中子伽马测井原理

第九章中子测井(Neutron log)利用中子与地层相互作用的各种效应，来研究钻井地质剖面的一类测井方法统称中子测井。

它是利用岩石的另一种特性，即岩石中的含氢量来研究岩石性质和孔隙度等地质问题。

这种测井方法在于将装有中子源和探测器的井下仪器下入井中，由中子源→中子→进入岩层,同物质的原子核发生碰撞将产生减速、扩散和被俘获几个过程，到达探测器。

在这些过程中，探测器周围的中子分布状况，以及中子被俘获后所放出的伽马射线强度，与仪器周围的岩石性质，特别是岩石的含氢量有关。

而储集层的含氢量又取决于它的孔隙度，因此，中子测井是目前广泛使用的一种孔隙度测井。

根据中子测井的记录内容：可以将它分为中子-中子测井和中子-伽马测井。

根据仪器的结构特点，中子—中子测井又可分为中子-超热中测井（SNP）—井壁中子测井中子-热中子测井（CNL）—补偿中子测井一、中子测井的核物理基础1 中子和中子源中子是组成原子核的一种不带电荷的中性粒子，其质量与氢核的质量相近。

中子与物质作用时，能穿过原子的电子壳层而与原子核相碰撞，所以它对物质的穿透能力较强。

通常中子与质子以很强的核力结合在一起，形成稳定的原子核。

要使中子从原子核里释放出来，就必须供给一定的能量。

如果使原子核获得的能量大于中子结合能，中子就可能从核中发射出来。

可以用α粒子、氘核d、质子p或γ光子轰击原子核，引起各种核反应，使中子从核内释放出来。

这种产生中子的装置称中子源。

一、中子测井的核物理基础因为不同能量的中子与原子核作用时有着不同的特点，所以通常根据中子的能量大小，可以把它分成几类：高能快中子：能量大于10万电子伏特；中能中子：能量在100电子伏特—10万电子伏特之间；慢中子：能量小于100电子伏特；其中0.1—100电子伏特的中子为超热中子；能量等于0.025电子伏特的中子为热中子。

一、中子测井的核物理基础1 中子和中子源中子测井所用的中子源有两类：即同位素中子源和加速器中子源。

测井概述1、测井的概念：测井，也叫地球物理测井或矿场地球物理，简称测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法（包括重、磁、电、震、核）之一。

简而言之，测井就是测量地层岩石的物理参数，就如同用温度计测量温度是同样的道理；石油钻井时，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，以获得各种石油地质及工程技术资料，作为完井和开发油田的原始资料。

这种测井习惯上称为裸眼测井。

而在油井下完套管后所进行的二系列测井，习惯上称为生产测井或开发测井。

其发展大体经历了模拟测井、数字测井、数控测井、成像测井四个阶段。

2、测井的原理任何物质组成的基本单位是分子或原子，原子又包括原子核和电子。

岩石可以导电的。

我们可以通过向地层发射电流来测量电阻率，通过向地层发射高能粒子轰击地层的原子来测量中子孔隙度和密度。

地层含有放射性物质，具有放射性（伽马）；地层作为一种介质，声波可以在其中传播，测量声波在地层里传播速度的快慢（声波时差）。

地层里的地层水里面含有离子，它们会和井眼中泥浆中的离子发生移动，形成电流，我们可以测量到电位的高低（自然电位）。

3、测井的方法1）电缆测井是用电缆将测井仪器下放至井底，再上提，上提的过程中进行测量记录。

常规的测井曲线有9条；2）随钻测井（LWD-log while drilling）是将测井仪器连接在钻具上，在钻井的过程中进行测井的方式。

边钻边测，为实时测井（realtime),井眼打好之后起钻进行测井为(tipe log)；4、测井的参数1.GR-自然伽马GR是测量地层里面的放射性含量，岩石里粘土含放射性物质最多。

通常，泥岩GR高，砂岩GR低。

2.SP-自然电位地层流体中除油气的地层水中的离子和井眼中泥浆的离子的浓度是不一样的，由于浓度差，高浓度的离子会向低浓度的离子发生转移，于是就形成电流。

自然电位就是测量电位的高低，以分辨砂岩还是泥岩。

各条测井曲线的原理及应用引言测井是地质勘探中不可或缺的技术手段之一。

随着勘探深度的增加和技术的进步，测井曲线的种类也逐渐增多。

本文将介绍几种常见的测井曲线，包括电阻率曲线、自然伽马曲线、声波曲线和中子曲线的原理及应用。

1. 电阻率曲线电阻率曲线是测井中最常见的曲线之一，用于反映地层的电阻率特性。

在测井时，通过测量地层对射入电流的电阻来得到电阻率曲线。

电阻率曲线的应用包括：- 地层分类：根据电阻率曲线的特征，可以将地层分为不同类型，如油层、水层和盐层等。

- 识别流体类型：通过电阻率曲线的变化，可以判断地层中的流体类型，如水、油或气体等。

- 沉积环境分析：电阻率曲线对地层的沉积环境也有一定的指示作用，如高电阻率的地层可能是砂岩，低电阻率的地层可能是页岩等。

2. 自然伽马曲线自然伽马曲线是记录地层自然伽马辐射强度的曲线，用来确定地层的物理性质和放射性岩石的含量。

自然伽马曲线的应用包括： - 确定放射性岩层：通过自然伽马曲线的变化，可以定量地确定地层中放射性岩石的含量。

- 钻井定位：自然伽马曲线常用于钻井中的测井工作，通过分析伽马辐射来确定钻头所处的位置和地层的特征。

- 地层对比：自然伽马曲线可以用于地层的对比，从而帮助地质学家更好地理解地层的时空分布。

3. 声波曲线声波曲线记录了地层中声波的传播速度和衰减特性，用于刻画地层的物理性质和孔隙度。

声波曲线的应用包括： - 地层属性分析：通过分析声波曲线的特征，可以确定地层的孔隙度、渗透率和饱和度等物理属性。

- 油气识别：声波曲线可以帮助判断地层中的油气类型和含量，对于油气勘探具有重要意义。

- 工程设计：声波曲线在工程设计中也有一定的应用，如在隧道掘进中可以通过声波曲线判断地层的稳定性。

4. 中子曲线中子曲线是记录测井装置发射的中子数与到达探测器的中子数之比的曲线。

中子曲线的应用包括： - 流体识别：通过中子曲线可以识别地层中不同类型的流体，如水、油和气体等。

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。

中子寿命测井技术一、测井原理中子寿命测井是用脉冲中子源向地层发射能量为14Mev 的中子，测量热中子或俘获伽马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。

在地层水矿化度高时，可求出地层含水饱和度，进而得到地层的含油饱和度。

中子寿命测井是测量地层中热中子寿命（τ）的一种测井方法，其资料最广泛的开拓应用是确定地层剩余油饱和度，它一般应用于套管井产层含油性评价。

其特点是能精确地和连续地测定油层的剩余油饱和度在纵向上的分布，同时应用于多口井时，又有可能确定剩余油饱和度在横向上的分布。

而利用中子寿命测井“测—注—测”工艺后，对同一地层可消除地层岩石骨架、孔隙中的原油和泥质等核特性的影响，使计算剩余油饱和度更为精确和简化。

它能为你解决区块剩余油饱和度评价、水淹层出水点判断、油气水动态监测、凝析油气层判断与识别等生产中存在的具体问题，是及时而准确地监测油层纵横向上动用情况、合理调整油田开发方案、优化油井工作制度、充分挖掘中、低孔渗油藏潜力的重要手段之一。

目前该技术已在江汉、新疆、大庆、中原等油田应用，形成了时间推移、测—注—测、测—堵—测以及示踪剂为载体等多种测井施工工艺，并取得了明显的地质效果。

二、仪器种类及技术指标三、典型的热中子衰减曲线四、选井要求✧井眼规则、无垮塌✧测量井段小于200米,厚度大于1米✧已知产液层的含水量，水质类型、矿化度及地层压力✧不能在同位素施工井、负压井及漏失井上进行中子寿命的测--注--测工艺✧所选井要有一定的接替厚度,即目前油层的开采量并未达到使油层枯竭的程度。

✧重点选取层间、纵向差异较大，或注水不均衡的井。

✧套管无损坏，固井质量好，保证测井施工及以后能正常上堵水等措施。

✧井深、温度、压力要在仪器设备正常工作范围之内。

✧地质条件要求目的层厚度在1-40米，不注硼时，地层水矿化度在15万PPM以上，孔隙度大于15%；注硼时，地层孔隙度大于11%，渗透率在50×10-3um2以上。

第九章中子测井中子测井(NUETRON LOGGING)：利用中子和地层的相互作用（的各种效应）为基础的测井方法，来研究井剖面地层性质的各种测井方法的总称。

它包括中子—热中子、中子—超热中子、中子—伽马测井、中子活化测井以及非弹性散射伽马能谱测井和中子寿命测井。

测井时，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，由探测器探测超热中子、热中子或次生伽马射线的强度，研究地层的孔隙度、岩性及孔隙流体性质等地质问题。

§1 中子测井的核物理基础一、中子和中子源能产生中子的装臵叫中子源。

核测井中使用的中子源有放射性同位素中子源和加速器中子源两大类，前者发射的中子的能量在4~5MeV，而后者为12MeV，能量不同的中子与地层的相互作用的特点不同，由此形成了各具特色的中子测井。

1、中子(1) 中子的电荷：组成原子核不带电的中性微粒，它与质子以很强的核力结合在一起，形成原子核。

研究认为中子可能带有很小的难以探测的电荷，其上限在10-8电子电荷，因而可以看成是中性粒子。

当中子与原子相互作用时，和核外电子几乎没有库仑力作用，而直接与原子核碰撞，其反应几率主要取决于核的性质。

因此，中子入射物质后，主要是与原子核发生作用。

(2)中子的质量：1.00887u；质子的质量1.00758u(3)中子的半衰期中子的静止质量大于质子和电子的静止质量之和，会自发的发生β-衰变，它的半衰期为11.7±0.3min，因此，自然界几乎不存在自由中子。

β+→-+n+Qvpv称为反中微子。

(4)中子的分类当中子与原子相互作用时，和核外电子几乎没有库仑力作用，而直接与原子核碰撞，其反应几率主要取决于核的性质。

因此，中子入射物质后，主要是与原子核发生作用。

中子能量不同（速度不同），它与物质相互作用的行为也就大不相同，因此，目前使用的中子测井包括使用同位素中子源测井和加速器中子源中子测井。

根据中子的能量可将中子分为：高能中子 能量〉10 MeV 穿透能力极强快中子 10MeV —10KeV 穿透能力极强中能中子 100eV —10KeV慢中子 0.03eV —100eV 超热中子约为0.2~10ev热中子约为0.025ev ，热中子标准速度2200M/S快中子的穿透能力很强，能穿透下井仪器的钢外壳、泥浆、套管、水泥环而进入地层。

中子孔隙度测井汇总中子孔隙度测井的原理是利用自然伽马辐射和中子衰减的原理来测量地层中的孔隙度。

该方法通过测量地层中的伽马射线和中子流，并分析其与地层相互作用的物理特性，来计算孔隙度。

中子射线通过地层时，可能被地层中的水、油和岩石等物质吸收，使中子流的强度减小。

通过测量减小的中子流强度和其他参数，可以推断出地层的孔隙度。

中子孔隙度测井需要使用一种称为中子密度测井仪的测井工具。

该工具通常由中子源、探测器以及其他必要的测量系统组成。

中子源产生高速中子束，通过地层，并与地层中的核物质相互作用。

中子流将散射回来，并被探测器检测到。

探测器测量散射中子的能量和数量，并将其转化为地层的孔隙度。

中子孔隙度测井的应用非常广泛。

在油气勘探和开发中，中子孔隙度测井可以帮助评估岩石储集层的孔隙度，从而评估储层的储量和产能。

此外，中子孔隙度测井还可用于评估水资源、煤矿和地热储层等其他地下储层的孔隙度。

在实际应用中，中子孔隙度测井还可以与其他测井方法相结合，例如密度测井、声波测井等。

通过多种测井方法的综合分析，可以更准确地评估地层的孔隙度，并提供更可靠的地质参数。

尽管中子孔隙度测井方法简单易行，但在实际测井中仍存在一些挑战。

例如，地层的复杂性和非均质性可能会引起测井结果的偏差。

此外，测井仪器的精度和校准也会对测井结果产生影响。

因此，在进行中子孔隙度测井时，需要进行精确的数据处理和解释。

总的来说，中子孔隙度测井是一种常用的地球物理测井方法，可用于评估地层的孔隙度和储层特性。

通过分析中子流与地层相互作用的物理特性，可以推断出地层的孔隙度，并为油气勘探、水资源评估和地热储层开发等提供有价值的信息。

在实际应用中，需要综合考虑其他测井方法的结果，并进行准确的数据处理和解释，以获得可靠的测井结果。