第8章 密度测井和岩性密度测井

岩性—密度测井（litho-density logging）是密度测井的改进和扩展。

它除了记录岩石的密度之外，还测量地层的光电吸收截面指数Pe，而Pe和岩性有关。

测井时，井下仪器分别记录散射γ射线较高能量部分和较低能量部分。

高能量部分的散射γ射线强度取决于密度；低能量部分主要和岩性有关，同时也和密度有关，经过处理后可以得到pe.密度测井英文：density logging释文：又称伽马一伽马测井(gamma-gamma logging)、散射伽马测井(scattered gamma-ray logging)。

是利用康普顿一吴有训散射效应研究岩层密度的测井方法。

井下仪器由γ源和加屏蔽的探测器组成。

探测器记录由地层散射的γ射线。

散射γ射线和地层电子密度有关,因此与地层的密度有关。

为了减小井径变化和泥饼的影响,采用源距不同的两个探测器,并且7源和探测器都装在滑板上,贴井壁进行测量。

近探测器的结果用来校正井径变化和泥饼对远探测器的影响。

密度测井是划分煤层、划分致密岩层中的裂隙带,以及研究渗透性岩层的孔隙度的有效方法。

[我们的眼睛就是一套光子计数器，天气晴朗时能见度高，能接收到从远处透射过来的光子流，物像清晰。

而在浓雾中，由远处物体发射或反射的光子经雾的散射和吸收，能到达眼睛的光子流强度很弱，图像不清晰，甚至完全看不到。

由此可见，能观测到的散射光子的强度与散射体的密度有关。

含有孔隙的地层能存储石油、天然气和地层水。

这些流体的密度都比岩石骨架密度低，所以岩石的孔隙度越大密度就越低，而致密地层的密度高。

不同的岩石，如砂岩、石灰岩和白云岩，岩石骨架的密度也不相等。

在实验室，用眼睛就能分辨岩石的岩性，用量体积和称重量的方法即可测量出样品的密度；而要测定数千米以下地层的密度和岩性，就需要一种专用散射g密度计，称为散射g能谱测井仪。

散射g能谱测井仪的探头结构如图所示，测井时仪器被推压到井壁的一侧，以减少井眼内钻井液的影响。

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=ZA*（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，ZA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。

第八章 密度测井和岩性密度测井此两种测井方法是由伽马源向地层发射伽马射线，经与地层介质相互作用后，再由伽马探测器接收（即为伽马-伽马测井），地层不同，探测器记录的读数不同，从而被用来研究地层性质。

§1 密度测井、岩性密度测井的地质物理基础一、岩石的体积密度b ρ（即真密度）： VG b =ρ （单位体积岩石的质量）对含水纯岩石： φρφρρρρφ⋅+-=⋅+⋅=+=f ma f ma ma fma b V V V VG G )1( 单位：（g/cm 3）其中：V V V ma =+φ（1）组成岩石的骨架矿物不同，ρma 不同，如石英为2.65，方解石为2.71，白云石为2.87，对于相同孔隙度得到的体积密度也就不同，由此可判断岩性；另一方面，利用体积密度计算孔隙度时，必须得先确定岩性。

（2）孔隙性地层的密度小于致密地层，且随着φ的增加ρb 减小，由此可求φ。

且（盐水泥浆）（淡水泥浆）1.10.1=f ρ二、康普顿散射吸收系数∑中等能量γ射线与介质发生康普顿散射康普顿散射而使其强度减小的参数(康普顿减弱系数---由康普顿效应引起的伽马射线通过单位距离物质减弱程度)： A N z b A eρσ⋅⋅=∑ 沉积岩中大多数核素A z 均接近于0.5(见表8-1, P138)，常见的砂岩、石灰岩、白云岩的A z 的平均值也近似为0.5(见表8-2)，所以对于一定能量范围的伽马射线（e σ为常数），∑只与b ρ有关。

密度测井利用此关系，通过记录康普顿散射的γ射线的强度来测量岩石的密度。

三、岩石的光电吸收截面1、线性光电吸收系数：当γ的能量大于原子核外电子的结合能时，发生光电效应的概率。

n A Z λρτ1.40089.0=2、岩石的光电吸收截面指数Pe 它是描述发生光电效应时物质对伽马光子吸收能力的一个参数，即伽马光子与岩石中一个电子发生光电效应的平均光电吸收截面，单位b/电子。

而它与原子序数关系为：Pe=aZ 3.6a 为常数，地层岩性不同，Pe 有不同的值，也就是说Pe 对岩性敏感，可以以来确定岩性，Pe 是岩性密度测井测量的一个参数。

第八章 密度测井和岩性密度测井此两种测井方法是由伽马源向地层发射伽马射线，经与地层介质相互作用后，再由伽马探测器接收（即为伽马-伽马测井），地层不同，探测器记录的读数不同，从而被用来研究地层性质。

§1 密度测井、岩性密度测井的地质物理基础一、岩石的体积密度b ρ（即真密度）： VG b =ρ （单位体积岩石的质量）对含水纯岩石： φρφρρρρφ⋅+-=⋅+⋅=+=f ma f ma ma fma b V V V VG G )1( 单位：（g/cm 3）其中：V V V ma =+φ（1）组成岩石的骨架矿物不同，ρma 不同，如石英为2.65，方解石为2.71，白云石为2.87，对于相同孔隙度得到的体积密度也就不同，由此可判断岩性；另一方面，利用体积密度计算孔隙度时，必须得先确定岩性。

（2）孔隙性地层的密度小于致密地层，且随着φ的增加ρb 减小，由此可求φ。

且（盐水泥浆）（淡水泥浆）1.10.1=f ρ二、康普顿散射吸收系数∑中等能量γ射线与介质发生康普顿散射康普顿散射而使其强度减小的参数(康普顿减弱系数---由康普顿效应引起的伽马射线通过单位距离物质减弱程度)： A N z b A eρσ⋅⋅=∑ 沉积岩中大多数核素A z 均接近于0.5(见表8-1, P138)，常见的砂岩、石灰岩、白云岩的A z 的平均值也近似为0.5(见表8-2)，所以对于一定能量范围的伽马射线（e σ为常数），∑只与b ρ有关。

密度测井利用此关系，通过记录康普顿散射的γ射线的强度来测量岩石的密度。

三、岩石的光电吸收截面1、线性光电吸收系数：当γ的能量大于原子核外电子的结合能时，发生光电效应的概率。

n A Z λρτ1.40089.0=2、岩石的光电吸收截面指数Pe 它是描述发生光电效应时物质对伽马光子吸收能力的一个参数，即伽马光子与岩石中一个电子发生光电效应的平均光电吸收截面，单位b/电子。

而它与原子序数关系为：Pe=aZ 3.6a 为常数，地层岩性不同，Pe 有不同的值，也就是说Pe 对岩性敏感，可以以来确定岩性，Pe 是岩性密度测井测量的一个参数。

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=ZA*（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，ZA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。

思考题第一课自然电位测井SP？*1.分析自然电位的成因，写出扩散电动势、扩散吸附电动势、总电动势表达式。

答：自然电场的产生(原理)扩散电动势、扩散吸附电动势、过滤电动势1.扩散电动势产生原因：泥浆和地层水矿化度不同——电化学过程——电动势——自然电场产生过程：溶液浓度不同——离子扩散——离子迁移率不同——两边分别富集正、负离子 (延缓离子迁移速度)——产生电动势(直到正负离子达到动态平衡为止 ) 公式：2.扩散吸附电动势产生原因：泥浆和地层水矿化度不同——产生阳离子交换——产生电动势——自然电场产生过程：溶液浓度不同——带电离子扩散——阳离子交换——孔隙内溶液阳离子增多——浓度小的一方富集正电荷，浓度大的一方富集负电荷产生电动势（扩散吸附）公式：3.过滤电动势产生原因：泥浆柱与地层之间的压差造成离子的扩散。

一般在近平衡钻井情况下不考虑。

总电动势公式：*2.不同Cw、Cmf情况下自然电位测井曲线有哪些特征？1.当Cw>Cmf：（Rmf>Rw,E<0）负异常（淡水泥浆）2.当Cw<Cmf：（Rmf<Rw,E>0）正异常（咸水泥浆）3.当Cw=Cmf：（Rmf=Rw, E=0）无异常，自然电位测井失效*4.自然电位测井曲线在油田勘探开发中应用于哪些方面？1.划分渗透层（半幅点法，砂泥岩剖面较常用）2.估算泥质含量3.地层对比依据： 1)相同沉积环境下沉积的地层岩性特征相似; 2)同一段地层有相同或相似的沉积韵律组合; 3)由1)和2)决定同层、同沉积（相）的SP曲线特征一致。

4.确定、划分沉积相5.确定油水层及油水界面（△USP油小于△USP水）6.识别水淹层(依据 Cw <或> Cwz) 渗透层水淹后SP基线偏移，偏移量与Cw/Cwz(注入)有关7.确定地层水电阻率Rw3.影响自然电位测井的因素有哪些？1.Cw/Cmf影响（地层水矿化度/泥浆滤液矿化度）当Cw>Cmf：（Rmf>Rw,E<0）负异常（淡水泥浆）.当Cw<Cmf：（Rmf<Rw,E>0）正异常（咸水泥浆）当Cw=Cmf：（Rmf=Rw, E=0）无异常，自然电位测井失效2 .岩性影响砂泥岩剖面泥岩(纯泥岩)——基线纯砂岩——SSP(h>4d)当储层Vsh 增大，自然电位幅度△USP（变小）<SSP 靠近泥岩基线3..温度影响温度对离子运动，离子扩散速率有影响不同深度地层温度不同4.地层水、泥浆滤液中含盐性质影响（溶液中离子类型不同，迁移速率不同，直接影响Kd、Kda）5.地层电阻率影响（当地层电阻率较大时，其影响不容忽视。