脉冲中子测井剖析
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• （1）热中子寿命
热中子寿命
，是指热中子从产生的瞬间
起到被俘获的时刻止所经历的平均时间。 计算时，它等于热中子已有63.2%被俘获而
剩下的还有原来热中子数的36.8%所经过的
时间 。
N (t ) N0e
( t / )
（2）宏观俘获截面Σ • 单位体积介质中所有原子核的微观俘获截面之 和。 （3）τ与Σ的关系
ma (1 ) W SW h (1 SW )
• 当地层含有泥质时：
ma (1 Vsh ) W SW h (1 SW ) shVsh
2、热中子寿命测井原理
• （1）热中子的空间分布
• 热中子产生后，它在地层中发生扩散，地 层中某点的热中子密度按指数规律随时间 衰减：
化度。
• 如果当地层水矿化度较高时，即氯的含量
相对较高时，那么对于水层和油层来说， 水层的宏观俘获截面要大于油层，而热中 子寿命则小于油层。
3、热中子寿命测井的应用
• （1） 划分油、水、气层
• 利用双源距探测器的计数率比值，含油
段和含气段有明显差异；矿化度较高的水
层有比油层大的俘获截面（或较小的热中 子寿命）。
• （2） 监测油、水或气、水界面的变化 • 油层在采油过程中含水饱和度不断变化， 油水界面向上移动 ，利用不同时间测量的 宏观俘获截面或中子寿命，则可以了解油 水或气水界面变化情况。
（3） 求孔隙度
ma w ma
（4）求含水饱和度 ① 如果已知，则对含油气纯地层来说：
T1
• T2时刻：探测器记录的俘获伽马射线的计
数率 N 2
N 2 N 0e
T2
T2 T1 ln N 1 ln N 2
• （3）中子寿命测井地质意义（与地层性质 的关系来研究地层） • 在沉积岩中，氯核素的微观俘获截面比其 他核素的微观俘获截面大得多。 • 也就是说岩石的宏观俘获截面主要取决于 地层中氯的含量，或说取决于地层水的矿
• ②岩石骨架的热中子宏观俘获截面
岩石
砂岩 石灰岩 白云岩 岩浆岩 页岩
Σ 值范围
8~13 8~10 8~12 15~18.6 25.2~66.2
• ③孔隙流体的热中子宏观俘获截面 • 纯水在常温下 22 .1c.u.，地层水中通常 含有氯，通常为 22 ~ 120 c.u. ；
• 原油的热中子宏观截面通常范围为在18 ~ 22c.u.
种核素作为碳、氧、硅、钙的指示核素 。
• （2）测井原理 • 14MeV的高能快中子打入地层，在发射 中子的脉冲时间间隔内主要发生非弹性散 射，并发射非弹性散射伽马射线，然后才 能发生弹性散射，最后被地层俘获，这也 是中子在地层中所经历的三个过程。
1 v
热中子寿命与地层对热中子的宏观俘获截面成
反比关系，即地层的宏观俘获截面越大，热中
子寿命越小。
（4）岩石的热中子寿命和宏观俘获截面
• ①岩石中矿物的热中子宏观俘获截面
• 石英、方解石、白云石的热中子宏观俘获
截面都很小；
• 氯的热中子俘获截面比硅、钙、镁、氢、
氧等高一到几个数量级；
• 矿物中硼、汞等宏观俘获截面特别大 。
• 对于矿化度较低的地层，热中子寿命测井 不再适用。 • 由于淡水的宏观截面和油的宏观截面相近； 所以无法来区分油水性。
• 思路：
• 先测一条宏观截面曲线，此时有：
1 ma (1 ) W 1 SW (1 SW ) h
• 在地层注入一定浓度的硼酸，再测量宏观 截面，有：
2 ma (1 ) W 2 SW (1 SW ) h
二、非弹性散射伽马能谱测井（碳氧比 能谱测井）
• 利用脉冲中子源以一定的脉冲宽度和重复
周期向地层发射14 MeV的高能快中子，测
量这些快中子与地层物质的核素发生非弹
性散射放出的伽马射线的能谱，并对伽马
与氯的含wk.baidu.com有关，与地层水矿化度有关。
• 测井时用脉冲中子源向地层发射能量为
14MeV的中子，测量经地层慢化而又返回井 眼内的热中子或俘获伽马射线，根据计数率 随时间的衰减，算出地层的热中子宏观俘获 截面
或寿命
，可在裸眼井特别是套管
井中求出地层的含水饱和度的一种测井方法。
1、岩石的热中子宏观截面和寿命
射线进行能谱分析，求出碳氧等比值进而
确定含油饱和度的一种测井方法。
1、非弹性散射伽马能谱测井基本原理
• （1）快中子的非弹性散射伽马射线
• 地层中能与快中子发生非弹性散射而产生 伽马射线的核素主要是
12
C ,16 O, 28 Si, 40 Ca ，
• 最显著的谱线是6.13MeV、4.43MeM、 3.73MeV和1.78MeV，在测井中选用这四
第十章 脉冲中子测井
脉冲中子测井是使用脉冲中子源的一类
测井方法，主要有热中子寿命测井、碳氧比 能谱测井和中子活化测井等。
一、热中子寿命测井（NLL）
• 热中子寿命测井（Neutron Lifetime Log），
也称热中子衰减时间测井（Thermal Decay Time Log，TDT）。 • 在地层中，宏观俘获截面和热中子寿命主要
N N0e
T
• （2）热中子寿命的测量原理
• 任何时刻存在的俘获伽马射线的强度与仪 器周围中子密度成正比。 • 因此刻度后，我们记录（测量）俘获伽马 射线强度，可以求得（计算出）热中子的
寿命τ（或地层宏观俘获截面 Σ）。
• T1时刻：探测器记录的俘获伽马射线的计 数率 N1 ，
N1 N 0 e
ma (1 ) W SW (1 SW ) h
② 含泥质地层中：
SW ( ma ) ( ma h ) Vsh ( sh ma ) ( W h ) ( w h )
• 4、注硼中子寿命测井
• 天然气的热中子宏观截面与它的组成、地
层压力和温度有关 ，一般为
0 ~ 12 c.u.
• ④泥质的宏观俘获截面
• 粘土岩的宏观俘获截面主要是硼的贡献，
其次是氯、氢、铝、钾、铁、钆等元素的
贡献，粘土岩和储层中的泥质的宏观俘获
截面变化范围为
25 ~ 66 c.u.
• ⑤地层的热中子宏观俘获截面
• 纯岩石的热中子宏观俘获截面为：
热中子寿命
，是指热中子从产生的瞬间
起到被俘获的时刻止所经历的平均时间。 计算时，它等于热中子已有63.2%被俘获而
剩下的还有原来热中子数的36.8%所经过的
时间 。
N (t ) N0e
( t / )
（2）宏观俘获截面Σ • 单位体积介质中所有原子核的微观俘获截面之 和。 （3）τ与Σ的关系
ma (1 ) W SW h (1 SW )
• 当地层含有泥质时：
ma (1 Vsh ) W SW h (1 SW ) shVsh
2、热中子寿命测井原理
• （1）热中子的空间分布
• 热中子产生后，它在地层中发生扩散，地 层中某点的热中子密度按指数规律随时间 衰减：
化度。
• 如果当地层水矿化度较高时，即氯的含量
相对较高时，那么对于水层和油层来说， 水层的宏观俘获截面要大于油层，而热中 子寿命则小于油层。
3、热中子寿命测井的应用
• （1） 划分油、水、气层
• 利用双源距探测器的计数率比值，含油
段和含气段有明显差异；矿化度较高的水
层有比油层大的俘获截面（或较小的热中 子寿命）。
• （2） 监测油、水或气、水界面的变化 • 油层在采油过程中含水饱和度不断变化， 油水界面向上移动 ，利用不同时间测量的 宏观俘获截面或中子寿命，则可以了解油 水或气水界面变化情况。
（3） 求孔隙度
ma w ma
（4）求含水饱和度 ① 如果已知，则对含油气纯地层来说：
T1
• T2时刻：探测器记录的俘获伽马射线的计
数率 N 2
N 2 N 0e
T2
T2 T1 ln N 1 ln N 2
• （3）中子寿命测井地质意义（与地层性质 的关系来研究地层） • 在沉积岩中，氯核素的微观俘获截面比其 他核素的微观俘获截面大得多。 • 也就是说岩石的宏观俘获截面主要取决于 地层中氯的含量，或说取决于地层水的矿
• ②岩石骨架的热中子宏观俘获截面
岩石
砂岩 石灰岩 白云岩 岩浆岩 页岩
Σ 值范围
8~13 8~10 8~12 15~18.6 25.2~66.2
• ③孔隙流体的热中子宏观俘获截面 • 纯水在常温下 22 .1c.u.，地层水中通常 含有氯，通常为 22 ~ 120 c.u. ；
• 原油的热中子宏观截面通常范围为在18 ~ 22c.u.
种核素作为碳、氧、硅、钙的指示核素 。
• （2）测井原理 • 14MeV的高能快中子打入地层，在发射 中子的脉冲时间间隔内主要发生非弹性散 射，并发射非弹性散射伽马射线，然后才 能发生弹性散射，最后被地层俘获，这也 是中子在地层中所经历的三个过程。
1 v
热中子寿命与地层对热中子的宏观俘获截面成
反比关系，即地层的宏观俘获截面越大，热中
子寿命越小。
（4）岩石的热中子寿命和宏观俘获截面
• ①岩石中矿物的热中子宏观俘获截面
• 石英、方解石、白云石的热中子宏观俘获
截面都很小；
• 氯的热中子俘获截面比硅、钙、镁、氢、
氧等高一到几个数量级；
• 矿物中硼、汞等宏观俘获截面特别大 。
• 对于矿化度较低的地层，热中子寿命测井 不再适用。 • 由于淡水的宏观截面和油的宏观截面相近； 所以无法来区分油水性。
• 思路：
• 先测一条宏观截面曲线，此时有：
1 ma (1 ) W 1 SW (1 SW ) h
• 在地层注入一定浓度的硼酸，再测量宏观 截面，有：
2 ma (1 ) W 2 SW (1 SW ) h
二、非弹性散射伽马能谱测井（碳氧比 能谱测井）
• 利用脉冲中子源以一定的脉冲宽度和重复
周期向地层发射14 MeV的高能快中子，测
量这些快中子与地层物质的核素发生非弹
性散射放出的伽马射线的能谱，并对伽马
与氯的含wk.baidu.com有关，与地层水矿化度有关。
• 测井时用脉冲中子源向地层发射能量为
14MeV的中子，测量经地层慢化而又返回井 眼内的热中子或俘获伽马射线，根据计数率 随时间的衰减，算出地层的热中子宏观俘获 截面
或寿命
，可在裸眼井特别是套管
井中求出地层的含水饱和度的一种测井方法。
1、岩石的热中子宏观截面和寿命
射线进行能谱分析，求出碳氧等比值进而
确定含油饱和度的一种测井方法。
1、非弹性散射伽马能谱测井基本原理
• （1）快中子的非弹性散射伽马射线
• 地层中能与快中子发生非弹性散射而产生 伽马射线的核素主要是
12
C ,16 O, 28 Si, 40 Ca ，
• 最显著的谱线是6.13MeV、4.43MeM、 3.73MeV和1.78MeV，在测井中选用这四
第十章 脉冲中子测井
脉冲中子测井是使用脉冲中子源的一类
测井方法，主要有热中子寿命测井、碳氧比 能谱测井和中子活化测井等。
一、热中子寿命测井（NLL）
• 热中子寿命测井（Neutron Lifetime Log），
也称热中子衰减时间测井（Thermal Decay Time Log，TDT）。 • 在地层中，宏观俘获截面和热中子寿命主要
N N0e
T
• （2）热中子寿命的测量原理
• 任何时刻存在的俘获伽马射线的强度与仪 器周围中子密度成正比。 • 因此刻度后，我们记录（测量）俘获伽马 射线强度，可以求得（计算出）热中子的
寿命τ（或地层宏观俘获截面 Σ）。
• T1时刻：探测器记录的俘获伽马射线的计 数率 N1 ，
N1 N 0 e
ma (1 ) W SW (1 SW ) h
② 含泥质地层中：
SW ( ma ) ( ma h ) Vsh ( sh ma ) ( W h ) ( w h )
• 4、注硼中子寿命测井
• 天然气的热中子宏观截面与它的组成、地
层压力和温度有关 ，一般为
0 ~ 12 c.u.
• ④泥质的宏观俘获截面
• 粘土岩的宏观俘获截面主要是硼的贡献，
其次是氯、氢、铝、钾、铁、钆等元素的
贡献，粘土岩和储层中的泥质的宏观俘获
截面变化范围为
25 ~ 66 c.u.
• ⑤地层的热中子宏观俘获截面
• 纯岩石的热中子宏观俘获截面为：