核测井原理
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。
核测井原理
核测井原理概述 (2)第一章自然伽马测井和自然伽马能谱测井 (3)§1 伽马射线及其探测 (3)§2 岩石的自然伽马放射性（自然伽马测井的地质基础） (6)§3自然伽马射线强度沿井轴的分布 (13)§4 自然伽马测井的仪器刻度、井眼校正 (14)§5 自然伽马测井资料的应用 (15)§6 自然伽马能谱测井 (17)§7 自然伽马能谱测井资料的应用 (20)第二章中子测井 (21)§1中子测井基本原理 (22)§2超热中子测井 (25)第三章核磁共振 (50)§1顺磁共振的相关结果 (50)§2岩石孔隙中流体的核自旋驰豫及描述这种驰豫的方法 (58)概述核测井这门课程是和《原子核物理基础》是相互衔接的一门课程。
本课程的重点是自然伽马测井、自然伽马能谱测井，密度测井，中子测井以及核磁测井方法原理的讨论，资料的解释应用只稍作提及。
核测井，在核磁共振测井出现之前，我们又叫做放射性测井。
放射性测井主要有三种方法：自然伽马测井测量地层的天然放射性；密度测井测量人工伽马源与地层作用后的 射线；中子测井利用中子作用于地层作用，然后测量经地层慢化后的中子，或中子核反应产生的伽马射线。
这些测井方法主要用于了解地层的岩性和测量地层的孔隙度。
密度测井与中子测井结合也可用来判别储集层空间中的流体性质。
核磁测井严格地说不是放射性测井方法，核磁测井利用氢核具有核磁矩在外磁场作用下的共振吸收特性，测量地层中的氢核的状态和数目，进而求得地层的孔隙度及孔隙结构，束缚水饱和度等参数。
第一章 自然伽马测井和自然伽马能谱测井自然伽马测井测量地层中天然放射性矿物放出的伽马射线来了解地层的岩性等方面的特性。
本章从五个方面来讨论：1.伽马射线的测量（自然伽马测井的物理基础）；2.岩石的放射性来源(自然伽马测井的地质基础)；3.井中自然伽马的测量；4. 自然伽马测井资料的应用;5.最后介绍自然伽马能谱测井的原理及其应用。
核物理测井
核物理测井1、能否产生可控伽马源？由α、β衰变产生的子核往往处于激发态，而后可通过发射伽马射线或内转换电子释放多余的能量而退激到基态激发态的原子核通过发射γ射线而退激到较低能级或基态的过程，称为伽马跃迁，或称伽马衰变。
能产生伽马射线的装置就称作伽马源，由人工或天然放射性同位素做成。
人工产生通常就是利用高能基本粒子或是光子喷发原子核产生人工放射性核素，再通过核素的核反应去释出γ射线。
主要方法存有：带电粒子喷发（例如电子）、快速中子喷发、热中子喷发、高能伽马射线喷发。
在油田广泛使用的测井仪器中,属于伽玛―伽玛测井范畴的补偿密度和岩性密度测井仪是岩性孔隙度测井系列中的主要仪器，对地层密度的测量精度很高。
它们与中子测井等组合,在确定地层孔隙度、判断岩性、确定地层的泥质含量和解决与泥质含量有关的铀矿地质问题，进行地层对比，跟踪射孔，寻找放射性矿物等方面发挥了重大作用。
国内采用的伽马源基于成本考量通常都就是不受控的，但是在越来越国际化的今天，不受控的伽马源的采用受到限制，而且核测井仪器所用的伽马源就是一种能够产生对生态环境及人类身体存有很大侵害的放射性物质,因此国家对放射源的采用有著非常严苛的规定,用受控式放射源替代现有井下测井仪所用化学放射源,将防止放射源对人体的侵害,并且更合乎安全环保的建议。
能否产生可控的伽马源呢？答案是肯定的，以下是我在网上找到的文献说明【文献题名】井下可控伽马源测井的基本原理和现状【年卷期】1986,10(2)【作者】李中奇，彭琥【原文出版年】1986本文指出了伽马-伽马测井的优点和不足，建议在井下仪器中使用可控伽马源，这个建议是有条件实现的，并例举了可供井下仪器选用的四种伽玛源加速器。
由于引用了可控伽玛源，使伽马粒子的发射时间可【文摘】以随意控制，这样可以增大伽马源的发射剂量，因而又可能引起放射性测井技术的新发展，如分区康普顿散射测井技术和湮灭光子测井技术等等。
井下可控伽玛源已经成为现实，为了进一步增强伽玛一伽玛测井解决地质问题的能力,可能用井下可控伽玛源。
第三节：核测井
第三节 核测井技术1.自然伽马与自然伽马能谱测井1.1地层的主要放射性核素及其伽马能谱1.1.1主要放射性核素岩石的自然伽马放射性是由岩石中放射性核素的种类及其含量决定的。
已发现天然核素有330多种，其中273种为稳定核素，60余种为放射性核素。
原子量小于209的核素，只有少数是放射性核素，如K 40；而原子量大于209的核素全部都是放射性核素。
这些原子量大的放射性核素分属于铀系、钍系和锕系三个天然放射系，其起始核素分别是U 238、Th 232和U 235，但U 235在岩石中含量极少。
对岩石自然伽马放射性起决定作用的是铀系、钍系和放射性核素K 40。
1.1.2主要放射性核素的伽马能谱核衰变放出的伽马光子具有特定的能量。
因为能量小于0.1MeV 的光子在穿过地层和仪器外壳时被吸收，故在研究中不予考虑。
图2-3-1和图2-3-2是铀系和钍系伽马能谱图，由于是它们放出的射线未经地层的散射和吸收等影响的一系列谱线，因此也常称这些谱为初始谱。
图中强度是指放出该能量伽马射线的核素每衰变100个核发射的伽马光子数。
由于铀系和钍系伽马能谱成分太多，为了便于测量，只能分别选择有代表性的伽马射线来识别这两个核素。
在自然伽马能谱测井中，通常选用铀系Bi 214发射的1.76MeV 的伽马射线来识别铀，用钍系的Tl 208发射的2.62MeV 的伽马射线来识别钍，用1.46MeV 的伽马射线来识别钾。
若通过实验建立起岩石铀、钍、钾含量分别与这三种能量伽马射线强度的关系，则可根据自然伽马能谱测量得到岩石铀、钍、钾含量。
图2-3-1铀系伽马能谱 图2-3-2钍系伽马能谱1.1.3岩石的自然伽马放射性与岩石性质的关系1.1.3.1岩石总的自然伽马放射性与岩石大类有关一般沉积岩的自然伽马放射性要低于岩浆岩和变质岩。
因为沉积岩一般不含放射性矿物，其自然放射性主要是岩石吸附放射性物质引起的，而岩石吸附能力又有限。
岩浆岩及变质岩则含有较多的放射性矿物，如长石和云母含有地层中大部分钾，其中19K 40有放射性，而长石占岩浆岩矿物59％，云母占4％；角闪石及辉石有更高的放射性，占岩浆岩矿物图2-3-3 主要沉积岩石的自然放射性 17％；放射性更高的锆石、独居石、揭帘石等，虽然含量极小（小于1％），但也常在岩浆岩中出现。
核磁共振测井原理
核磁共振测井原理
核磁共振测井（NMR）是一种地球物理测井技术，利用磁共振现象分析电磁信号来获取地下岩石中的孔隙结构和流体含量信息。
NMR测井原理基于核磁共振现象，即在强磁场中放置原子核会产生共振吸收现象。
在NMR测井中，沿井壁发射一系列短脉冲电磁信号，这些信号会激发旋转相干磁矩，进而引起共振吸收现象，并使得磁共振信号能够被测量。
这些信号可以表征岩石中的孔隙结构和流体含量。
NMR测井技术常见的参数包括自由液体体积（FFV）,有效孔隙度、孔隙尺度和流体饱和度。
其中最重要的参数为FFV，它表征了岩石中的自由水体积。
知道FFV，可以确定孔隙中不同类型液体的含量，如水、油、混合物等。
有效孔隙度和孔隙尺度表征了岩石中的孔隙结构，可用于评估岩石的渗透性和储层质量。
流体饱和度则表征了岩石中所含流体的百分比，用于确定油田储层中可采储量和开发方案。
第四章核测井-伽马及伽马能谱测井
4核测井4核测井（Nuclear logging）1、1896年，Becquerel发现了自然放射性，随后发展了伽马射线探测技术和探测仪器，到1935—1939年自然伽马测井得到市场的确认，成为当时唯一的核测井方法。
一、核测井发展的三个时期1903年获诺贝尔物理学奖-因发现自发放射性4核测井：简介2、1932年，Chadwick发现中子，随后科学界研究了中子与物质的相互作用和中子的探测技术，1941年以后中子测井成为代表核测井技术的测井方法。
1935年获诺贝尔物理学奖-因发现中子3、1945年,purcell发现了核磁共振现象，1949年出现核磁测井技术，1988年研制出第一台核磁测井样机，1990—1995年核磁测井得到市场的普遍确认珀赛尔(E.dward Purcell)1952年获诺贝尔物理学奖4核测井：简介二、核测井的优点：1、它揭示的是岩石的核物理性质，即岩石中各种核素微观特性的宏观表现，它深刻地反映着岩石的本质。
2、对测量条件有广泛的适应性，能在井内含有各种流体的裸眼井、套管井中对各种不同的类型的储层进行有效测量。
3、能提供大量的具有不同物理性质的参数，且大部分参数不可能用其它方法获得，即具有不可替代性。
自然伽马和自然伽马能谱测井ü岩石中含天然放射性核素，主要有铀系，钍系和钾，自然衰变时产生不同能量的伽马射线ü自然伽马测井用伽马射线探测器测量地层中总的自然伽马射线强度ü主要用途：划分岩性及渗透层，确定泥质含量，研究沉积环境ü自然伽马能谱测井对伽马射线进行能谱分析,分别测量岩石的铀、钍、钾含量4核测井：4.1伽马测井的核物理基础4核测井4.1伽马测井的核物理基础一、放射性核素和核衰变1、原子和原子核质子数:Z中子数:N质量数:AA=Z+N2、核素和同位素Ø核素：原子核中具有一定数目的质子和中子，并处在同一能态上的同类原子（或原子核）。
同一核素的原子核中，质子数和中子数都分别相等。
核磁共振测井的基本原理
核磁共振测井的基本原理
核磁共振测井（NMR）的基本原理是利用原子核在外磁场
中的磁矩为零或自旋为零，即自转的变化率为零，在外加磁场中与外加电场发生作用，使原子核受到磁场力而发生磁化。
当原子核在外加磁场中运动时，其周围就产生一系列感应电流（自转），这些感应电流与磁场力方向相同，就会使原子核发生位移，其位移量与原子核磁矩成正比。
核磁共振测井正是根据原子核在外加磁场中的自转变化率来研究原子核的运动和核外电子运动的。
核磁共振测井仪器有两个重要部件：一个是感应线圈；另一个是接收线圈。
感应线圈的作用是把发射出去的核磁共振信号接收下来。
一般情况下，感应线圈处于待测井段井眼的周围，在井下有很多的铁屑或其他杂质和岩石颗粒存在。
这些铁屑和颗粒对核磁共振信号会产生很大的干扰。
当井眼打开后，由于井壁对核磁共振信号有屏蔽作用，使核磁共振信号在井眼周围产生一个很强的磁场。
在这个强磁场下，原子核就会发生位移，在原子核的自转轴方向上形成一个脉冲磁场（核磁共振脉冲）。
—— 1 —1 —。
核磁共振测井简介
引言核磁共振测井是一种适用于裸眼井的测井新技术，是目前唯一可以直接测量任意岩性储集层自由流体（油、气、水）渗流体积特性的测井方法，有明显的优越性。
本文主要讲解了核磁共振测井的发展历史、基本原理、基本应用、若干问题及展望。
发展历史核磁共振作为一种物理现象，最初是由Bloch和Purcell于1946年发现的，从而揭开了核磁共振研究和应用的序幕。
1952 年，Varian 发明了测量地磁场强度的核磁共振磁力计，随后他利用磁力计技术进行油井测量。
1956 年，Brown 和Fatt研究发现，当流体处于岩石孔隙中时，其核磁共振弛豫时间比自由状态相比显著减小。
1960年，Brown 和Gamson研制出利用地磁场的核磁共振测井仪器样机并开始油田服务。
但是，地磁场核磁测井方案受到三个限制，即：井眼中钻井液信号无法消除，致使地层信号被淹没；“死时间”太长，使小孔隙信号无法观测；无法使用脉冲核磁共振技术。
因此，这种类型的核磁共振测井仪器难以推广。
1978 年，Jasper Jackson 突破地磁场，提出一种新的方案，即“Inside-out”设计，把一个永久磁体放到井眼中(Inside)，在井眼之外的地层中(Outside)建立一个远高于地磁场、且在一定区域内均匀的静磁场，从而实现对地层信号的观测。
这个方案后来成为核磁共振测井大规模商业化应用的基础。
但是由于均匀静磁场确定的观测区域太小，观测信号信噪比很低，该方案很难作为商业测井仪而被接受。
1985 年，ZviTaicher和Schmuel提出一种新的磁体天线结构，使核磁共振测井的信噪比问题得到根本性突破。
1988 年，一种综合了“Inside-out”概念和MRI 技术，以人工梯度磁场和自旋回波方法为基础的全新的核磁共振成像测井(MRIL)问世，使核磁共振测井达到实用化要求。
此后，核磁共振测井仪器不断改进，目前，投入商业应用的核磁共振测井仪器的世界知名测井服务公司分别为：斯仑贝谢、哈利伯顿和贝克休斯。
核测井的原理及应用
核测井的原理及应用1. 什么是核测井核测井是指利用核技术对地下岩石进行测井的一种方法。
通过将放射性核素插入到地下井中并测量辐射线的强度，可以获取有关岩石成分、孔隙度、渗透率等信息。
2. 核测井的原理核测井利用放射性核素的辐射特性，通过测量辐射强度来推断岩石的性质。
2.1 放射性核素的选择核测井常用的放射性核素有铯（Cs）、铍（Be）、铀（U）等，这些核素具有适当的半衰期和射线能量，对地下岩石的测量具有较高的分辨率和深度范围。
2.2 辐射探测器在核测井中，辐射探测器起着重要的作用。
常用的辐射探测器有探头计数器和谱仪计数器。
2.3 数据采集与处理核测井得到的数据需要经过采集和处理才能得出准确的测量结果。
采集到的数据会经过滤波、校正等处理步骤，然后进行解释和分析。
3. 核测井的应用核测井在多个领域有广泛的应用，下面列举了一些主要的应用领域：3.1 石油勘探与开发核测井可用于评估油田储量、分析储层性质、确定油层厚度和垂直分布等。
通过核测井，可以帮助优化石油勘探与开发过程，提高油田的产量和开发效率。
3.2 水资源勘探核测井可以提供地下水层的详细信息，包括水层厚度、渗透性、含水层的位置等。
这些信息对于水资源勘探和管理非常重要，能够帮助合理利用地下水资源，预防地下水的过度开采和污染。
3.3 环境监测核测井在环境监测中也有广泛应用。
例如，可以通过核测井来测量地下水位、盐度、污染程度等指标，监测地下水资源的变化和污染情况，为保护环境和科学治理提供依据。
3.4 地质灾害预警核测井可用于地质灾害预警，例如地震、滑坡和地下水涌出等。
通过监测地下岩石的变化和应力分布情况，可以提前预警地质灾害的发生，保障人民生命财产安全。
3.5 建筑工程核测井在建筑工程中也有重要应用，如地基工程的勘探、隧道工程的地质探测等。
通过核测井，可以评估地下岩石的强度、稳定性和渗透性等属性，为建筑工程的设计和施工提供可靠的依据。
4. 结论核测井是一种基于核技术的地下岩石测量方法，通过测量放射性核素的辐射强度，可以获取有关岩石的性质和构造的信息。
第三章核测井ppt课件
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第一节 自然伽马和伽马能谱测井
2.同位素与放射性核素
元素：同类原子的统称；决定元素化学性质的是元 素的原子序数，即原子核所含的质子数，与其质量数 无关。也就是说：原子序数相同而质量数不同的各元 素其化学性质是相同的，它们在周期表中占有同一位 置。
同位素：原子序数(原子核中质子数)相同而中子数 不同的核素。
沉积岩骨架不含重矿物，除钾岩外，其他岩石本身基本上不 含放射性，但在形成过程中会多少地吸附些放射性元素。
强度最低的：硬石膏、石膏、不含钾的盐岩 强度低的：砂岩、灰岩、白云岩 强度较高的：浅海相和陆相沉积的泥岩、泥灰岩、钙质岩、 泥质砂岩等 强度高的：钾岩、深水泥岩、页岩 强度最高的：放射性软泥、彭土灰 除了钾岩及骨架含放射性元素的岩石外，岩石的GR强度随岩 石颗粒变细而增加的。 通常情况下：地层的GR主要;取决与泥质含量。
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它由光电倍增管和碘化钠晶体组成。它是利用被伽玛射线 激发的物质的发光现象来探测射线的。
伽玛射线
碘
化
光电倍增
钠
管电子数
晶
逐级倍增
体
用单位时间记录的 脉冲数来反映伽玛 射线的强度
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大量电子最 后到达阳极 使阳极电压 瞬时下降产 生电压负脉 冲，输入测 量线路予以 记录
三、自然伽马测井(GR) Gamma-Ray Log
W1：0.15-0.5 Mev W2:0.5-1.1Mev
低能窗
W3:1.32-1.575Mev〔钾窗） W4:1.65-2.39Mev （铀窗）高能窗
W5:2.475-2.765Mev〔钍窗）
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(二〕NGS的测井原理
由于各个窗的记数率并不仅反映对应元素的含量，因此还需要 剥谱，对能量窗均综合考虑三种元素的贡献，即得到一组方程：
地球物理测#核测井、GR测井
地球物理测井—放射性测井
自然伽马测井
二、GR 测井基本原理
射线 经传输 穿过 泥浆
至
仪器 外壳 使与单位 时间的电 脉冲数成 正比
进入探 测器 记录连 续电流所产 生的电位差
至地面 仪器处理
GR曲线
见P120图7-6砂泥岩剖面GR测井曲线
地球物理测井—放射性测井
自然伽马测井
三、GR 曲线特征（均匀理想模型地层点测）
自然伽马测井
砂泥岩剖面（骨架不含放射性矿物）
随着泥质含量的增加， GR值增加。 泥岩-高值；砂岩-低值
GR 泥 岩 砂 岩
放射性： 自发地释放出、 ， 射线的性质
放射性核衰变的规律：放射性核数随时间按指数递减的规律 变化。 即：
N N0 e
t
t:时间 ：衰变系数 N:放射性元素个数
地球物理测井—放射性测井
伽马测井的核物理基础
半衰期：从N0个原子开始衰变到N0/2时所经历的时间。 用T表示：
T
ln 2
地球物理测井—放射性测井
自然伽马测井
GR测量的是岩层的自然放射性强度（不用任何放射性源）
一、岩石的自然放射性
岩石中主要的放射性元素： 238 232 40 92U 90Th 19K
岩石的自然放射性强度主要取决于其三者的比例，其含量与岩性以 及形成过程中的物理化学条件有关，因此，岩性不同，GR不同。
强度较低的：砂岩、灰岩、白云岩
通常情况下：地层的 GR值的高低主要取决于泥质含量 强度高的：钾岩、深水泥岩、页岩
地球物理测井—放射性测井
自然伽马测井
沉积岩的自然放射性有以下变化规律：
a.随泥质含量的增加而增加；
b.随有机物含量增加而增加，如沥青质泥岩的放射性很高。在还原 条件下，六价铀能被还原成四价铀，从溶液中分离出来而沉淀在地 层中，且有机物容易吸附含铀和钍的放射性物质； c.随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。
自然伽马测井原理6
半衰期：从N0个原子开始有N0 /2发生了衰变， 所经历的时间。用T表示：
ln 2 T
放射性元素不同，其半衰期也不同，见P135 2、放射性射线的性质核衰变 核衰变放出三种射线：、、 射线 带电 能量衰减快、 射程短 射线 穿透能力弱
射线
是频率很高 的电磁波、 能量高
穿透 能力强
V合适
五：GR曲线的解释应用 1、划分岩层 砂泥岩剖面（骨架不含放射性矿物） GR 泥 岩 砂 岩 碳酸盐岩剖面相同 砂 岩
泥 岩
给定岩性剖面，请定性的画出GR曲线（5分钟 GR 泥岩 灰岩 泥岩 白云岩
石膏
2、确定地层的泥质含量 不含放射性矿物的地层，GR主要取决 于地层的泥质含量 当泥质含量低时：
沉积岩骨架不含重矿物，除钾岩外，其他岩 石本身基本上不含放射性，但在形成过程中 会多少地吸附些放射性元素。
强度最低的：硬石膏、石膏、不含钾的盐岩 强度 低的：砂岩、灰岩、白云岩 强度较高的：浅海相和陆相沉积的泥岩、泥 灰岩、钙质岩、泥质砂岩等 强度高的：钾岩、深水泥岩、页岩 强度最高的：放射性软泥、彭土灰 除了钾岩及骨架含放射性元素的岩石外，岩 石的GR强度随岩石颗粒变细而增加的。 通常情况下：地层的GR主要取决与泥质含量
Vsh GR GRmin GRmax GRmin
当泥质含量高时：
gcur=2(老地层） gcur=3.7(新地层）
I sh
GR GRmin GRmax GRmin
2
gcur Ish
Vsh
2 gcur
1 1
3、进行地层对比 用GR曲线进行对比的优点：
与岩石孔隙中的流体性质（油或水）无关 与地层水和泥浆矿化度无关 在GR曲线上容易找到标准层
核磁共振测井原理与应用书pdf
核磁共振测井原理与应用一、核磁共振基本原理核磁共振（NMR）是物理学中的一种现象，其基本原理是原子核在磁场中的磁矩与射频脉冲之间的相互作用。
核磁共振在测井中的应用得益于其独特的物理性质，可以对地层岩石和流体进行无损检测。
二、核磁共振测井技术核磁共振测井技术利用了在地磁场中自由氢核（如H）的磁矩进动与射频脉冲的相互作用。
当射频脉冲停止后，氢核将恢复到原来的状态，这一过程中产生的信号可以被检测并用于分析地层性质。
核磁共振测井技术可以分为静态测量和动态测量两种。
三、岩石孔隙结构分析核磁共振测井可以提供关于岩石孔隙结构的详细信息。
通过测量地层中氢核的弛豫时间，可以推断出孔隙的大小、分布以及连通性，从而评估储层的渗透率和油气储量。
四、地层流体识别与分类核磁共振测井可以区分油、水、气等不同的流体，这是由于不同流体中氢核的弛豫时间不同。
此外，通过测量束缚流体和自由流体的比率，可以评估油藏的驱替效率和水淹程度。
五、地层参数反演通过核磁共振测井数据，可以反演地层的多种参数，如孔隙度、渗透率、含水饱和度等。
这一过程涉及到复杂的数学模型和算法，是核磁共振测井数据处理的关键环节。
六、测井数据处理与解释核磁共振测井数据处理包括原始数据的预处理、参数反演、解释和后处理等多个环节。
解释人员需要具备丰富的地质和测井知识，以便正确地解释测井数据，提供准确的储层评价结果。
七、核磁共振测井应用实例核磁共振测井在油气勘探和开发中得到了广泛应用。
例如，在评估油田的储层质量、监测注水作业效果、确定剩余油分布等方面发挥了重要作用。
具体实例包括评估某油田的储层孔隙结构和含油性、监测某气田的产气能力等。
这些实例证明了核磁共振测井在油气勘探和开发中的实用价值。
八、未来发展趋势与挑战随着技术的不断进步和应用需求的增加，核磁共振测井在未来将面临一些发展趋势和挑战。
例如，发展更高分辨率和灵敏度的核磁共振测井仪器、提高数据处理和解释的自动化程度、解决复杂地层和油藏条件下的应用问题等。
核磁共振测井原理
核磁共振测井原理一、快速发展的核磁共振测井技术1945年，Bloch 和Purcell发现了核磁共振（NMR）现象。
从那时起，NMR作为一种有活力的谱分析技术被广泛应用于分析化学、物理化学、生物化学，进而扩展到生命科学、诊断医学及实验油层物理等领域。
如今，NMR已成为这些领域的重要分析和测试手段。
40年代末，Varian公司证实了地磁场中的核自由运动，50年代，Varian Schlumberger-Doll，Chevron三个公司开展了核磁共振测井可行性研究。
60年代初开发出实验仪器样机，它基于Chevron研究中心提出的概念，仪器使用一些大线圈和强电流，在志层中产生一个静磁场，极化水和油气中的氢核。
迅速断开静磁场后，被极化的氢核将在弱而均匀的地磁场中进动。
这种核进动在用于产生静磁场的相同线圈中产生一种按指数衰减的信号。
使用该信号可计算自由流体指数FFI，它代表包含各种可动流体的孔隙度。
这些早期仪器有一些严重的技术缺陷首先，共振信号的灵敏区包括了所有的井眼流体，这迫使作业人员使用专门的加顺磁物质的泥浆和作业程序，以消除大井眼背景信号，这是一促成本昂贵且耗时冗长的处理，作业复杂而麻烦，测井速度慢石油公司难以接受。
其次，用强的极化电流持续20ms的长时间，减小了仪器对快衰减孔隙度成分的灵敏度，而只能检测具有长弛豫衰减时间的自由流体，由于固液界面效应对弛豫影响及岩石孔隙中油与水的弛豫时间差异不大，使得孔隙度和饱和度都很难求准。
此外，这些仪器为翻转被极化的自旋氢核需消耗大量功率，不能和其它测井仪器组合。
但这些难题没有使核磁共振测井研究中止。
70年代末至80年代初，美国Los Alamos 国家实验室Jasper Jackson 博士提出“INSDE－OUT”磁场技术。
在相同时期，磁共振成象（MRI）概念也得到很大发展。
1983年，Melvin Miller博士在美国创办了NU－MAR公司，他们综合了“INSIDE－OUT”概念和MAR技术同时，斯伦贝谢公司几十年来，一直在努力发展核磁共振测井技术。
第3章_3核测井-3.4核磁共振测井
脉冲时间加倍，磁场旋转 180°，此时称做 180° 脉冲.
一个90° 脉冲加载之后, 会发生两个过程：
z
z
B0
y x x y
B0
XY平面，旋转开始，并逐步 发散开去 这就是横向弛豫，弛豫时间用 T2描述.
同时，它们也开始在磁场 方向重新排列（重极化） 这就是纵向弛豫，弛豫时 间用 T1描述.
4、核磁共振现象 氢核（质子）本身带电，质子具有自旋性，可
静态磁场使氢原子核进动产生的磁场方向
与其相同 (原子核被极化)。
只要静态磁场保持，任何刺激之后，氢核 将努力回复到该状态（它是一种低能态）。
静态磁场中的这种排列一旦 完成，我们就可以用射频脉冲磁场 加载到核子上：
射频磁场使极化场发生旋转 脉冲持续时间控制旋转角度的
大小.
当脉冲长度刚好使极化场旋转 90°,我们称之为 90°脉冲.
形成磁场，即质子具有一定的磁矩。在Z轴施加外加
磁场后（B0），氢核绕外磁场方向转动，这个转动
称为进动，进动频率0为：
0 B0
式中 :γ—氢核的旋磁比； B0—外加磁场的磁感应强度。
静磁场中质子的旋转和进动
4、核磁共振现象
核有磁性，没有外 磁场作用，核自旋 的方向是杂乱的。
4、核磁共振现象
优点：
1.迄今唯一能够直接测量储集层自由流体孔隙度的测井方法
2.测量准确可靠 3. 可以得到不受岩石骨架岩性影响的地层总孔隙度，还可以
准确地给出各种孔隙度参数，准确地区分不同的孔隙度成分， 如自由流体孔隙度、毛细管孔隙度、粘土束缚水孔隙度及微 孔隙度等。
4.还可提供束缚流体与可动流体相对体积，储层油气类型、孔 隙尺寸分布、渗透率、原油粘度、含油气饱和度和产能性质 等多种重要参数。
3章-核测井
第三章 核测井核测井是测量记录反映岩石及其孔隙流体和井内介质的核物理性质的参数，研究井剖面岩层性质、寻找石油矿藏等的一类测井方法。
核测井包括以核物理学和核物理技术为基础的一系列测井方法，分为γ测井、中子测井和核磁测井三大类，具有下列优点：1、核测井揭示的是岩石的核物理性质，能深刻反映岩石的本质，是一种唯一确定岩石及其孔隙流体化学元素含量的测井方法；2、对测量条件有着广泛的适应性，能在含有各种井内流体的裸眼井、套管井中对各种不同类型的储层进行有效测量；3、能提供大量具有不同物理实质的参数，且大部分参数用其它方法不易获得。
§3-1自然伽马测井和自然伽马能谱测井一、伽马测井的核物理基础 1、放射性和放射性衰变 （1）核素和同位素核素：一种核素是指原子核的质子数和中子数都相等并处于同一能态的同一类原子，用下列符号表示：X A Z ，其中X 为元素的符号；Z 和A 分别表示质子数和质量数，例如H 31是一种核素。
同位素：是指几种质子数相同而中子数不同的核素统称为该种元素的同位素，例如H 11、H21、H 31这三种核素都是氢的同位素。
（2）放射性和放射性核素放射性：原子核自发地放出各种射线的性质统称为放射性。
放射性核素：能自发地发生衰变，由一种核变为另一种核的核素称为放射性核素，如H31就是放射性核素；稳定核素：不能自发发生变化的核素就是稳定核素，例如H 11、H 21就是稳定核素。
（3）核射线放射性物质能放出α、β、γ三种射线，性质各不相同，用途也不同。
α射线是高速运动的氦原子核He 42（α粒子），它的穿透能力最低，但电离能力最强。
在核测井中，利用α粒子和某些原子核的相互作用可制造中子源；β射线是高速运动的电子流，它的穿透能力比α射线强，但电离能力较α射线弱；γ射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力最强，但电离能力最弱。
γ射线能穿透几十厘米的地层、水泥环、套管和下井仪器的外壁而被探测仪器接收到，是核测井的主要探测对象。
地球物理测#(第三章)核测井GR测井
自然伽马能谱测井（NGS）
研究发现：泥质含量与钍和钾的含量成线性关系
(Vsh ) x
X X min X max X min
X=Th,k
含钾的岩石（云母、长石）不能用该公式计算泥质含量
地球物理测井—放射性测井
2、研究生油层
自然伽马能谱测井（NGS）
研究发现：岩石中的有机物对铀的富集起着重要作用。 有机碳含量与U/K存在线性关系 、 计 数 率 比 有机碳含量 U U/K
GR（API） 当上下围岩相同时， 曲线对称于地层中 部，低放射性地层对 应GR低，高放射性 地层对应GR高 h>3d 曲线幅度不受 岩层厚度的影响； h<3d 曲线的最大或 最小受岩层厚度的 影响（？）
地球物理测井—放射性测井
自然伽马测井
地球物理测井—放射性测井 四、影响因素
1、岩层厚度的影响
GR
地球物理测井—放射性测井
2、确定地层的泥质含量
自然伽马测井
不含放射性矿物的地层，GR主要取决于地层的泥质含量。
当泥质含量低时：
Vsh
GR GRmin GRmax GRmin
当泥质含量高时：
I sh
GR GRmin GRmax GRmin
2 gcur Ish 1 2 gcur 1
gcur=2(老地层） gcur=3.7(新地层）
Vsh
地球物理测井—放射性测井
3、进行地层对比 用GR曲线进行对比的优点：
自然伽马测井
与岩石孔隙中的流体性质（油或水）无关 与地层水和泥浆矿化度无关 在 GR 曲线上容易找到标准层
地球物理测井— — 核测井 地球物理测井 放射性测井
自然伽马测井
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核测井原理
概述 (2)
第一章自然伽马测井和自然伽马能谱测井 (3)
§1 伽马射线及其探测 (3)
§2 岩石的自然伽马放射性（自然伽马测井的地质基础） (6)
§3自然伽马射线强度沿井轴的分布 (13)
§4 自然伽马测井的仪器刻度、井眼校正 (14)
§5 自然伽马测井资料的应用 (15)
§6 自然伽马能谱测井 (17)
§7 自然伽马能谱测井资料的应用 (20)
第二章中子测井 (21)
§1中子测井基本原理 (22)
§2超热中子测井 (25)
第三章核磁共振 (50)
§1顺磁共振的相关结果 (50)
§2岩石孔隙中流体的核自旋驰豫及描述这种驰豫的方法 (58)
概述
核测井这门课程是和《原子核物理基础》是相互衔接的一门课程。
本课程的重点是自然伽马测井、自然伽马能谱测井，密度测井，中子测井以及核磁测井方法原理的讨论，资料的解释应用只稍作提及。
核测井，在核磁共振测井出现之前，我们又叫做放射性测井。
放射性测井主要有三种方法：自然伽马测井测量地层的天然放射性；密度测井测量人工伽马源与地层作用后的 射线；中子测井利用中子作用于地层作用，然后测量经地层慢化后的中子，或中子核反应产生的伽马射线。
这些测井方法主要用于了解地层的岩性和测量地层的孔隙度。
密度测井与中子测井结合也可用来判别储集层空间中的流体性质。
核磁测井严格地说不是放射性测井方法，核磁测井利用氢核具有核磁矩在外磁场作用下的共振吸收特性，测量地层中的氢核的状态和数目，进而求得地层的孔隙度及孔隙结构，束缚水饱和度等参数。
第一章 自然伽马测井和自然伽马能谱测井
自然伽马测井测量地层中天然放射性矿物放出的伽马射线来了解地层的岩性等方面的特性。
本章从五个方面来讨论：1.伽马射线的测量（自然伽马测井的物理基础）；
2.岩石的放射性来源(自然伽马测井的地质基础)；
3.井中自然伽马的测量；
4. 自然伽马测井资料的应用;
5.最后介绍自然伽马能谱测井的原理及其应用。
§1 伽马射线及其探测
1、 伽马射线及其性质
(1)伽马射线：处于激发态的原子核，回到基态时，放出伽马射线。
伽马射线是一种能量很高，波长很短的电磁波。
γ+→X X A Z m A Z
△E=h ν=h λ
c 式中 h ν是伽马射线的能量，h 是普郎克常数，ν是频率，c 是光速，λ是波长。
岩石地层中放出的伽马射线的能量范围为1kev~7Mev.
(2)伽马射线与物质的相互作用
如前所述，伽马射线射入物质后主要与物质发生三种相互作用。
光电效应：伽马射线的全部能量转移给原子中的电子，使电子从原子中发射出来，伽马光子本身消失的现象，称为光电效应。
康普顿效应：入射的伽马光子与核外电子发生非弹性散射，光子的一部分能量转移给电子，使原子中的电子被反冲出来，而散射光子的能量和运动方向发生变化的现象。
电子对效应：当伽马光子的能量大于1.02Mev 时，光子与靶原子核的库仑场相互作用，光子转化为正负电子对的现象。
(3)伽马射线的探测
由上面的讨论可知，γ射线与物质相互作用的结果是，
原入射能量的伽马光子消失，把入射γ光子的全部能量或部分能量转移给带电粒子（电子）。
也就是说，由于伽马射线的射入，在物质中产生了有运动能的带电粒子。
电子通过物质时，使原子产生激发或电离，电子本身在运动过程中逐渐损失能量。
如果电子的能量高，则在物质中穿行时，产生激发或电离的原子数目就多。
利用上述伽马射线与物质相互作用的机制，我们就可以制作相应的伽马射线探测器。
目前γ射线的探测应用广泛的是闪烁探测器。
闪烁探测器的优点是探测效率高。
其探测装置如图1所示。
探测装置由探头，高压电源，前置放大器，主放大，分析记录仪器等组成。
其中探头主要由闪烁体和光电倍增管构成。
闪烁探测器探测伽马射线的原理如下：
（1）伽马射线入射到闪烁探测器的晶体（NaI(Tl)）内，与物质发生三种相互作用，产生不同能量的带电粒子（电子）；
（2）带电粒子在探头晶体的运动引起探头晶体原子的激发，退激时发出荧光；
（3）荧光光子经光子耦合剂（硅脂）引入光电倍增管中；
（4）光子打到光电倍增管的光阴极上，与光阴极板材料发生光电效应。
荧光被吸收，产生光电子束；
（5）光电子被电场聚焦和加速，打到光电倍增管的各打拿极上，逐级倍增；
（6）倍增后的电子，在光电倍增管的阳极上产生一个电流脉冲，在阳极的负载电阻上产生一个电压脉冲；
（7）电压脉冲被放大，整形后送入相应的记录仪器进行记录，分析。
上述测量射线的过程尽管有若干步骤，实际上是瞬间完成的。
从上面的探测原理可以看出，如果伽马光子的能量高，则光电效应的光电子能量就高，光电子在探头内运动时激发的原子就多；在探头的闪烁体内产生的荧光就多；进而在光电倍增管的光阴极上产生的光电子就多；经光电倍增管倍增后在阳极上产生的电流脉冲就高，即在负载电阻上输出的电压脉冲幅度就高。
电压脉冲经放大和整形后，送入相应的记录仪器记录。
记录仪器可以分为两种：一种是仅记录脉冲的个数，称为定标器；另一种是不仅记录脉冲的个数，并且根据脉冲电压的高低，分别进行记录，称为脉冲幅度分析器。
记录的是射线能谱（仪器谱）。
探测伽马射线的探测器还有盖格—弥勒计数器，半导体探测器。
前者的优点是制
γ射线能量的分辨率高。
作简单，后者的优点是。