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1、 地地 球球 物物 理理 测测 井井第三章第三章 核测井（核测井（放射性测井放射性测井）心胸有多大，事业就有多大心胸有多大，事业就有多大包容有多少，拥有就有多少包容有多少，拥有就有多少地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井核测井（核测井（放射性测井放射性测井）：）：以物质的原子核物理性质为基以物质的原子核物理性质为基础的一组测井方法础的一组测井方法。它是根据岩石及其孔隙流体和井内介质它是根据岩石及其孔隙流体和井内介质（套管、水泥等）的核物理性质，研究钻井地质剖面，寻找有用（套管、水泥等）的核物理性质，研究钻井地质剖面，寻找有用矿藏，研究油田开发工程的一类测井方法。矿藏，研究油田开发工程的
2、一类测井方法。核测井的适用条件：一般的泥浆井、油基泥浆井、核测井的适用条件：一般的泥浆井、油基泥浆井、高矿化度泥浆井、空气钻井（裸眼井、套管井）高矿化度泥浆井、空气钻井（裸眼井、套管井）核测井的优点：核测井的优点：伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础 它是唯一能够确定它是唯一能够确定岩石及其孔岩石及其孔隙流体化学元素含量隙流体化学元素含量的测井方法的测井方法。地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础一、原子核的衰变及放射性一、原子核的衰变及放射性1 1、原子的结构、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
3、外电子层组成的一种很微小的粒子。原子核由原子核由质子质子和和中子中子组成组成2 2、同位素、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。例：氢的同位素：氕、氘、氚例：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放射性测井伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础3 3、核衰变、核衰变放射性：放射性：自发地释放出自发地释放出、，射线的性质射线的性质放射性核衰变的规律：放射性核数随时间按指数递减的规律放射性核衰变的规律：放射性核数随时间按指数递减的规律变化。变化。即：即：N:N:放射性元素个数放射性元素个数t:t:时间时间：衰变系数衰变系数核衰变核衰变：放射性元
4、素的原子核自发地释放出一种带电粒子：放射性元素的原子核自发地释放出一种带电粒子（或或），蜕变成另外某种原子核，同时放射出伽马），蜕变成另外某种原子核，同时放射出伽马（）射线的过程。射线的过程。地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础半衰期半衰期：从：从N N0 0个原子开始衰变到个原子开始衰变到N N0 0/2/2时所经历的时间。时所经历的时间。用用T T表示：表示：放射性元素不同，其半衰期也不同（放射性元素不同，其半衰期也不同（见见P P115115）4 4、放射性射线的性质、放射性射线的性质核衰变放出三种射线：核衰变放出三种射线：、地球物理测井地
5、球物理测井放射性测井放射性测井伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础 射线射线 射线射线能量衰减快、能量衰减快、穿透能力弱穿透能力弱射程短射程短带电带电 射线射线是频率很高是频率很高的电磁波、的电磁波、能量高能量高穿透能穿透能力强力强射程长射程长中性粒子射线中性粒子射线不是由核衰变产生的，不是由核衰变产生的，是由特殊的中子源产生的，特点是：是由特殊的中子源产生的，特点是：能量高、穿透力强能量高、穿透力强探测器能探测探测器能探测到的射线：到的射线：中子射线、中子射线、射线射线地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础二、常用二、常用GRGR强度单位强度
6、单位1 1、放射性强度单位、放射性强度单位2 2、放射性剂量单位、放射性剂量单位1 1居里：单位时间内发生衰变的原子核数。居里：单位时间内发生衰变的原子核数。1 1居里居里=1=1克镭的源强克镭的源强=1=1克镭当量克镭当量/克（每克物质的放射性强度克（每克物质的放射性强度单位相当于单位相当于1 1克镭）克镭）=3.7*10=3.7*101010次次/秒秒单位质量的物质被射线照射时所吸收的能量来度量射线强度单位质量的物质被射线照射时所吸收的能量来度量射线强度为放射性剂量。用伦琴表示。而测井用的单位是为放射性剂量。用伦琴表示。而测井用的单位是微伦琴微伦琴/小时小时，单位时间内的射线剂量为剂量率。
7、，单位时间内的射线剂量为剂量率。地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础3 3、条件单位、条件单位三、三、核衰变的统计涨落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，总是总是围绕一平均值上下起伏围绕一平均值上下起伏。统计涨落是由核衰变统计涨落是由核衰变本身的特性本身的特性所决定的，与环境和人的因素所决定的，与环境和人的因素无关。无关。测井时记录的是测井时记录的是单位时间的脉冲数单位时间的脉冲数，不同的仪器记录器在，不同的仪器记录器在统一统一标准下刻度。标准下刻度。采取相同
8、的单位：采取相同的单位：微伦琴微伦琴/小时小时 APIAPI地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井伽马测井的核物理基础伽马测井的核物理基础核射线探测器-闪烁记数管它它由光电倍增管和碘化钠晶体组成由光电倍增管和碘化钠晶体组成。它是利用被伽玛射线激发的。它是利用被伽玛射线激发的物质的发光现象来探测射线的。物质的发光现象来探测射线的。伽玛射线伽玛射线碘碘化化钠钠晶晶体体光电光电倍增倍增管电管电子数子数逐级逐级倍增倍增大量电子最后到大量电子最后到达阳极使阳极电达阳极使阳极电压瞬时下降产生压瞬时下降产生电压负脉冲，输电压负脉冲，输入测量线路予以入测量线路予以记录记录用单位时间记录的脉冲数来反映用单
9、位时间记录的脉冲数来反映伽玛射线的强度伽玛射线的强度地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井自然伽马测井自然伽马测井GRGR测量的是测量的是岩层的自然放射性强度岩层的自然放射性强度（不用任何放射性源）（不用任何放射性源）一、岩石的自然放射性一、岩石的自然放射性岩石中主要的放射性元素：岩石中主要的放射性元素：9292U U238 238 9090ThTh232232 1919K K4040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，其含量与岩性以其含量与岩性以及形成过程中的物理化学条件有关及形成过程中的物理化学条件有关，因此，岩性不同，因此，岩性不
10、同，GRGR不同。不同。火成岩火成岩 变质岩变质岩 沉积岩沉积岩地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井自然伽马测井自然伽马测井沉积岩骨架不含重矿物，除钾岩外，其他岩石本身基本上不含沉积岩骨架不含重矿物，除钾岩外，其他岩石本身基本上不含放射性，但在形成过程中会多少地吸附些放射性元素。放射性，但在形成过程中会多少地吸附些放射性元素。强度最低的：强度最低的：硬石膏、石膏、不含钾的盐岩硬石膏、石膏、不含钾的盐岩强度较低的：强度较低的：砂岩、灰岩、白云岩砂岩、灰岩、白云岩强度较高的：浅海相和陆相沉积的强度较高的：浅海相和陆相沉积的泥岩泥岩、泥灰岩、钙质泥岩、泥灰岩、钙质泥岩、含砂泥岩等含砂泥岩等强
11、度高的：强度高的：钾岩、深水泥岩、页岩钾岩、深水泥岩、页岩强度最高的：强度最高的：放射性软泥、澎土岩、火山灰放射性软泥、澎土岩、火山灰除了钾岩及骨架含放射性元素的岩石外，岩石的除了钾岩及骨架含放射性元素的岩石外，岩石的GRGR强强度随岩石颗粒变细而增加。度随岩石颗粒变细而增加。通常情况下：地层的通常情况下：地层的GRGR值的高低主要取决于泥质含量值的高低主要取决于泥质含量地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井沉积岩的自然放射性有以下变化规律：沉积岩的自然放射性有以下变化规律：a.a.随泥质含量的增加而增加随泥质含量的增加而增加；b.b.随随有有机机物物含含量量增增加加而而增增加加，如如沥
12、沥青青质质泥泥岩岩的的放放射射性性很很高高。在在还还原原条条件件下下，六六价价铀铀能能被被还还原原成成四四价价铀铀，从从溶溶液液中中分分离离出出来来而而沉沉淀淀在在地地层中，且层中，且有机物容易吸附含铀和钍的放射性物质有机物容易吸附含铀和钍的放射性物质；c.c.随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加随着钾盐和某些放射性矿物的增加而增加。自然伽马测井自然伽马测井地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井自然伽马测井自然伽马测井泥浆泥浆仪器仪器 外壳外壳进入探进入探测器测器记录连记录连续电流所产续电流所产生的电位差生的电位差穿过穿过至至经传输经传输至地面至地面仪器处理仪器处理使与单位使与单位时间的
13、电时间的电脉冲数成脉冲数成正比正比 射线射线GRGR曲线曲线见见P120P120图图7-67-6砂泥岩剖面砂泥岩剖面GRGR测井曲线测井曲线二、二、GR GR 测井基本原理测井基本原理地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井自然伽马测井自然伽马测井三、三、GR GR 曲线特征（均匀理想模型地层点测）曲线特征（均匀理想模型地层点测）GRGR（APIAPI）当当上下围岩相同上下围岩相同时，时，曲线曲线对称对称于地层中于地层中部，部，低低放射性地层对放射性地层对应应GRGR低低，高高放射性放射性地层对应地层对应GRGR高高h3dh3d 曲线幅度曲线幅度不受不受岩层厚度的影响；岩层厚度的影响；h3
14、d h3d 曲线的最大或曲线的最大或最小最小受岩层厚度受岩层厚度的的影响（影响（？）地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井自然伽马测井自然伽马测井地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井自然伽马测井自然伽马测井四、影响因素四、影响因素1 1、岩层厚度的影响、岩层厚度的影响2 2、井参数影响、井参数影响d d增加增加裸眼井：对裸眼井：对GRGR吸收增加，但泥浆中所含一定吸收增加，但泥浆中所含一定的放射性补偿了一部分，影响小的放射性补偿了一部分，影响小套管井：水泥环厚度增加套管井：水泥环厚度增加-GR-GR减小减小岩层厚度增加或减小，岩层厚度增加或减小，GRGR曲线减小或增大。曲线减小或
15、增大。地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井自然伽马测井自然伽马测井3 3、统计涨落误差、统计涨落误差由于涨落误差的存在，由于涨落误差的存在，实测的实测的GRGR曲线出现许曲线出现许多多“小锯齿小锯齿”地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井自然伽马测井自然伽马测井4 4、测井速度、测井速度V V增加增加V V合适合适GRGR（APIAPI）滞后现象滞后现象积分电路的特点所至积分电路的特点所至当当h h一定：一定：GRGR受受V V测测和时间和时间常数的影响常数的影响t=h/vt=h/v；v v增加，增加，tt7 TH/U7 陆相沉积、氧化环境、风化层陆相沉积、氧化环境、风化层TH/
16、U7 TH/U7 海海相沉积、灰色、绿色页岩相沉积、灰色、绿色页岩TH/U2TH/U2 海相黑色页岩、磷酸盐岩海相黑色页岩、磷酸盐岩地球物理测井地球物理测井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放射性测井 纯纯的的碎碎屑屑岩岩储储集集层层K K、ThTh、U U的的含含量量均均很很低低。但但当当这这些些岩岩石石中中含含有有高高放放射射性性矿矿物物（如如独独居居石石、锆锆石石等等）时时，纯纯砂砂岩岩的的K K、ThTh、U U含含量量也也能能显显著著增增高高。右右图图中中420-490ft420-490ft之之间间的的膨膨润润土土和和凝凝灰灰岩岩薄薄层层显显示示为为低低含含钾钾、
17、高高含含铀铀和和钍钍。775-775-900ft900ft之之间间为为高高含含铀铀的的砂砂岩岩地地层层。故故总总计数率不能作为泥质指示曲线用。计数率不能作为泥质指示曲线用。高放射性碎屑岩储集层高放射性碎屑岩储集层地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井 和和碎碎屑屑岩岩储储集集层层一一样样，纯纯的的碳碳酸酸盐盐岩岩储储集集层层K K、U U、ThTh的的含含量量都都很很低低。但但当当地地层层中中有有钾钾碱碱、长长石石和和粘粘上上矿矿物物时时、K K含含量量会会明明显显上上升升；而而在在还还原原条条件件下下，地地层层水水中中的的铀铀在在渗渗透透带带沉沉积积，可可使使地地层层的的U U含含量量
18、高高达达20ppm20ppm。因因此此在在碳碳酸酸盐盐岩岩剖剖面面中中，自自然然伽伽马马能能谱谱测测井井有有助助于于区区分分岩岩性性，对对剖剖面面进进行行详详细细对对比比，更更可可靠靠地地估估算算泥泥质质含含量量，寻寻找找高高产产裂缝带及确定施行增产措施的层位。裂缝带及确定施行增产措施的层位。高放射性碳酸盐岩储集层高放射性碳酸盐岩储集层地球物理测井地球物理测井放射性测井放射性测井自然伽马能谱测井（自然伽马能谱测井（NGS）本节的重点：本节的重点：岩石的自然放射性岩石的自然放射性GRGR曲线的应用及影响因素曲线的应用及影响因素NGSNGS曲线的应用与曲线的应用与GRGR曲线间的关系曲线间的关系核衰变、核射线、放射性强度单位核衰变、核射线、放射性强度单位