第10章脉冲中子测井

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1、第十章脉冲中子测井第一节中子寿命测井（NLL）第二节非弹性散射伽马能谱测井第三节中子活化测井脉冲中子测井：所谓脉冲中子指的是脉冲中子源每隔一定时间发射一定宽度的中子，照射地层，通过研究中子与地层的相互作用，以研究地层性质。第一节中子寿命测井（NLL）一、中子寿命测井二、热中子寿命与地层对热中子宏观俘获截面的关系三、中子寿命测井的基本原理四、中子寿命测井的应用一中子寿命测井中子寿命测井（neutronlifetimelog,NLL）也叫热中子衰减时间测井(ThermalDecayTimeLog)，是最早投入使用的一种脉冲中子测井。测井时，利用脉冲中子源发射高能快中子（14Mev），脉冲照

2、射地层，用伽马探测器探测经地层慢化产生的热中子被俘获放出的伽马射线，根据计数率随时间的衰减，进而计算热中子寿命和地层的热中子的宏观俘获截面，从而研究地层性质（特别是含油性）的一种测井方法。在地层中，宏观俘获截面和热中子寿命主要与氯的含量有关，与地层水矿化度有关。二热中子寿命与地层对热中子宏观俘获截面的关系1、热中子寿命热中子寿命，是指热中子从产生的瞬间起到被俘获的时刻所经历的平均时间，单位是us。计算时，它等于热中子中的63.2%被俘获所经过的时间：当2、宏观俘获截面Σ单位体积介质中所有原子核的微观俘获截面之和，单位cm-1，一般定义一个基本的宏观俘获截面单位为10-3cm-1，称作

3、俘获单位并记作c.u.。3、τ与Σ的关系τ—表示地层的热中子寿命，单位us；Σ—表示地层对热中子的宏观俘获截面，单位cm-1；二热中子寿命与地层对热中子宏观俘获截面的关系其中A为某一待定的常数；υ为热中子速度,25oC为2.2x105cm/s。也就是说，热中子寿命与地层对热中子的宏观俘获截面成反比关系，即地层的宏观俘获截面越大，热中子寿命越小。4、岩石的热中子寿命和宏观俘获截面常见岩石的主要矿物的俘获截面都很小，热中子寿命都很长，而孔隙流体的热中子俘获截面比大部分骨架矿物的大很多，因此，Σ受到孔隙度的影响。(硼、汞等宏观俘获截面特别大，因此，微量的硼、汞就能使Σ增大，目前的硼中子测井

4、就是利用了硼的这种性质。）二热中子寿命与地层对热中子宏观俘获截面的关系三中子寿命测井的基本原理中子从其产生，经过和地层原子核发生非弹性散射，弹性散射，逐渐减速为热中子，热中子被俘获产生俘获伽马射线。1.热中子寿命（τ）热中子从其产生到它被吸收为止经历的平均时间指的是统计概念，即热中子从其产生到被吸收经历的时间有长、有短，我们讲的τ是一种平均值。三中子寿命测井的基本原理2.中子寿命测井的依据空间某一体积中子密度随时间的变化率为此式也称为中子的守恒定律。快中子在轻核中的减速时间f约为几十微秒，大约在2～3个f，绝大多数的快中子都变成了热中子，中子寿命测井在中子脉冲结束后200～300

5、us才开始计数，则空间所有的快中子都变成了热中子，因而，在下次脉冲来之前，热中子的产生率为0。三中子寿命测井的基本原理泄漏率是指进出某一体积内的中子数相抵消后造成的中子密度的变化率。在离源较近的区域，进的少而出去得多，对于较远区域，则是进得多而出去的少，选择合适的源距，则可使泄漏率为零。则中子密度的变化率只取决于吸收率而吸收率＝三中子寿命测井的基本原理设t=0时，n=n0，则K=n0。则空间某一区域（点）不同时间热中子密度则表示为此式是中子寿命测井测量热中子寿命的依据。3.不同时间热中子的变化热中子产生后，它在地层中发生扩散，地层中某点的热中子密度按指数规律随时间衰减：三中子寿命测井的

6、基本原理式中：N0——衰减开始时的热中子密度；N——经过时间T的热中子密度；τ——岩石的热中子寿命。4.热中子寿命的测量原理任何时刻存在的俘获伽马射线的强度与仪器周围中子密度成正比。因此刻度后，我们记录（测量）俘获伽马射线强度，可以求得（计算出）热中子的寿命（或地层宏观俘获截面Σ）。T1时刻：探测器记录的俘获伽马射线的计数率N1；三中子寿命测井的基本原理（1）T2时刻：探测器记录的俘获伽马射线的计数率；三中子寿命测井的基本原理（2）将(1)式除以(2)式得:（3）由（3）式，对两边取对数（自然对数）得：5.用常用对数换算自然对数得：三中子寿命测井的基本原理也就是说，如果分别在T1,T2

7、时间段内记录俘获伽马射线的计数率，，则可以通过上式刻度成热中子寿命，由热中子寿命与地层对热中子宏观俘获截面的关系，同样可以计算得到。三中子寿命测井的基本原理6.地层的宏观截面伽马计数率随时间的衰减如图10-12，其中，地层衰减区的斜率决定于或，因此，应在地层衰减区进行N1和N2的测量。三中子寿命测井的基本原理实际测井中N1和N2不可避免的要受到自然伽马计数率的影响，因此，中子寿命测井采用了三个计数门，分别记录N1、N2和Nb，因此，实际上中