第七章自然伽马测井

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γ光子与物质的三种作用的几率与γ光子的能 量有关,低能γ光子和物质作用以光电效应为 主,中能γ光子和物质发生康普顿效应的几率 最大,而电子对效应发生在能量大于1.022电子 伏特的情况下。

4、伽马射线的吸收 γ光子与物质发生三种作用,γ光子被吸收, 射线的强度将会随通过物质的距离增大 而减弱,其关系为:
VSH 沉积时间 有机物含量 放射性 放射性 放射性
Φ、K
放射性
放射性
钾盐、放射性矿物
自然伽马测井原理
测量装置:井下仪器 和地面仪器 地面仪
地层中的γ光子穿过水 泥环、套管、钻井液、 仪器外壳射入探测器, 经仪器转换成电压信 号,电压信号的幅度 与地层中自然伽马放 射性强度成正比。
探测器
高压电路
放大器
光子本身被吸收。

产生光电效应的几率τ,随原子序数的增加 而迅速增大;随γ射线能量的增大而迅速减 小。
0.0089
Z
4.1
A

n
2、康普顿效应
伽马光子与原子的 核外电子发生非弹 性碰撞,一部分能 量转移给电子,使 它脱离原子成为反 冲电子,而光子 (散射光子)的能 量和运动方向发生 变化。
岩石中的自然伽马放射性
岩石的放射性主要是由铀系、钍系和放射 性同位素K40决定的。
沉积岩按放射性高低排序: 高的:粘土岩、海绿石砂岩、独居石砂岩、
钾钒矿砂岩、含钾矿灰岩、钾岩等。
中等的:砂岩、砂层、含少量泥质的碳酸岩盐。
低的:
石膏、硬石膏、盐岩、纯的石英砂 岩、白云岩和石灰岩等。
沉积岩的自然放射性分布规律:
7、测井中为什么使用γ射线



α射线穿透能力很小,在空气中只有2.611.5cm,而在岩石中只有10-3cm数量级。 β射线穿透能力虽比α射线大些,在空气 中射程也只有几至几十厘米,在金属中最 大只有9mm。所以α、β射线在测井上都 没有使用价值。 只有γ射线具有很强的穿透能力,在空气 中射程为几百米,在岩石中能达几十厘米, 具有很高的使用价值,在测井中得到广泛 使用。
自然伽马测井的影响因素
放射性测井曲线的统计起伏是上述两个误差 之和,所以
1 2

若测量地层的性质没有变化,则读数n落在
n 范围内的几率是68.3%。
3、地层厚度对曲线幅度的影响
由于地层变薄,泥岩的自然伽马测井曲线的值会下 降,砂岩的自然伽马测井曲线的值上升,并且地 层越薄,下降和上升的幅度越大。所以,对于地 层厚度小于三倍的井径时,要考虑厚度的影响。
自然伽马测井的影响因素
(2)套管的影响 钢和铁对伽马射线的吸收比泥浆大,因此 在下套管的井段,特别是多层套管的井段, 自然伽马读数将有明显的下降,一般情况下, 在一层套管井中所测读数大约是没有套管的 井段的75%。 (3)水泥环的影响 水泥环使自然伽马读数下降。
自然伽马测井的探测范围
规定:以探测器中点为球心,当球内介质造成 的伽马射线强度占全空间造成伽马射线强度的 99%时,球的半径为探测半径( r = 46cm )。 径向:探测深度最大为46cm 探测特性: 纵向:分辨率约为1m
第七章:自然伽马测井和放射性同位素测井
自然伽马测井 ( natural gamma_ray log )
自然伽马测井
岩石中含天然放射性核素,主要有铀系,
钍系和钾,自然衰变时产生伽马射线,使岩 石具有天然放射性。
自然伽马测井用伽马射线探测器测量岩石
的总的自然伽马射线强度,以研究井剖面地 层性质的方法。
5、放射性活度(强弱的度量单位) 放射性活度:一定量的放射性核素在单位时 间内发生衰变的核数。 旧的单位为居里(Ci),1Ci=3.71010次核衰变/s 新的活度单位为“贝可勒尔”,简称“贝可”, 符号为Bq。1Bq=1次核衰变/s, 1Ci=3.71010 Bq
6、放射性射线的性质: α射线的特点 ① α射线是α粒子流,是氦原子核(2He4) ② α粒子的穿透本领很小,有很强的电离作用 ③ α粒子带正电,在磁场中α射线发生偏转。 β粒子就是电子 γ射线是波长很短的电磁波,是高速运动的电 子流。 γ射线是核内状态变化而产生的,在原子核内 并不存在γ光子。 γ射线不带电,具有很强的穿透能力
三、岩石的自然伽马放射性与岩石性质的 关系 1、与三大类岩石的关系 岩浆岩及变质岩:放射性高于沉积岩,它含有 较多的放射性矿物。 (锆石,独居石,揭帘石、角闪石及辉石等) 沉积岩:一般放射性低于岩浆岩和变质岩。通 常不含放射性矿物,其自然放射性主要是岩石 吸附放射性物质引起的,岩石吸附能力又有限。
2、沉积岩的放射性
粘土岩放射性最高,而石膏、硬石膏、盐
岩等放射性最低,其它岩类在它们之间;
自然放射性强度随泥质含量增加而增加
(含放射性矿物的岩石除外)
四、伽马射线与物质的作用和探测 1、光电效应 伽马光子与原子 核外的束缚电子作 用,光子把全部能 量转移给某个束缚 电子,使之发射出
去(光电子),而

发生康普顿效应时引起射线强度的减弱, 其减弱程度用康普顿吸收系数Σ表示公式为:
ZN A e A
3、电子对效应 当伽马光子从原子核 旁经过时,在原子核 的库仑场的作用下, 伽马光子转变为一个
正电子和一个负电子,
这种过程称为电子对
效应。

本身被吸收,吸收系数为:
NA 2 k Z E 1.022 A
二、岩石中的放射性核素 自然界的元素有92种; 已发现的天然核素约有330多种,其中273种 为稳定核素,60余种为放射性核素; 质量数小于209的大多数是稳定核素,只有 少数是放射性核素,如K40、Co60、Cs137 ; 而质量数大于209的全部是放射性核素。
1、主要放射性核素
铀系( U238)、 钍系(Th232)和K40
自然伽马曲线特点
a. 对称于地层中点; b. 厚层(大于1m), 曲线半幅点对应地层 界面; c. 异常极值是其代表 值。
自然伽马测井的影响因素
1、ντ的影响
ντ的影响使GR曲线发生畸变,主要表现为 幅度值GRmax下降,且GRmax的位置不在地层 中心。 地层厚度越小,ντ的影响越大,曲线畸形越 严重。 要限制测速和选择适当的积分常数。 用半幅点划分的界面向上偏移一个距离叫滞后 距离。 滞后距离=υ×τ 把曲线的半幅点向下移动一个滞后距离即地层
I I 0e
L

五、伽马射线的探测
1、基本原理
伽马光子与探测器发生三种效应,产生 次级电子 使气体电离, 产生电离电荷
计数管
产生的电子到达阳极, 输出一个负电压脉冲 在光阴极上打出电子, 使电子迅速增多形成电 子束,在阳极上产生一 个负电压脉冲
使NaI 晶体激发, 产生荧光
自然伽马测井的影响因素
2、放射性曲线的涨落误差
放射性测井曲线上读数的变化有两种: 一种是由于放射性涨落引起的,与地 层的性质无关;另一种是由地层放射 性的变化引起的,可以用来划分地层 剖面。 测井时,用时间常数为τ的积分电路, 所记读数为2τ时间间隔内的脉冲计数 率的平均值。 2σ
n
曲线上任意点上的 相对标准误差为δ1
闪烁计数器
记录一个伽马光子,输出一个电脉冲
2.基本术语 (1)计数率: 探测器每分钟输出的脉冲个数, 计数率的大小与入射的射线的强 度成正比 (2)探测效率: 输出的脉冲数占入射粒子数的百分比
计数管约1%,闪烁计数器20%左右
放射性涨落现象
进行放射性测量时,即使仪器稳定性很好,操作很细 心,井条件稳定,地层的放射性分布很均匀,测得的 曲线也不是光滑的,而是有很多小的起伏,曲线上的 读数总是围绕着某个数值上下涨落。换一种情况,将 仪器固定在井中某一点对地层进行探测也如此。 在实验室里,使用高精度测量仪器,每次测量的时间 都相等,对同一个放射性源进行多次重复测量,所测 得的结果也不会完全相等,有时会有很大的差别。 这是由于地层中的放射性核素的衰变是随机的且是彼 此独立的原因。这种现象叫放射性涨落或统计起伏现 象。所以即使在最理想的条件下,放射性涨落误差或 称统计误差仍是不可避免的。
放射性涨落误差
放射性涨落引起的误差称放射性涨落 误差或称统计误差。 为减小这种统计起伏,在放射性测量 系统中要采用时间平均技术。 例如,在低放射性地区,为在仪器统计 特性中获得精确的数值,需要比较长的时 间常数和比较低的测井速度。
涨落误差曲线
§2 自然伽马测井
用伽马射线探测
器测量地层总的自然 伽马放射性的强度
40
K

K
18 A 18 A
40*
1.46Mev
4、核衰变定律
N N 0e
t
式中 : N0 ——t=0 时的原子核数 N ——时刻 t 的原子核数 ——衰变常数 (表示单位时间内每个原子核发生衰变的几率) 半衰期T1/2:放射性核素因衰变而减少到原来 一半所需的时间。
主要用途:划分岩性及渗透层,确定泥质含量
§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:A
A=Z+N
1
H 1 H 2 He 0 n Q
3 2 4 1
2、核素和同位素
同位素:原子核中质子数相同而中子数不同 的原子,它们在元素周期表中占同一位置。 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。 核素表示:
1
1 2n
自然伽马测井的影响因素
曲线上任意点上的计数 率和真值间的偏差为σ1
1 n 1
因测井曲线上的计数率并不是真值,只能用井下仪 通过地层的时间间隔t内测得的一般地层放射性测 井曲线的平均计数率来近似。
总计数N中的标准误差 h 2 N N n 为 v
v 相对标准误差为 2 hn N 1
岩盐、石膏层γ值最低,泥岩γ值最高。
某油田根据统计资料找出了以下规律:把岩盐和泥岩自 然伽马幅度差分成十等份,幅度在5以下的为储集性能 好的砂岩,5—7之间为含泥较多储集性能比较差的砂岩, 7以上为泥岩。
自然伽马 测井曲线 识别岩性
自然伽马测井曲线的应用
进行地层对比
以单井划分岩性为基础,可在构造剖面上用 几口井的曲线进行地层对比。自然伽马曲线 进行地层对比时具有以下优点:
4、井参数的影响
(1)泥浆的影响 若井内没有泥浆,则井筒对伽马射线吸收很弱。而当井中 有泥浆时,对伽马射线有较强的吸收,可是由于泥浆中含粘 土,具有一定的放射性,这就部分补偿了伽马射线的减弱。 所以泥浆对自然伽马影响不大。泥浆密度不同,对伽马射线 的吸收不同,密度越大,吸收越强。泥浆的矿化度对自然伽 马测井没有影响。
(1)在一般情况下,自然伽马读数与岩石 孔隙中的流体性质无关(油、水或气); (2)与泥浆矿化度无关; (3)容易找到标准层。
一般认为:自然伽马测井对地层的探测范
围大约是直径为1m的球体.
自然伽马测井曲线的应用
识别岩性
砂泥岩剖面:
碳酸盐岩剖面: 膏盐剖面:
纯砂岩γ值最低,泥岩γ值最高,粉砂岩、 泥质砂岩介于中间,Vsh γ值
粘土岩(泥岩、页岩)的γ值最高,泥质 岩、泥质灰岩、泥质白云岩介于两者之间, 且随泥质含量增加而增高。
放射性测井

放射性测井:
利用岩石和井内介质的核物理特性参数解决 地质与开发中的问题。 放射性测井主要用两种射线:伽马射线和中 子射线。
放射性测井分两大类:伽马测井和中子测井 伽马测井主要包括:自然伽马测井、自然伽 马能谱测井、同位素示踪测井、密包括:中子伽马测井、超热中 子测井、热中子测井、活化测井、中子寿 命测井、碳氧比测井。 放射性测井的优点:无论在裸眼井还是套管 井都能测量;不受井内介质的限制,在淡 水泥浆、盐水泥浆、油基泥浆、空气中都 能进行测井;直接测量地层中某些放射性 元素的含量。 放射性测井的缺点:测速低、测井成本高、 对人体有一定危害。
XA Z
3、稳定核素和放射性核素
放射性核素: 原子核能自发的发生衰变, 由一种核素变为另一种核素。 稳定核素:原子核不能自发的变为另一种核。 放射性核素衰变时能发射, 和 射线
核衰变: 放射性核素的原子核自发地由一 种核素变成另一种核素的过程。
19 19
K 20 Ca
40 40 40
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