井曲线的斜率，还可以得到地层的氢指数，从而判断地层的岩性。
9.3中子测井的应用中子测井可以用于判断地层的物性参数，从而对地层进行岩性和含水性质的判断。
地球物理测井.中子测井.ppt
2)扩散长度Ld 物质对热中子俘获能力越强，扩散长度就越短。
3)宏观俘获截面Σ 岩石含氯量越高，岩石俘获截面越大，则俘获产生的中
子伽马射线强度越大。
3)宏观俘获截面Σ
沉积岩中氯元素的最大，地层含氯，地 层的取决于含氯量。
地层不含氯和其它较高的元素，H的相 对较高，地层的在一定程度上反映含H量。
地球物理测井—放射性测井
中子测井
三、补偿中子测井CNL
1、补偿中子测井的原理 （探测热中子密度）
CNL通过长、短两源距探测器所测得的热中子计 数率之比来减小地层俘获性能和消除井参数的影响， 以较好地反映地层的含氢量。
地球物理测井—放射性测井 三、补偿中子测井CNL
中子测井
1、补偿中子测井的原理 （探测热中子密度）
中子源 快中子 地层介质
热中子
热中子探测器：含硼盖革计数管 闪烁计数器（晶体含硼、锂）
超热中子探测器：利用含氢介质减速，再用镉过滤器 去掉热中子。
地球物理测井—放射性测井
中子测井
一、中子测井基础
4、描述中子与物质相互作用各阶段的物理量
1)减速长度Ls Ls最短（减速能力最强） 含氢越多的物质，减速长度就越小，减速能力就越强。所
地球物理测井—放射性测井
中子测井
中子测井原理：
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，探测器将探 测超热中子、热中子或次生伽马射线的强度，用来 研究地层孔隙度、岩性以及孔隙流体性质等。
地球物理测井—放射性测井
中子测井
二、超热中子测井(SNP，Sidewall Neutron Porosity Tool) 测井原理：
在快中子源附近，超热中子和热中子的计数率在含氢量高 的地层中都比在含氢量低的地层中高； 当与源之间的距离增加到某一临界值（Lo）时，含氢量不 同的地层具有相同的超热中子和热中子计数率； 之后，继续增大与源之间的距离，超热中子和热中子的通量 在含氢量高的地层中都将比在含氢量低的地层中低。
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。
地球物理测#(第三章)中子测井
N
n nma nf nma
密度测井：
D
ma b ma f
例题：如砂岩的孔隙度φ＝20%，ρma＝2.65g/cm3， 求该砂岩的密度测井视石灰岩孔隙度。
地球物理测井—核测井
地层密度测井
中子测井
三、补偿中子测井CNL
1、补偿中子测井的原理 （探测热中子密度）
补偿中子的探测器测得的计数率送至地面仪，经过适当的模 拟装置自动把计数率的比值转换为相应的含H指数，最终输 出一条含氢指数曲线，即常见的视石灰岩孔隙度曲线。
φ --含H --LS --超热中子在源附近分布 --
L源小，计数率高
L源大，计数率低
φ --含H --LS --超热中子在源附近分布 --
L源小，计数率低
L源大ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ计数率高
总结： 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
（二）超热中子曲线的应用
1、确定岩层的孔隙度 2、交会图法确定岩性、孔隙度、骨架成分 3、中子-密度测井曲线重叠法确定岩性 4、估计油气密度 5、定性指示高孔隙度含气层
碰撞 快n
基态原 子核
中子测井
n’能量降低 激发态原子核 （获得内能）
放出伽马射线（次生 伽马射线）
中子测井
3）快中子弹性散射阶段（非弹性散射结束后）
快n
基态原子核
n’能量降低
该过程的能量是守恒的
基态原子核 （获得动能）
每次弹性碰撞的平均能量损失：E=2AER/（1+A）2
A（被碰原子核的质量数）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，弹性散射时间短，减速 能力强。
中子测井
一、中子测井基础
中子测井原理
中子测井原理中子测井是一种利用中子与地层中核子相互作用的物理现象来确定地层孔隙度、含水量和岩石类型的测井方法。
它是目前油田勘探开发中广泛应用的一种测井技术，具有测井深度范围广、测井响应灵敏、测井解释简便等特点。
中子测井原理的理解对于油田勘探开发工作具有重要意义。
中子测井原理的核心在于中子与地层中核子的相互作用。
当中子进入地层后，会与地层中的核子（主要是氢核）发生弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指中子与核子碰撞后改变方向但能量不变，非弹性散射是指中子与核子碰撞后能量发生改变。
通过对中子在地层中的散射过程进行测量和分析，可以得到地层的孔隙度、含水量等信息。
在进行中子测井时，通常会使用中子发生器和探测器。
中子发生器会产生一定能量的中子束，这些中子束会照射到地层上并与地层中的核子发生相互作用。
探测器则用于检测散射后的中子，并将其转化为电信号。
通过分析这些电信号的强度和时间分布，可以得到地层中核子的散射信息，进而推断地层的性质。
中子测井原理的应用范围非常广泛。
首先，它可以用于确定地层的孔隙度。
由于中子与地层中的核子相互作用，不同孔隙度的地层对中子的散射响应也不同，因此可以通过中子测井来估算地层的孔隙度。
其次，中子测井还可以用于确定地层的含水量。
由于地层中的水含有氢核，因此对中子的散射响应也不同于其他地层成分，通过对中子的散射信号进行分析，可以推断地层的含水量。
此外，中子测井还可以用于识别地层的岩石类型。
不同类型的岩石对中子的散射响应也不同，通过分析中子的散射信号，可以推断地层的岩石类型。
总的来说，中子测井原理是一种重要的地球物理勘探技术，它通过对中子与地层核子相互作用的测量和分析，可以得到地层的孔隙度、含水量和岩石类型等信息。
在油田勘探开发中，中子测井技术具有重要的应用价值，可以为勘探开发工作提供重要的地质信息和数据支撑。
通过深入理解中子测井原理，可以更好地指导实际工作，并取得更好的勘探开发效果。
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
中子孔隙测井PPT课件
/cm-2 /cm-2
0.01
3.0x10-3
3%
1E-3
33.8%
3%
100%
33.8%
1E-4
2.0x10-3
100%
1E-5
1E-6
1.0x10-3
1E-7
1E-8
0.0
1E-9 0
10
20
30
40
50
60
r/cm
0
2
4
6
8
10
r/cm
不同孔隙度砂岩地层超热中子计数与源距的关系
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• （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
36.8~37.1
2.4
8.8~9.2
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• 挖掘效应的大小与岩性、孔隙度、含水饱和度及 天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。
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• 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
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• （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。
地球物理测井.中子测井.ppt
2、交会图法确定岩性、孔隙度、骨架成分
3、中子-密度测井曲线重叠法确定岩性 4、估计油气密度
5、定性指示高孔隙度含气层
地球物理测井—放射性测井
中子测井
三、补偿中子测井CNL(Compensated Neutron Logging)
1、补偿中子测井的原理 （探测热中子密度）
补偿中子测井是一种热中子 测井仪，具有一个中子源和两个 探测器。CNL的长源距和短源距 都采用正源距进行测量。一般长 源距、短源距分别在50～60cm、 35～40cm之间选择。
2 1
H（氘）
13H（氚）
4 2
H
e
1 0
n（中子）
Q
地球物理测井—放射性测井
中子测井
一、中子测井基础
3、中子和物质的相互作用
中子与地层的相互作用是中子测井的物理基础。中子源 所发射中子的能量不同，中子与地层相互作用的行为不同。
中子源发射的中子进入地层后，随着能量的改变，
1
与地层的相互作用大致可分为快中子的非弹性散射、 快中2 子原子核的活化、快中3子的弹性散射、热中4子的
SNP测井仪器图
超热中子测井的源距变化 范 围 一 般 为 30 ～ 45cm ， 如 斯 仑 贝谢的井壁中子测井仪的源距为 42cm。 SNP采 用 探 测 器和 中子 源贴靠井壁的方式测量，可减小 井眼的影响。
地球物理测井—放射性测井
中子测井
二、超热中子测井SNP
（一） 超热中子测井的基本原理（贴井壁测量）
②如果岩石骨架由两种或三种矿物成分组成，
可用Pe，U，ρb值来确定矿物组成含量。
b
n
mi i
③求泥质含量。
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。
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第二节利用连续中子源的中子测井
一 井壁中子测井 井壁中子测井（SNP）探测超热中子也称超热中子测井。 1：超热中子通量的空间分布 单位体积中的中子数称中子密度 单位时间通过单位截面的中子数称为中子通量Ф。 在均匀无限大介质中，距离点状快中子源r处的超热中子通量。
其中Q:源强 （中子/秒） r:源距 Le：由快中子减速为超速热中子的减速长度 De：快中子的扩散系数。
由此可见，热中子通量不仅取决于地层减速特性也取决于俘获 特性。
2 测量原理 热中子测井有两种类型测井仪器，即 （1）一个热中子探测器 （GNT） （2）两个热中子探测器(CNL)
3 CNL曲线 测量ФCNL
三 中子伽马测井
中子伽马测井（NG）是沿井与记录中子伽马射线强度的 测井方法，NG一般与GR同时测量。 中子源造成的中子伽马射线强度空间分布比较复杂， 主要与地层减速特性，俘获特性以及仪器参数有关。
由此可见Фe(r)只与地层减速特性有关。
2 井壁中子测井曲线 ①钻井壁测量
②记录GR，d和Фsnp ③曲线以石灰岩孔隙度为单位
二 补偿中子测井（CNL）
• 补偿中子测井（CNL）是双源距热中子测井，它 探测热中子也称热中子测井。
• 1 热中子通量的空间分布 • 均匀无限大介质中
其中：Lt ,Dt:热中子扩散长度和扩散系数取决于热中子俘获特性 Le：热中子减速长度
③慢中子 En=(0~0.1)mev 超热中子为0.2~10ev 热中子为0.025ev即热中子与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 热中子的过程称为减速过程. 描述减速特性的参数有
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rt
3)判断气层 在气层含氢指数远小于具有相同孔隙度的含油（水）层
，因此在气层中子伽马曲线显示高值，在中子孔隙度 显示低值
4)划分油水界面 高矿化度地层水时，油水中的氯 含量不同，含水NG高于含油。
第三节脉冲中子测井─中子寿命测井
中子寿命测井也称热中子衰减时间测井（TDT），它记录 热中子在地层中的衰减时间与深度的关系。
由此为测量中子寿命，只需在地层减速区 选两个观测时间进行测量
设n1,n2分别为t1,t2时刻热中子密度
实际上测井中不测热中子密度而只测量与n1,n2成正比的由 两个时间为测得的俘获γ射线的计数率N1，N2
二 曲线应用
1：划分油水层
2：监视油水或气水界面的移动
四 中子测井曲线及其应用
1：比较
影响低 高
低
效率
低高
低
2：应用 1)划分岩性 2)确定孔隙度
总孔隙度（含氢指数）要经过岩性，
油气和天然气”挖掘效应”校正。
a:岩性校正 岩性影响是指中子测井仪用石灰岩作为刻
度标准而引入的影响。
b:泥质和油气影响校正 泥质含氢指数大，含泥岩石总孔隙度ФN大于岩层有效 孔隙度。
3:含氢指数
1)含氢量：单位体积中氢原子数
2)含氢指数H 一立方厘米介质中氢核数与单位体积淡水中氢核数的比值
3)与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（CaSO4.2H2O）
H=49%
c:岩性 中子测井仪器以石灰岩为标准进行刻度，其他岩性 岩石显示为一定数值等效含氢指数。
c:天然气“挖掘”效应 70年代初，经数学研究表明，在井眼附近地层中的天然气对中 子测井的影响比只考虑了天然气具有小的氢密度而预期要大得
把充满气的孔隙用岩石骨架代替的假设下进行计算的, 计算表明 ，当附加的岩石骨架被挖掘并用气来代替地层具有较小的中子 特性减速，中子测井这种计算差异叫“挖掘效应”，
测井原理11-中子测井_图文.ppt
主要内容 1 岩石的中子特性 2 连续中子源的中子测井 3 脉冲中子源的中子测井
第一节 中子源及岩石的中子特性
一 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。 如:镅
二 岩石的中子特性 1 中子的分类 ①快中子 En>0.5mev ②中能中子 En=(0.1~0.5)mev