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第7章-放射性测井

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地球物理测井重点知识

地球物理测井重点知识

第一章自然电位1 石油钻井中产生自然电场的主要原因是什么？扩散电动势ED扩散吸附式电动势EDA和过滤电动势EF产生的机理和条件是什么？自然电位形成原因：由于泥浆与地层水的矿化度不同,在钻开岩层后,在井壁附近两种不同矿化度的溶液发生电化学反应,产生电动势,形成自然电场.一般地层水为NaCL溶液,当不同浓度的溶液在一起时存在使浓度达到平衡的自然趋势,即高浓度溶液中的离子要向低浓度溶液一方迁移,这种过程叫离子扩散.在扩散过程中,各种离子的迁移速度不同,如氯离子迁移速度大于钠离子(后者多带水分子),这样在低浓度溶液一方富集氯离子(负电荷)高浓度溶液富集钠离子(正电荷),形成一个静电场,电场的形成反过来影响离子的迁移速度,最后达到一个动态平衡,如此在接触面附近的电动势保持一定值,这个电动势叫扩散电动势记为Ed同样离子将要扩散,但泥岩对负离子有吸附作用,可以吸附一部分氯离子,扩散的结果使浓度小的一方富集大量的钠离子而带正电,浓度大的一方富集大量的氯离子而带负电,这样在泥岩薄膜形成扩散吸附电动势记为Eda此外还有过滤电动势,这种电动势是在压力差作用下泥浆滤液向地层渗入时产生的,只有在压力差较大时才考虑过滤电动势的影响.2 影响SP曲线幅度的因素是什么？想想在SP曲线解释过程中，如何把影响因素考虑进去，从而得到与实际相符的结论？在自然电位测井时一般把测量电极N放在地面上,电极M用电缆放在井下,提升M电极,沿井轴测量自然电位(M电位)随深度变化的曲线叫自然电位曲线(SP).影响因素：1 溶液成分的影响;2岩性的影响砂岩泥岩3温度的影响;4地层电阻率的影响5地层厚度影响厚度增加SP增加6井眼的影响井径扩大截面积增加,泥浆电阻变小,SP变小3 SP的单位是什么？毫普第二章普通电阻率测井1 岩石的电阻率和岩性有什么关系？沉积岩属于什么导电类型？沉积岩石在水中沉淀的岩石碎屑或者矿物经胶结压实而成，其结构可视为矿物骨架与空隙中流体的组合。

放射性测井之自然伽马测井

放射性测井之自然伽马测井
自然伽马测井是利用地层中自然存在的放射性元 素，如铀、钍等，测量地层岩石的自然伽马射线 辐射强度。通过测量自然伽马射线辐射强度，可 以推断地层岩石的孔隙度、含水量等性质。
自然伽马测井的 设备
自然伽马测井仪主要 由伽马射线探测器、 数据处理装置和探管 组成。伽马射线探测 器用于探测地层岩石 发射的自然伽马射线， 数据处理装置用于处 理探测到的数据，探 管用于将探测器与地 层岩石接触。
THANKS
果不稳定。
● 05
第5章 自然伽马测井的发展 趋势
技术发展
自然伽马测井技术的发展趋势表明，随着科技的 不断进步，这一技术在设备改进和数据处理方法 优化方面取得了显著成就。这些改进使得自然伽 马测井技术更加精确和高效，为油气勘探和开发 提供了优质服务。
技术改进
设备革新
更精密的探测设 备
软件升级
准确识别岩石类 型和性质
含水量分析
定量分析地层含 水量
裂缝检测
识别裂缝分布和 性质
孔隙度测量
评估储层孔隙结 构
● 06
第6章 总结
自然伽马测井的重要性
放射性测井是一种关键的地层测量技术，自然伽 马测井作为其中的一种类型，提供了地层岩石孔 隙度和含水量等重要参数，对油气勘探和开发起 到了支撑作用。
研究地层岩 石性质
自然伽马测井可 以用于研究地层 岩石性质，了解 地层的结构和组
成。
获取地层岩 石参数
自然伽马测井可 以获取地层岩石 的孔隙度、含水 量等参数，为地 质研究提供重要
数据。
监测地层变 化
自然伽马测井可 以用于监测地层 的变化，及时发 现并解决问题。
了解地层结 构
通过自然伽马测 井，可以了解地 层的结构，为油 气藏的开发提供

第七章 自然伽马测井

第七章 自然伽马测井

(7-6)
其中： Io 、 I--- 分别为未经吸收物质和经过吸收物 质L时伽马射线强度； μ---物质的吸收系数，μ=τ+Σ+η。 此外，还可以用质量吸收系数反映伽马射线通过物 质时的强度减弱程度。 (7-7)
m
三、伽马射线的探测
1、 放电计数管 如图7-3所示，它利用放射性辐射使气体电离的特 性来探测伽马射线。此计数管的计数效率低。 2、闪烁计数管
图7－8
自然伽马曲线
三、自然伽马测井曲线的特点及影响因素
自然伽马测井仪探测的伽马光子主要是
以仪器为球心、半径为 30～45厘米范围内岩
石放射出的伽马光子，此范围为自然伽马测
井的探测范围。
１、自然伽马测井曲线的特点（理论）
自然伽马测井 的理论曲线如图 7-9所示，从图中 不难看出曲线具 有下列特点：
其中：GR----目的层测井值；
GRcl----纯地层的测井值；
GRsh-----泥岩层测井值，API单位。
GCUR----希尔奇指数，与地层年代有关。
第三系地层，取3.7；老地层取2。
例：自然伽马测井曲线上的读数为：
纯砂岩=15API；泥岩=90API；目的层=40API。
地层为第三系碎屑岩。求地层泥质含量。
图7-14
利用自然伽马曲线作地层对比的实例
35-5 35-1
5559-5581
S1k1
5564-5585
S1k1
图7-14
利用自然伽马曲线作地层对比的实例
第三节
自然伽马能谱测井
自然伽马测井只能反映地层中所有放射 性核素的总效应，而不能区分地层中所含放 射性核素的种类及含量。自然伽马能谱测井 即可完成这一任务。

放 射 性 测 井

放 射 性 测 井

地球物理测井— 地球物理测井 放射性测井
3、条件单位
单位时间的脉冲数， 测井时记录的是单位时间的脉冲数 不同的仪器记录器在统 测井时记录的是单位时间的脉冲数，不同的仪器记录器在统 标准下刻度。 一标准下刻度。 采取相同的单位：微伦琴/ 采取相同的单位：微伦琴/小时 API
三、核衰变的统计涨落
同一放射性元素在相同的时间间隔内，衰变次数不完全相同， 同一放射性元素在相同的时间间隔内，衰变次数不完全相同， 总是围绕一平均值上下起伏 围绕一平均值上下起伏。 总是围绕一平均值上下起伏。 统计涨落是由核衰变本身的特性所决定的， 本身的特性所决定的 统计涨落是由核衰变本身的特性所决定的，与环境和人的因素 无关。 无关。
地球物理测井— 地球物理测井 放射性测井 一、原子核的衰变及放射性
1、原子的结构
原子：由原子核及其核外电子层组成的一种很微小的粒子。 原子：由原子核及其核外电子层组成的一种很微小的粒子。
原子核由质子和中子组成 原子核由质子和中子组成 质子 2、同位素
同位素：质子数相同的同一类原子。 同位素：质子数相同的同一类原子。 氢的同位素： 例：氢的同位素：氕、氘、氚
地球物理测井— 地球物理测井 放射性测井
自然伽马测井
它由光电倍增管和碘化钠晶体组成。它是利用被 它由光电倍增管和碘化钠晶体组成。 伽玛射线激发的物质的发光现象来探测射线的。 GR测量的是岩层的自然放射性强度（不用任何放射性源） GR测量的是岩层的自然放射性强度（不用任何放射性源） 测量的是岩层的自然放射性强度 岩石中主要的放射性元素： 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， 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 不同。 及形成过程中的物理化学条件有关，因此，岩性不同，GR不同。

第七章自然伽马测井

第七章自然伽马测井
• γ射线：频率很高的电磁波或光子流，不带电，能量高， 穿透力强。能够穿透地层、套管以及仪器外壳，可以 在井中被探测到。
09:13:03
第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井
9
第一节 伽马测井的核物理基础
二、伽马射线和物质的作用形式
– 1.光电效应 •γ射线能量较低时，穿过物质与原子中的电子相碰撞， 将其能量交给电子，使电子脱离原子运动，而γ整个被 吸收，释放出光电子。光电效应发生几率τ随原子序数 的增大而增大，随γ能量增大而减小。
0.0089
Z 4.1
A
n
09:13:03
第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井
10
第一节 伽马测井的核物理基础
二、伽马射线和物质的作用形式
–1.光电效应
•τ——线性光电吸收系数， γ光子穿过1cm吸收物质时 产生光电子的几率；
•λ——γ光子的波长；
•n——指数常数，对不同的元素取不同的值，对C、O 来说取3.05，对Na到Fe的元素来说取2.85；
09:13:03 第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井 26
第二节 自然伽马测井
一、岩石的自然放射性
– 煤中的有机质（由碳、氢、氧、氮等元素组成的有机 化合物）和无机质（矿物杂质和水分）都不是放射性 物质，因此在一般情况下，煤层的放射性均很弱。 – 煤层放射性的强弱与煤的灰分合量有很密切的关系。 灰分增高，煤层的放射性也随之增强，某些高灰分煤 层的放射性甚至比围岩还要高。
m
09:13:03 第七章 自然伽马测井和放射性同位素测井 16
第一节 伽马测井的核物理基础
三、伽马射线的探测
– 1.放电计数管
• 放电计数管是利用放射性射线使气体电离的性质来探测伽 马射线。

放射性测井之自然伽马测井讲解

放射性测井之自然伽马测井讲解
放射性同位素：不稳定的同位素。
放射性：不稳定核素原子核自发地释放、β、 等射线
2
3） 核衰变 核衰变：原子核自发地释放出一种带电粒子，并蜕变成另外某种原子核， 同时放出伽马射线。
核衰变常数λ：决定于该放射性核素本身的性质，其值越大衰变越快。
一种元素经过放射变成另一种元素的过程称为衰变或蜕变。
例如
1）原子的结构：原子核（质子+中子）+核外电子 2）放射性核素
核素：原子核中具有相同数量的质子和中子并在同一能态上的同类原子 （同类核素的原子核中质子数和中子数都相同）。
放射性核素：不稳定的核素 （ 其结构和能量都会发生改变， 衰变成其他核素，并放出射线）。
同位素：原子核中质子数相同而中子数不同，但具有相同的化学性质， 在元素周期表中占有同一位置。
通式为： ZXA → Z+1YA+(一个负电荷)
例如：衰变
90Th234 → 91Pa234+
衰变：放出射线的衰变。
射线通常是在、衰变的过程中伴随放出的。
7
2) 、和 射线比较
射线种类 产生原因
实物
射线 衰变放出
氦(2He4) 原子核流
射线 衰变放出
高速运动的电子流
式中GR 、GRmax 、GRmin分别为待研究地层、纯泥岩、纯砂岩的自然伽马 测井强度。
进行非线性 校正:
Vsh

2cSH 1 2c 1
C ＝ 3.7 新地层 C ＝ 2.0 老地层
应用条件： （1）不同地层中粘土矿物放射性是相同的
（2）除了粘土矿物之外，不含有其他放射性矿物
27
200
160
特高 → 高 → 中等 → 最低
3) 碳酸盐岩剖面

放射性测井

放射性测井

自然伽玛测井
定义
特点
定义
自然伽玛测井是测量地层内部天然放射性的一种测井方法。当地层含有放射性矿物时，地层会放射出伽玛射 线，伽玛射线是一种类似于光的高频电磁波，当射线被测量仪器的探头接收时，射线激发介质中原子，退激产生 可见光，然后由光电倍增管转换为电脉冲，脉冲的数量就反映了地层伽玛射线的强度。地层中的主要发射性元素 为铀系、钍系和钾40系。用自然伽玛测井曲线可以进行地层对比、划分砂泥岩、计算泥质含量、识别岩性、评价 生储盖组合等。
谢谢观看
影响因素
1、地层岩性成份的影响；2、井眼的影响，扩径使密度数值失真；3、仪器刻度;4、时间常数及测井速度; 5、地层孔隙流体的影响；6、泥质的影响，一般粘土矿物的密度（克/立方厘米）：伊利石2.76~3.0高岭石 2.6~2.63蒙脱石2.2~2.7。
补偿中子测井
定义
影响因素

定义
由中子源向地层放射连续的快中子流，快中子和井内地层中元素的原子核相碰撞时被减速，地层中的氢原子 对快中子的减速能力最强。因此，快中子在地层中被减速为热中子的过程主要取决于地层的含氢量。用中子计数 器直接测量下井仪器周围地层中的热中子密度。通常把淡水的含氢量规定一个单位。
介绍
介绍
放射性测井又称核测井，是以地层和井内介质的核物理性质为基础的地球物理方法。测井时，用探测器在井 中连续测量由天然放射性核素发射的或由人工激发产生的核射线，以计数率或标准化单位记录射线强度随深度的 变化，也可直接转换成测井分析所需要的地球物理参数，以更直观的形式进行记录。这类测井方法可在裸眼井和 套管井中测定岩性、进行地层评价、观察油田开发动态和研究油井的工程质量。放射性测井主要包括自然伽马、 自然伽马能谱、密度、岩性-密度、中子伽马、中子中子、中子寿命、中子非弹性散射伽马能谱、中子活化等测井 方法。

放射性测井基础知识

放射性测井基础知识
正电子
伽马光子
负电子
放射性涨落现象
当进行放射性测量时，即使仪器的稳定性很好， 操作又很细心，井的条件稳定，地层的放射性分 布很均匀，测得的曲线也绝不可能是光滑的（与 电测井曲线比较），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，如果我们将仪器固定在井中某一点对地层 进行探测也是如此。即使在实验室里，使用高精 度的测量仪器，每次测量的时间都相等，对同一 个放射性源十分细心的进行多次重复测量，所测 得的结果也不会完全相等，有时会有很大的差别。 这种性质是微观世界的自然规律，与测量条件无 关。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。
眼睛
伽马
中子
核磁
岩性 孔隙度 渗透率 饱和度 流体特性
伽马测井的核物理基础
一、原子与原子核
原子由原子核和核外电子组成，核外电子绕 核运动；原子核由更小的质子和中子组成。 组成原子核的质子和中子也处在不停的运动 中，它们的运动状态不同，相应的能量状态 也不同。处于最低能量状态的原子核称为基 态，处于比基态高的能量状态称为激发态。 处于激发态的原子核是不稳定的，往往要放 出伽马射线从激发态回到基态。
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。
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
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。

七放射性测井资料讲解

七放射性测井资料讲解
核测井(放射性测井)
Nuclear(Radioactive) Logging
绪 放射性测井的种类 核测井物理基础 自然伽马及自然伽马能谱测井 密度及岩性密度测井 中子测井 其它核测井 核磁共振测井
1
伽马测井核物理基础
✓核衰变及其放射性 ✓放射性强度与活度 ✓伽马射线(γ)与物质的相互作用
2
核衰变及其放射性 ✓放射性核素的发现过程
11
阴极 阳极
u
0
输出
12
自然伽马(GR)和 自然伽马能谱(NGS)测井
(Gamma Ray and Natural GR ✓岩石的自S然pe伽ct马ro放lo射g性)
✓测量原理 ✓曲线特征 ✓资料用途
13
岩石的自然伽马放射性
✓自然界中的核素 ✓自然界中的放射性核素 ✓岩石的自然伽马放射性 ✓岩石自然伽马放射性特点
29
W1 A1Th B1U C1K 1
W5 A5Th B5U C5K 5
式中： Wi 第i个能量窗口的计数率 Ai、Bi、Ci 刻度系数
i 统计误差因子
Th、U、K 分别表示铀、钍、钾的含量
30
31
NGS资料的用途
含量要低得多
34
寻找页岩储集层
富含有机物的高 放射性黑色页岩,在 局部地段有裂缝、 燧石、粉砂或碳酸 盐岩夹层时，可能 成为产油层，其特 点是K 、Th 、U
35
寻找高放射储集层
3.在低放射性地层中部, ‥‥‥; 4.当h<3cal时,高放射性地层 GR值随h减小 高GR而
减小;低放射性地层GR 值随h减小而增大; 4.分层‥‥‥
22
砂泥岩剖面： 泥岩、页岩 砂质泥岩 泥质砂岩 砂岩
碳酸盐岩剖面：泥岩 含泥质地层 纯石灰岩、白云岩

第7章 自然伽马测井

第7章 自然伽马测井

2 沉积岩的自然放射性
自然界的岩石和矿石均不同程度的具有一定的放射性，它们几乎全 部是由放射性元素铀、钍、锕以及放射性同位素钾19K40在其中存在并 进行衰变的结果。铀、钍、锕这三个放射性系列，分别由半衰期较长 的铀的一种同位素92U238、钍元素90Th232和铀的另一种同位素92U235 开始进行衰变，产生一系列新的放射性同位素，并继续衰变向着稳定 元素过渡。
3 伽马射线的探测
目前使用较为普遍的伽马射线探测器主要是闪烁计数器， 图1是闪烁计数器的简单结构。它主要由NaI萤光晶体和光电 倍增管组成。
其工作原理是，伽马射线射到萤光体(如碘化钠晶体)上， 从其原子中打出电子，并在该电子的激发下发出闪光。光电 倍增管将闪光转变为电脉冲，电脉冲的数量与进入萤光体的 伽马射线成正比，这就是闪烁计数器的基本工作原理。
1.2 自 然 伽 马 测 井
自然伽马测井可以解决以下问题： ➢根据天然放射性强弱，判别岩性和划分井地层剖面。 ➢在一个含油气区或单独构造上，各井剖面进行对比。 ➢估计岩石中泥质含量，从而判断岩层的储集性能，特别是在泥浆矿化度 较高地区，碳酸盐岩剖面中，自然电位无法清楚划分渗透性岩层，自然伽 马可以解决。 自然伽马测井的优缺点： 优点：（1）裸眼井和套管井中均可以进行
沉积岩的自然放射性，大体可分为高、中、低三种类型。
➢①高自然放射性的岩石：包括泥质砂岩、砂质泥岩、泥岩、 深海沉积的泥岩，以及钾盐层等，其自然伽马测井读数约 100API以上。特别是深海泥岩和钾盐层，自然伽马测井读数 在所述沉积岩中是最高的。
➢②中等自然放射性的岩石，包括砂岩、石灰岩和白云岩。其 自然伽马测井读数介于50—100API之间。
J N0et
显然
J J0et

第七章自然伽马测井课堂课资

第七章自然伽马测井课堂课资
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(20%左右)
（3）能量的分辨率：
脉冲能谱分布的半高宽与入射γ光子的能量比 (约10%)
ΔE
E
通常用对137Cs产生的0.662Mev的伽马光子的 全能峰的分辨率η来表征(标定)
E 100%
E
ΔE:全能峰的半高宽，E:峰位对应的能量
2）输出脉冲的个数： 与入射光子的强度(单位时间伽马光子数)成正比
（用计数率——脉冲数/分钟）
(4)多道脉冲幅度分析器
a.模数变换器将输入 脉冲幅度按比例变 换成地址码
b.每个地址对应存储 器的一个记录道， 每进一个脉冲就增 加一个计数
c.累积每道计数,得到一 个谱(计数率与道址)
137Cs137mBa e ,137mBa137Ba
➢建立球坐标系，计算放射性球体在球心处的 通量密度
➢ 在球坐标系中取一个体积元dv，它在半径 为r的球心处产生光子的通量密度为：
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
蒙脱石：分子中不含放射性核素，但表面积最 大（269m2/g)，对放射性物质吸附能力强
伊利石（水白云母）：它本身含有钾，对氧化 铀有一定的吸附能力（不是很强）
高岭石和绿泥石：本身不含放射性核素，比面 积又小，吸附能力差
由于仪器探测效率不同，电子线路和仪器外壳 的吸收条件等差别，会造成对于同一测量对象得 到不同的计数率的现象，需要统一记录单位。
（1）标准刻度井
低放射性地层两个，高放射性地层一个（在中间， 模拟泥岩，总放射性是低放射性地层的2倍）
（2）API单位

核技术利用安全与防护机考--放射性测井打印版

核技术利用安全与防护机考--放射性测井打印版

核技术利用辐射安全与防护考核放射性测井主讲人：吉俊时间：2020目录CONTENTS 第一节 概述第二节 放射性测井的组成及原理第三节 放射性测井的安全与防护第四节 放射性测井案例分析与辐射应急第一节概述概述测井是地球物理测井的简称，是在钻孔中进行地球物理测量、研究井中各种物理场的变化，进而达到研究基础地质、寻找矿产的目的的一门学科。

放射性测井又称核测井，是以地层和井内介质的核物理性质为基础的地球物理测量方法。

放射性测井时，用探测器在井中连续测量由天然放射性核素发射的或由人工激发产生的辐射，以计数率或标准化单位记录射线强度随深度的变化，也可直接转换成测井分析所需要的地球物理参数，以更直观的形式进行记录。

这类测井方法可在裸眼井和套管井中测定岩性、进行地层评价、观察油田开发动态和研究油井的工程质量等。

放射性测井方法，可分为探测 γ 射线的 γ 测井法、探测中子的中子测井法以及放射性示踪测井三大类。

γ测井法包括：自然γ测井、自然γ能谱测井、密度测井等；中子测井包括：中子测井和中子-γ 测井等。

放射性测井的特点：1、裸眼井、套管井内均可进行测井；2、在油基泥浆、高矿化度泥浆以及干井中均可测井；3、是碳酸岩剖面和水化学沉积剖面不可缺少的测井方法；4、测速慢，成本高。

第二节放射性测井的组成及原理自然伽马测井是通过在井内测量岩层中自然存在的放射性元素核衰变过程中放射出来的伽马射线的强度来认识岩层的一种放射性测井方法。

用自然伽玛测井曲线可以进行地层对比、划分砂泥岩、计算泥质含量、识别岩性、评价生储盖组合等。

1. 岩石的天然放射性不同的岩层， 放射性元素的含量和种类不同。

岩石的放射性元素含量与岩石的岩性及其形成过程中的各种条件有关。

三大岩类中火成岩放射性最强，其次是变质岩，最弱的是沉积岩，沉积岩放射性浓度粗略地分为三类：(1) 放射性高的岩石：粘土岩、火山灰、钾岩等。

其它还有海绿石砂岩、独居石砂岩、钾钒矿砂岩。

核测井(放射性测井)

核测井(放射性测井)

W1 A1Th B1U C1K 1 W5 A5Th B5U C5 K 5 式中： Wi 第i个能量窗口的计数率 Ai、Bi、Ci 刻度系数
放射性核素的发现过程 △放射性核素 核素是指原子核中具有一定数量的质子和 中子并在同一能态上的同类原子,同一核素的原子核 中质子数和中子数都相等.
判断1H1、1H2、1H3是否位同一核素？？ 元素？？ 同位素？？放射性同位素？？
放射性核素及其核射线
1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀的化合物 能使包在黑纸里的胶片感光，由此发现了天然放 射性核素。 放射性核素 例: Co60 Ni60 +β 27 28
信号恢复面板(3725)是裸眼井测井仪器和计算机的专用接口。其 主要功能是对各种类型的测井信号进行复原处理，然后转换成数字 信号、接收处理深度编码信号和对CRT提供显示逻辑控制等。其电 路组成，按功能划分，主要包括模拟信号道及L．S．A／D转换器， 声波测井信号道及H.S.A／D转换器，放射性脉冲信号道及计数器， 脉冲编码接收解调电路PCM，深度编码接收处理电路和主控制器等。 这些电路分别安装在9块电路板上，各插板电路的功能见下图1，面 板电路框图见下图2。
核测井(放射性测井) Nuclear(Radioactive) Logging
绪 放射性测井的种类 核测井物理基础 自然伽马及自然伽马能谱测井 密度及岩性密度测井 中子测井 其它核测井 核磁共振测井
伽马测井核物理基础
核衰变及其放射性 放射性强度与活度 伽马射线(γ)与物质的相互作用
核衰变及其放射性
井下总线
下行信号线DSIG 作用:传输下行指令,DSIG既含有数据 信息也含下行时钟信息. 上行时钟线UCLK 作用: 井下仪器的数据在UCLK作用 下逐位输出至上行数据线上 上行数据线UDATA/GO 双向运行,每帧开始时,井下遥测单元 通过UDATA/GO总线,发出GO脉冲, 通知井下仪器,做好传输数据的准备. 然后,各井下仪器在UCLK作用下,依次 把数据送至上行数据线上,向上传输.

放射性测井

放射性测井

一．名词解释：4．半衰期：原子核衰变的个数是最初原子核一半时，所用的时间称为半衰期。

5．光电效应：射线穿过物质与原子中的电子相碰，并将其能量交给电子，使电子脱离原子而运动r光子本身则整个被吸收，被释放出来的电子叫光子，这种效应称为光电效应。

9．放射性涨落：用相同的仪器，在相同的测量条件下，对同一放射性体进行多次测量，其测量结果不相同都围绕某一个值上下涨落的这种现象叫放射性涨落。

10．微观俘获截面：一个原子核俘获热中子的几率叫微观俘获截面。

14．康普顿散射：伽马射线作用在原子核外电子上，伽马射线被散射且降低能量，而电子飞出原子成为康普顿电子（自由电子）的过程。

20 。

非弹性散射：高能快中子作用在原子核上，原子核变为复核后释放伽马射线又恢复原态，中子本身大量降低的能量散射过程叫非弹性散射。

30．扩散长度（Ld）：从产生热中子起到其被俘获吸收为止，热中子移动的直线距离叫扩散距离，扩散长度定义为35．减速长度：其定义为Ls=R2 /6 其中R为减速距离，它是中子起始位置和变为热中子的位置间的直线距离，Ls为减速长度。

40．微观弹性散射截面：一个中子和一个原子核发生弹性散射的几率叫微观弹性散射截面。

45．宏观俘获截面：1立方米物质中所有的原子核的微观俘获截面的和叫宏观俘获截面。

47．核衰变：放射性核素的原子核自发地释放出一种带电粒子（α和β）蜕变成另外一种原子核,同时放出r射线的过程叫核衰变.二填空:1.砂岩层的自然伽马测井值,随着砂岩的泥质含量增加而(增大).2.采用正源距的情况下,进行地层密度测井,地层密度值增大,则散射伽马计数率值(减小).3.地层的含氯量增加,则中子测井到热中子计数率(减小).4.岩性相同的淡水层和盐水层相比,探测热中子,热中子的计数率前者比后者(大).5.自然伽马测井曲线,对应厚层的泥岩放射性地层的中心处有(极大值).6.在中子伽马测井曲线上，气层的比油层的数值（高）。

7.补偿中子测井，为了补偿地层含氯量的影响，采用（双）源距探险测。

放射性测井原理

放射性测井原理

放射性测井方法较多，每种方法都以研究岩石及其孔
隙流体的某种核物理为基础，大致分三类： • 伽马测井 研究伽马辐射为基础，包括自然伽马、自然伽 马能谱、地层密度（伽马－伽马）测井、岩性密 度测井等。 •中子测井 研究中子与岩石及其孔隙流体相互作用为基 础,包括超热中子、热中子、中子伽马、中子寿 命等。 •核磁测井 利用核磁现象研究地层自用流体含量。
康普顿过程示意图
散射光子能量
散射光子能量 原子 e 康普顿反冲电子
光电吸收
当伽马射线能量较低（低于0.25MeV）时， 它与组成物质的元素原子中的电子(内层束缚电 子）相碰撞之后，把自身的全部能量转交给电 子，使电子获得能量并脱离其电子壳层而飞出， 同时伽马射线被吸收而消失。这一过程称为 “光电效应”。被释放出来的电子称为“光电 子”。 产生光电效应的几率随着入射伽马射线能 量的增加而减小，随着元素原子序数的增大而 增大。
自然伽马测井资料可用于划分地质剖面，确定 地层的泥质含量，进行地质对比，跟踪射孔， 寻找放射性矿物。
中子测井
中子测井属于放射性测井。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 性质和孔隙度的。 补偿中子测井（CN）也是一种不居中的测 井仪器。 它利用自身的化学中子源和长、短源距两 个探测器， 测量尚未被地层俘获的热中子密 度随源距的衰减率，并把衰减率转换成刻度过 的孔隙度值
这是利用自然伽马测井曲线区分岩石性质、进行地 层对比，以及定量估计岩石中泥质含量的依据。
API伽马射线单位
主 要 沉 积 岩 的 自 然 放 射 性
0 硬石膏 煤 岩盐 白云石 石灰石 砂岩 泥质砂岩 砂质泥岩 泥岩 深海泥岩 钾盐
100
200
300
400

放射性测井

放射性测井
【问题2】核测 井利用这些过程怎 样来确定储集层岩 性和孔隙度呢？
储层岩性分析
储层孔隙度计算
主要作用方式 伽马源
电子对效应 康普顿效应 光电效应
地层物质
（2）、光电效应
入射光子
原子核
核外电子 光电子
1.γ光子与靶物质原子发生电磁相互作用； 2.γ光子被吸收，能量全部交给内层束缚电子； 3.束缚电子摆脱原子发射出来成为光电子。
图3-6注入放射性活化液找窜槽管柱图
图3-7 放射性同位素找窜测井曲线 1、参考曲线 2、放射性同位素测井曲线
检查封堵效果
检查压裂效果
放射性同位素吸水剖面测井图
思考题
• 1、伽马射线与物质相互作用时，可能产生 的三种效应为_____________、________ 和_______________。
4、自然伽马测井曲线的应用 • （1）划分岩性和地层对比 • 主要依据：岩层中Vsh不同，GR读数不同。
• 砂泥岩剖面：砂岩显示最低值，粘土（泥岩 和页岩）最高值，粉砂岩泥质砂岩介于中间， 随泥质含量增加曲线幅度变大；
• （2）划分储集层 • 砂泥岩剖面：低自然伽马异常就是砂岩储
集层，异常半幅点确定储集层界面；
• 一、放射性同位素测井方法 • 1、测井过程 • 井内注入被放射性同位素活化的溶液或固
体悬浮物质 ；压入套管外 ；测量注入示踪 剂前后的伽马射线强度 ；对比评价。 • 2、放射性同位素的选择和配制
• 二、放射性同位素测井的应用
• 1、放射性同位素测井找窜槽位置 • 2、检查封堵效果 • 3、检查压裂效果 • 4、测定吸水剖面，计算相对吸水量
变成另外一种原子核的放射性现象称为放射 性衰变。
• 衰变方式：

放射性测井之自然伽马测井

放射性测井之自然伽马测井

i)此三系通过、衰变，最后达到稳定的铅同位素82Pb206 (铅) ii)在，衰变的过程中，放出、粒子，伴随放出射线。 2） 不成系的 (中等元素:原子序数 30≤Z≤81)
主要是钾
39 40 41 19K 19K 19K
其中，19K40 是不稳定的元素,它随时都可能放出射线
6
2、天然放射性的衰变性质
1）原子的结构：原子核（质子+中子）+核外电子 2）放射性核素 核素：原子核中具有相同数量的质子和中子并在同一能态上的同类原子 （同类核素的原子核中质子数和中子数都相同）。 放射性核素：不稳定的核素 （ 其结构和能量都会发生改变， 衰变成其他核素，并放出射线）。 同位素：原子核中质子数相同而中子数不同，但具有相同的化学性质， 在元素周期表中占有同一位置。 放射性同位素：不稳定的同位素。
• 1、划分岩性 • 2、确定泥质含量 • 3 、划分煤层（煤层厚度、深度） • 4、其他（地层对比、沉积微相等）
23
1、划分岩性
1）砂泥岩剖面
粗砂岩 中砂岩 细砂岩 泥岩
GR(API)
J SP幅度 Ra Vsh
小 大 大 小
→ → → →
大 小 小 大
2) 膏盐剖面 钾岩 GR 特高 3) 碳酸盐岩剖面 泥岩 GR 最高 泥岩 砂岩及其它岩石 岩盐、石膏 最低 纯石灰岩、白云岩 最低
1) 天然放射性衰变分为： 衰变、衰变和 衰变
衰变：放出射线的衰变。
通式为： ZXA → Z-2YA-4+(两个正电荷)
例如： 衰变
238 92U
→ 90Th234+
衰变：放出射线的衰变。 通式为： ZXA → Z+1YA+(一个负电荷) 例如：衰变
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• 1、岩石的自然伽马放射性 • 岩石的自然伽马放射性决定于岩石中所含
的放射性核素的种类和数量，即主要是岩 石中铀、钍、钾的含量决定 。
• （1）钍系
23920Th
208 82
Pb
从钍 （23920Th ）开始
经6次α衰变和4次β
衰变，最后生成稳定
核素
208 82
Pb
• （2）铀系
U 238
92
• （6）放射性活度 • 一个放射源在单位时间内衰变的原子核数，
称为放射性活度 。
2、伽马射线和物质的相互作用
• （1） 射线与物质相互作用的几率
• 利用截面 来描述作用几率的大小，定
义式为：
I
INt
γ源
γ射线
地层物质
γ射线与物质 的相互作用
【问题1】伽马 射线与物质之间的 相互作用有哪些？
核外电子 入射光子
原子核 光电子
γ光子与靶物质原子发生电磁相互作用， 结果是吸收一个γ光子，并将γ光子的能量全部 转移给某个束缚电子，该束缚电子摆脱原子对
它的束缚之后发射出来，这个过程称为光电 效应。
由光电效应发射出来的电子称为光电子。
图3-1伽马射线与物质的三种作用 （a）光电效应；（b）康普顿效应； （c）电子对效应
和一个负电子 ，这种过程称为电子对效 应，是高能γ射线与物质作用的一种主要方
式。
对于不同的吸收物质和能量区域，每种效应 的相对重要性不同：
• ①对于低能伽马射线和原子序数高的吸收 物质，光电效应占优势；
• ②对于中能伽马射线和原子序数较低的吸 收物质，康普顿效应占优势；
• ③对于高能伽马射线和原子序数高的吸收 物质，电子对效应占优势。
电子或俘获一个轨道电子而发生的转变，
统称为 衰变。
• ③ 跃迁：由 、 衰变产生的子核往
往处于激发态，而后可以通过发射 射线
释放多余的能量而退激到基态的过程称为
跃迁，或 衰变。
• （5）核衰变基本规律
N N0et
• 半衰期：放射性核素因衰变而减少到原来 一半所需的时间，用
T ln 2
第七章 放射性测井
放射性测井（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。
§7-1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
1（.γ3光）子、与康原普子顿的效核应外电子发生非弹性碰撞；
2.γ光子一部分能量转移给外层电子，光子发生 散射，其能量和运动方向发生变化；
3.束缚电子获得能量脱离原子成为反冲电子。
核外电子
原子核
反冲电子
入射光子
θ
散射光子
核外电子 入射光子
原子核
反冲电子 散射光子
γ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
• （2）半导体探测器 • 半导体探测器的探测介质是半导体材料，
在测井中比较有前途的是高纯锗探测器， 与闪烁探测器比较，主要优点是能量分辨 率高，线性范围宽，但输出幅度小，须在 低温条件加工作。
图3-2 闪烁探测器组成示意图
二、自然伽马测井 自然伽马测井是用伽马射线探测器
测量地层总的自然伽马放射性的强度， 以研究地层性质和寻找放射性矿床的测 井方法。
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：A Z
X
，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
3 1
H
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
1 1
H
、2 1
H
和
3 1
H，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
可制造中子源；
•
• 射线是高速运动的电子流，它的穿透能
力比 射线强，但电离能力较 射线弱；
• 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。 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。
（4）放射性衰变 • 放射性核素的原子核自发地释放出一种粒子
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
3 1
H
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
1 1
H
、2 1
H
就是稳定核素。
（3）核射线
• 射线是高速运动的氦原子核（粒子），它
的穿透能力最低，但电离能力最强。在核测
井中，利用 粒子和某些原子核的相互作用
（5） 射线的衰减规律
• 射线通过吸收物质时，由于发生上述三
种效应，其强度要减弱，穿过吸收物质后 的强度与吸收物质的厚度的关系为：
I I 0 e x
3、 射线的探测
• （1）闪烁探测器 • 闪烁探测器主要有闪烁体、光电倍增管和
电子仪器三部分组成。 • 常用的闪烁体主要有碘化钠（铊）、碘化
铯（铊）和BGO等。
变成另外一种原子核的放射性现象称为放射 性衰变。
• 衰变方式：
① 衰变：原子核自发地发射 粒子
（4 He 核）转变成另一种原子核的放射性现
象称为 衰变。
• 其过程可表示为：
•
A Z
X
ZA42Y
24He
•
例如放射性核素钋（210 84
Po
）经过
衰变变成
铅
206 82
Pb
，同时放出
射线。
• ② 衰变：原子核自发地放出负电子、正
【问题2】核测 井利用这些过程怎 样来确定储集层岩 性和孔隙度呢？
储层岩性分析
储层孔隙度计算
主要作用方式 伽马源
电子对效应 康普顿效应 光电效应
地层物质
（2）、光电效应
入射光子
原子核
核外电子 光电子
1.γ光子与靶物质原子发生电磁相互作用； 2.γ光子被吸收，能量全部交给内层束缚电子； 3.束缚电子摆脱原子发射出来成为光电子。
从铀（
238 92
U
）开始
经8次α衰变和6次β
衰变，最后生成稳
定核素
206 82
Pb
2、自然伽马测井原理 • （1）铀：铀系中最重要的γ辐射体是214Bi，
原子成为反冲电子，同时光子发生散射， 散射光子的能量和运动方向发生变化，即康 普顿效应。
1.γ光（子4受）到、原电子子核对库效仑应场的作用；
2.γ光子转变为一个正电子和一个负电子，自身消失
核外电子
原子核
正电子
入射光子
负电子
核外电子 入射光子
原子核
正电子
负电子
当γ光子从原子核旁经过时，在原子核 的库仑场作用下，γ光子转换为一个正电子