07补偿密度测井和岩密度测井

补偿密度测井和岩密度测井

一、补偿密度测井原理和方法

岩石的密度是单位体积岩石的质量，单位是g/cm3，代表符号是ρb，也称为岩石的体积密度。岩石的体积密度ρb是代表岩石性质的一个重要参数，它不但与岩石的矿物成分及含量有关，还与岩石孔隙度和孔隙中流体的类别、性质和含量有关。因此，测量岩石体积密度是很有必要的。

前面已经讲过，当γ射线能量为中等时，伽马射线与其所穿过的物质原子中的电子发生碰撞，把一部分能量传给电子，使电子沿某一方向射出，损失了部分能量的伽马射线则沿另一方向射出，这种效应称为康普顿效应。由于康普顿效应引起γ射线的被吸收和散射，用散射截面σc表示：σc=Zσc.e。即是说σc与靶物质的原子序数成正比，即与原子的电子数成正比。因为靶物质是地层岩石，所以σc就与岩石中的电子密度（每立方厘米中的电子数）成正比。

补偿密度测井通常用137C s（铯）作为伽马射线源，它发出的γ射线具有中等能量（0.611Mev）。当其与中等原子序数的元素组成的地层相互作用时，主要发生康普顿效应。康普顿散射线性衰变系数μc可用下式表示：

μc=Z

A

*（ρb N Aσc.e）

式中μc为康普顿散射线性衰变系数。

Z为原子序数，A为原子的摩尔质量，N A为阿伏伽德罗常数。σc.e为电子的散射截面，对于

沉积岩中的大多数元素而言，Z

A

近似等于0.5N A为一常数；对于具有一定能量的γ射线来

说，σc.e也是常数，因此μc与ρb成正比关系。或者说γ射线经过岩层的散射和吸收，其能级宽度的减弱仅与岩层的密度有关。试验证明，经过散射吸收后面到达探测器的γ射线能级宽度只是岩层密度的函数。岩层密度大则γ射线被吸收得多，散射γ射线的计数率就小。反之，则计数率就大，这就是密度测井的基本原理。

概括地说：地层体积密度测井就是用距γ源一定距离的探测器，探测从源发射出来的中能γ射线穿过岩石，经康普顿效应散射γ射线计数率从而求得地层体积密度的方法。属于γ-γ测井技术之一，也称为散射γ射线测井。为了消除井壁泥饼的影响，一般采用长、短源距探测器，称为补偿密度测井仪。以长源距探测器测得的视密度为基础进行修正，即ρb=ρL+∆ρ, ∆ρ=a(ρL-ρS)。比例系数a可由实验拟合给出，可以看出，ρL=ρS时∆ρ应等于零。

所以在测补偿密度项目时，除了显示一条地层体积视密度外，同时还要显示一条∆ρ曲线，以便对视密度曲线进行补偿校正。

地层视密度ρa与探测器长、短计数率的关系是通过刻度建立的：ρa=A-BlnN。如果用L、S 分别表示长、短源距探测器，则可写为：ρL=A L-B L lnN L。ρS=A S-B S lnN S。式中A L、B L、A S、B S为长、短探测器的刻度系数。

在无泥饼影响的情况下：ρL =ρS =ρb

两式合并得：lnN L =

L S L A A B +S L

B B lnN S 显然，在双对数坐标系中，该式子为一直线，这条直线称为“脊线”。它与横坐标轴的夹角称为“脊角”。如下图a 所示。

假设地层密度为ρb =2.5g/cm 3。但有泥饼，泥饼的视密度为ρmc =1.5g/cm 3。改变泥饼厚度t mc ，观察到如下特点：

①当泥饼厚度增加时，短源距探测器计数率比长源距探测器计数率增加的快。交会点离开脊线向右上方偏移，有ρb >ρl >ρs ;

②当泥饼厚度足够大时，交会点落在背线上，密度等于1.5g/cm 3的点上，长、短源距探测器主要反映泥饼的性质。如图b 所示。假设泥饼的视密度ρmc =1.5g/cm 3，地层密度分别为2.0g/cm 3，2.5g/cm 3和3.0g/cm 3。当泥饼厚度足够大时，计数率交会点的三条轨迹都终止在背线上ρb =1.5g/cm 3处。如图C 所示。假设地层密度为2.5g/cm 3，泥饼的视密度分别为

1.5g/cm 3，

2.0g/cm 3和

3.0g/cm 3。当泥饼厚度增大时，可看到交会点轨迹分成左右两支。当泥饼不太厚时，它的影响可看做一个综合变量的作用，不需要分别考虑泥饼的厚度和视密度。

综合上述假设而做实验结果，绘出下图所显示的“脊肋图”。脊线是无泥饼影响时长、短源距计数率的关系线。肋线则显示泥饼对计数率的影响。脊肋图是实现泥饼补偿的实验基础。

二、岩性密度测井的原理和方法

上面讲的老式的补偿密度测井，只利用了康普顿效应，记录散射伽马射线的强度以达到测量地层体积密度的目的。现在，已改进了老式仪器，不但要利用康普顿效应而且要利用光电效应。不但要测出地层的体积密度ρb，还要测出反映地层岩性变化的光电吸收指数Pe，这就是目前用得较多的岩性密度测井。

前面已经介绍过，低能伽马射线在地层中主要作用是光电效应。所以，当137C s（铯）伽马射线源放出662Kev中等能量伽马射线在地层中与物质作用主要是康普顿效应。在此作用中，伽马射线撞击原子外层一个电子，并使其脱离原子，同时伽马射线偏转而丢失部分能量。降低了能量的伽马射线，将经受光电效应，即低能伽马射线穿过原子外壳层，撞击内部壳层上的一个电子，使其脱离原子并形成荧光X射线，而γ射线被淹没。

①体积密度(ρb)的测量

用岩性密度测井仪测地层体积密度的计算公式为：

ρb =(1/M L )(ln N L -B L ）+1k

[(1/M L )(ln N L -B L )-(1/M s )(ln N S -B S )] M L 、B L 、M S 、B S 均为仪器常数。在泥饼不太厚、泥饼视密度和地层密度相差不大时，K 也可视为常数，这些都可在刻度时确定。因而，只要测得长、短源距探测器的计数率N L 和N S 就可求得地层的体积密度ρb 。

②岩性（Pe ）测量

测Pe 值需用长源距低能窗计数率N LITH 和长源距高能窗计数率N LS 。由这两窗计数率可以得到比值N LITH /N LS 。通过大量实践发现，Pe 和N LITH /N LS 之间存在较好线性关系。

其经验公式为：

Pe =LITH LS N /N B

K --0.41 式中系数K 和B 需通过两点刻度获得。

用地层体积密度求地层孔隙度（密度测井孔隙度）

对于纯地层密度ρb 是由下式确立的，即：

ρb =ρma （1-∅）+ρf ∅

式中ρma 为岩石骨架密度

ρf 为孔隙流体密度

∅为孔隙度

所以∅=

ma b ma f ρρρρ--

对于石油测井常遇地层、密度可直接用测井密度代替，为与其它测井方法求出的孔隙度相区别，用上式确定的孔隙度称为“密度孔隙度”并用∅D 表示。

从原理上讲，岩石骨架密度ρma 可以根据已判明的岩性从有关表中查出。但实际上，真正的纯地层是很难遇到的，应通过实验和统计确定各层段的储层骨架值。

测井仪器是以饱含淡水的石灰岩为标准刻度的，即骨架密度ρma =2.71g/cm 3。而孔隙流体密度ρf =1.0g/cm 3。当岩性和流体性质与刻度条件不相同时，测井给出的孔隙度曲线值就与地层的孔隙度不相同。用饱含淡水的纯石灰岩刻度并由式子

∅=ma b

ma f ρρρρ--

计算出的孔隙度叫地层的“石灰岩孔隙度”，在测井曲线上看到的就是具有这种含义的孔隙度。

真孔隙度为零的纯石英砂岩，密度为2.65g/cm 3。按上式计算得