中子测井原理及应用.ppt

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1、授课人：李品单位：武汉地大华睿地学技术有限责任公司常规中子孔隙度测井常规中子孔隙度测井一、中子测井的一般原理二、中子-中子测井三、中子-伽玛测井（一）弹性碰撞中的快中子能量损失在实际的弹性散射过程中，中子与靶核并不总是正面碰撞，因此，每次碰撞后，中子损失的能量并不相同，这与散射角有关。当快中子与原子核碰撞多次，使中子能量降低为0.025ev时，这时的中子为热中子。中子变为热中子时，就像分子热运动一样在物质中进行扩散，当它再与原子核发生碰撞时，失去和得到的能量几乎相等。对于初始能量为2Mev的快中子，在不

2、同元素中减速为热中子所需的评价碰撞次数如下表所示一、中子测井的一般原理（二）减速长度此外，还可以用“减速长度”来描述快中子变为热中子的减速过程。减速长度定义为由快中子减速成热中子所经过的直线距离的平均值，单位为厘米。表2-5是中子起始能量为3.7-7Mev的减速长度从表2-5看出，介质含氢越多，减速长度越短，这也说明氢元素对快中子的减速能力最大一、中子测井的一般原理（三）热中子的扩散与俘获快中子减速成热中子后，同气体分子的扩散类似，便从密度大的地方向密度小的地方扩散。热中子扩散时，由于速度较慢，在原子核

3、周围停留的时间相对较长，因而很容易被原子核俘获。热中子被元素原子核俘获的几率取决于元素的俘获能力，通常用“俘获截面”来量度。单位为巴。岩石中主要元素的俘获截面如表2-6所示元素的原子核俘获热中子之后，处于激发状态，当它回到稳定的基态时，多余的能量便以伽马射线的形式释放出来。该射线称为俘获伽马射线，或次生伽马射线。不同元素俘获热中子后放出的俘获伽马射线的能量存在一定的差别，特别是氯元素释放出的俘获伽马射线能量要比一般元素高一些，且伽马射线的数目也相对多些。因此，当岩石中有氯元素存在时，测得的热中子数讲显著

4、减少，但测得的俘获伽马射线却又会普遍提高。一、中子测井的一般原理二、中子-中子测井中子-中子测井包括两种方法，一种是记录探测器周围热中子密度的中子-热中子测井；另一种是记录探测器周围超热中子密度的中子-超热中子密度的中子-超热中子测井。1、中子-热中子测井由上节分析可知，由中资源发出的快中子在周围介质中减速成热中子，一直到被俘获之前，离中子源一定距离的探测器周围，热中子的密度取决于两个因素，即介质对中子的减速特性和俘获特性。假定介质的俘获能力一定，即在不含有强俘获能力的元素时，介质的减速能力越大，快中子

5、变为热中子所经历的路程便越短。于是，热中子将主要分布在中子源附近，而在离源较远的地方，热中子数目相对减少。由于沉积岩中氢元素的减速能力最强，因此，在含氢量大的岩石中，热中子的空间分布范围较小。（一）中子-中子测井原理二、中子-中子测井根据理论可以计算，中子源周围的热中子密度与距中子源的距离r具有如图2-13所示的关系实际测井时，为了提高仪器的探测深度，通常使用的源距为45-60cm。在这种情况下，含氢高的地层，测得的热中子读数为低值。并随着含氢量的增高其读数按指数规律降低。由于在不含有结晶水的岩石中，含

6、氢量的高低直接反映着孔隙度的大小，因此，中子-热中子测井读数同岩石的孔隙度之间具有如下的关系：lgN=−aφ+b（2-26）式中：N为热中子计数率a为与井径、源距等有关的系数，b为仪器常数（一）中子-中子测井原理1、中子-热中子测井二、中子-中子测井（一）中子-中子测井原理利用式（2-26），可以在已知系数a和b的情况下，由中子-热中子测井读数求得探测地层的孔隙度。但是，当含氢量一定的岩石中还含有俘获能力很大的元素（如氯元素时），由于热中子被强烈吸收，使热中子密度明显降低（见图2-13）.此时，测井读数

7、将不再是岩石含氢量的单衣反映，由此计算的岩石孔隙度将产生较大的误差。1、中子-热中子测井二、中子-中子测井（一）中子-中子测井原理★视石灰岩孔隙度单位实际的补偿中子测井是利用计算装置计算长、短源距计数率的比值，并将它直接换算成孔隙度单位进行记录的。为此，补偿中子测井仪通常都在刻度井内已知孔隙度的纯石灰岩地层上进行刻度，由此获得的孔隙度单位称为“石灰岩孔隙度”。显然，它在纯石灰岩地层上等于地层的真孔隙度。但在非石灰岩地层，或在其它地层上，用这种方式刻度的仪器测得的孔隙度将与地层的真孔隙度不同，称为“视石灰

8、岩孔隙度”。岩性校正二、中子-中子测井二、中子-中子测井2、中子-超热中子测井这种方法在于记录探测器周围中子变为热中子之前的超热中子密度。由于快中子转化为超热中子的过程只与介质的减速特性有关，而与俘获特性无关。因此，这种方法的测量结果能更直接地反映地层的含氢量，也就是能更准确地反映地层的孔隙度。根据实验结果，一起周围超热中子的空间分布与热中子的分布具有相同的规律。即在含氢量一定的地层中，随着离中子源距离的增大，超热中子密度（或仪器的计数率）