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时间:2020-01-11
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1、第九章放射性测井放射性测井是根据岩石和介质的核物理性质,研究钻井地质剖面,寻找油气藏以及研究油井工程的地球物理方法。放射性测井方法,按其探测射线的类型可分为两大类,即探测伽马射线的伽马测井法和探测中子的中子测井法。放射性测井的优点: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。但是它的测速慢,成本高。由于生产和解释方法的改进,放射性测井解决生产问题的范围不断扩大,它仍是一项重要的测井方法。特别是核磁共振测井仪的研制成功,更加扩大了放射性测井的应用范围。第一节放射性测井
2、的基本知识一、原子核的衰变及其放射性1、原子的结构2、核素和同位素核素:是指原子核中具有一定数目质子和中子并在同一能态上的同类原子,同一核素的原子核质子数和中子数相等。同位素:是指核中质子数相同而中子数不同的核素,它们在元素周期表中占同一位置。3、核衰变放射性同位素的原子核自发地发生分解,转变成另外某种原子核,并放出放射性射线,这种现象叫核衰变,放出放射性射线的性质叫放射性。如:任何放射性元素衰变时,其原子核数量都是按下列规律减少的:N0:放射性元素的初始量;N:经过时间t后的放射性元素量;:衰变常数,表征衰变速度的常数。由上式可看出,随着t↗,放射性元
3、素的原子数↘,当t→,原子数量越接近于零。除了用外,还用半衰期T来说明衰变的速度。半衰期就是从放射性元素原子核的初始量,开始到一半原子已发生衰变时所经历的时间,T和有如下关系:。越大,T越短,放射性元素的衰变越快。4、放射性射线的性质在放射性射线中,此外还有其它射线,这里只介绍射线。①射线:是氢的原子核流,氢的原子核是,因其质量大,易引起物质的电离或激发,被物质吸收,所以它在物质中运动时,射程很小,在空气中为2.5cm左右,在岩石中和金属矿层中,约为数十万分之一米,因射线穿透能力很差,所以在井内探测不到射线。②射线:是高速运动的电子流。它在物质中的射程也
4、较短。③射线:是频率很高的电磁波(波长为3x10-11~10-9cm)或光子流,不带电荷,但其能量很高,一般在几十万电子伏特以上,并且有很强的穿透能力,例如要使给定的射线强度减弱到一半,则需要穿过12.7mm厚的铅层(铅的吸收能力很强),所以射线在放射性测井中能被探测到而得到利用。5、伽马射线与物质的作用射线穿过物质时,与构成物质的原子发生作用,主要产生如下现象:光电效应,康普顿效应,电子对效应。(1)光电效应:射线穿过物质,与构成物质的原子中的电子相碰撞,量子将其所有能量交给电子,使电子脱离原子而运动形成光电子,量子本身则整个被吸收,这种效应称为光电效
5、应。光电效应和射线的能量与吸收物质的原子序数有密切关系,随原子序数增加而迅速增大,但随射线能量增大光电效应迅速减小。(岩性密度测井的部分原理)(1)康普顿效应:能量较大的射线穿过物质和电子碰撞时,量子能量一部分转交给电子,使电子以与量子的初始运动方向成角的方向射出,形成康普顿电子,量子则朝着与其初始运动成角的方向散射,这种效应称为康普顿效应。射线通过物质时,康普顿散射会导致射线强度减弱,其减弱常以散射吸收系数表示,与射线的能量、吸收物质的原子序数以及吸收物质单位体积内的电子数有关,随射线的能量增大而减小。康普顿吸收系数,为康普顿散射截面。由上式知,这就是
6、岩性密度测井的原理。(2)电子对效应。当射线的能量大于1.022MeV时,它与物质作用,光子即转化为一个正电子和一个负电子,而其本身被吸收。射线通过物质时,以上三种作用都可能发生,但是,射线能量低时以光电效应为主,能量较高时以康普顿效应为主,能量很高时以电子对效应为主。(3)伽马射线的吸收。射线通过物质时,会发生以上三种作用,伽马量子被吸收,射线强度逐渐减弱,其程度随吸收物质的吸收系数增大而加剧。实验证明射线强度和穿过吸收物质的厚度有如下关系:其中:、分别为未经吸收物质和经过厚度为的吸收物质的射线强度;为射线经过的吸收物质的厚度;为总吸收系数,由光电效应
7、、康普顿散射以及电子对效应的吸收系数所决定。6、中子与物质的作用中子按其具有的动能可分为以下几类:a、慢中子:<1的中子,其中为0.025左右的中子叫热中子,0.2~10的中子为超热中子。b、中能中子:1<<500之间的中子。c、>500的中子。中子在物质中运动,可与物质产生如下几种作用:(1)非弹性散射。高能快中子与原子核碰撞时,将产生非弹性散射,并放射出射线,例如高能中子打到碳原子核上就会产生非弹性散射。(C/O比能谱测井的原理)(2)快中子对原子核的活化:除非弹性散射外,还发生(反应截面大,可被测井应用)、即(反映截面小)。识别岩性的硅测井→识别岩
8、性和测定泥质含量的铝测井(3)弹性散射:高能快中子经过一、二次非弹性散射后,降低
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