• / 3
  • 下载费用:2 下载币  

自然伽马能谱测井原理及其应用

关 键 词:
高伽马、自然、能谱、测井、应用、放射
资源描述:
自 然 伽 马 能 谱 测 井 原 理 及 其 应 用 屏   庞 巨 丰(西 安 石 油 大 学 ,陕 西 西 安 710065)摘   要 :自 然 伽 马 能 谱 测 井 就 是 在 钻 出 的 深 井 中 ,对 地 层 的 自 然 (天 然 )伽 马 射 线 进 行 能 谱 分 析 ,由 不 同 的 能 量 的 伽 马 射 线 强 度 确 定 地 层 中 铀 、 钍 、 和 钾的 含 量 及 其 分 布 情 况 ,从 而 评 价 地 层 的 岩 性 、 生 油 能 力 以 及 解 决 更 多 的 地 质 和 油 田 开 发 中 的 问 题 。关 键 词 :自 然 伽 马 能 谱 测 井 ;生 油 岩 ;粘 土 矿 物 ;泥 质 含 量 ;高 自 然 伽 马 放 射 性 储 层1   自 然 伽 马 能 谱 测 井 原 理111   自 然 伽 马 能 谱 测 井 的 理 论 基 础地 层 中 存 在 的 放 射 性 核 素 ,主 要 是 天 然 放 射 性 核 素 ,这 些 核 素 又 分 放 射 系 和 非 放 射 系 的 天 然 放 射 性 核 素 。 放射 系 为 钍 系 、 铀 系 和 锕 铀 系 ,但 锕 铀 系 的 头 一 个 核 素235U 在 自 然 界 中 的 丰 度 很 低 ,其 放 射 性 贡 献 甚 微 ,不 予考 虑 。 非 放 射 系 的 天 然 放 射 性 核 素 如 表 1 所 列 。 从 表 中可 见 ,主 要 是 87 40 K ,但 是 87 伽 马 辐 射 。 所 以 ,在 研 究 地 层 中 的 自 然 伽 马 能 谱 主 要 是 238 U、 232 射 系和 40 的 伽 马 射 线 能 谱 。表 1   非 放 射 系 的 天 然 放 射 性 核 素核 素 在 岩 石 圈 内 的丰 度 (半 衰 期(α ) α 和 β 射 线 能 量 (括 号 内 为 百 分 强 度 ) γ 射 线 能 量 (括 号 内 为 百 分 强 度 )40 K 3 1128 × 109 β ,1314 (89) 1461 (11)50V 012 6 × 1015 83 (30) ,1554 (70)8755 418 × 1010 β ,274 (100) 无115 11 6 × 1014 β ,480 (100) 无138101 1112 × 1011 β ,210 (30) 810 (30) ,1430 (70)147 1105 × 1011 α ,2330 无176101 212 × 1010 β ,430 88 (15) ,202 (85) 306 (95)因 为 地 层 岩 石 的 自 然 伽 马 射 线 主 要 是 由 铀 系 和 钍 系中 的 放 射 性 核 素 及 40 的 。 而 铀 系 和 钍 系 所 发 射 的伽 马 射 线 是 由 许 多 种 核 素 共 同 发 射 的 伽 马 射 线 的 总 和 ,但 每 种 核 素 所 发 射 的 伽 马 射 线 的 能 量 和 强 度 不 同 ,因 而伽 马 射 线 的 能 量 分 布 是 复 杂 的 。 而 40 发 射 一 种 伽马 射 线 ,其 能 量 1146 单 能 。 如 果 我 们 把 横 座 标 表示 为 伽 马 射 线 的 能 量 ,纵 座 标 表 示 为 相 应 的 该 能 量 的 伽马 射 线 的 强 度 。 把 这 些 粒 子 发 射 的 伽 马 射 线 的 能 量 画 在座 标 系 中 ,那 么 就 得 到 了 伽 马 射 线 的 能 量 和 强 度 的 关 系图 ,这 个 图 称 为 自 然 伽 马 的 能 谱 图 。铀 系 和 钍 系 在 放 射 性 平 衡 状 态 下 系 内 核 素 的 原 子 核数 的 比 例 关 系 是 确 定 的 ,因 此 不 同 能 量 伽 马 的 相 对 强 度也 是 确 定 的 ,因 此 我 们 可 以 分 别 在 这 两 个 系 中 选 出 某 种核 素 的 特 征 核 素 伽 马 射 线 的 能 量 来 分 别 识 别 铀 和 钍 。 这种 被 选 定 的 某 种 核 素 称 为 特 征 核 素 ,它 发 射 的 伽 马 射 线的 能 量 称 为 特 征 能 量 ,在 自 然 伽 马 能 谱 测 井 中 ,通 常 选 用铀 系 中 的 214 射 的 1176 伽 马 射 线 来 识 别 铀 ,选 用 钍 系 中 的 208 射 的 2162 伽 马 射 线 来 识 别钍 ,用 1146 伽 马 射 线 来 识 别 钾 。当 我 们 把 伽 马 射 线 按 我 们 所 选 定 的 特 征 能 量 分 别 计数 ,那 么 这 就 叫 测 谱 。 测 谱 测 出 的 结 果 打 印 成 数 据 表 或绘 成 能 谱 图 。 因 而 将 测 得 的 自 然 伽 马 能 谱 转 换 成 地 层 的铀 、 钍 、 钾 的 含 量 ,并 计 录 在 磁 带 上 或 以 连 续 测 井 曲 线 的形 式 输 出 ,这 就 是 自 然 伽 马 能 谱 测 井 。要 用 自 然 伽 马 能 谱 测 井 ,必 须 满 足 两 个 条 件 : (1) 地层 岩 石 中 必 须 存 在 具 有 γ 辐 射 的 放 射 性 核 素 ,或 者 说 ,岩石 中 的 放 射 性 核 素 必 须 具 有 γ 辐 射 ; (2)放 射 性 核 素 在 地层 岩 石 中 的 分 布 必 须 具 有 特 异 性 。112   自 然 伽 马 能 谱 测 井 仪 器自 然 伽 马 测 井 仪 的 测 量 装 置 由 井 下 仪 器 和 地 面 仪 器组 成 。 井 下 仪 由 伽 马 射 线 探 测 器 (由 闪 烁 晶 体 和 光 电 倍增 管 组 成 ) 、 脉 冲 幅 度 鉴 别 器 、 分 频 器 、 整 形 器 及 电 缆 驱 动器 等 电 路 组 成 。 这 几 大 部 分 组 成 一 套 完 整 的 测 井 仪 器 。自 然 伽 马 测 井 仪 是 一 种 沿 着 井 眼 剖 面 测 量 岩 层 自 然 放 射性 活 度 分 布 的 测 量 仪 器 。 测 井 时 ,闪 烁 晶 体 把 地 层 伽 马射 线 转 变 成 光 脉 冲 信 号 ,由 光 电 倍 增 管 的 光 阴 极 转 换 为光 电 子 ,经 光 电 倍 增 管 放 大 后 输 出 负 电 压 脉 冲 ,经 幅 度 鉴别 、 分 频 、 整 形 、 功 放 ,然 后 经 电 缆 输 送 到 地 面 。 井 下 仪 器沿 井 身 自 下 而 上 移 动 测 量 ,就 连 续 记 录 出 井 剖 面 上 岩 层的 自 然 伽 马 强 度 曲 线 ,称 为 自 然 伽 马 测 井 曲 线 。2   自 然 伽 马 能 谱 测 井 分 析 与 应 用自 然 伽 马 能 谱 测 井 资 料 包 括 : 地 层 总 自 然 伽 马( ,地 层 无 铀 伽 马 ( ,及 地 层 中 铀 ( 、 钍( 、 钾 ( A)的 含 量 。 利 用 其 测 量 值 可 以 研 究 地层 特 性 ,计 算 泥 质 含 量 、 地 层 粘 土 矿 物 归 类 、 识 别 高 自 然伽 马 放 射 性 储 层 、 评 价 生 油 岩 等 。 具 体 过 程 是 采 用 交 会图 技 术 ,做 出 地 层 图 ,按 照 给 定 的 版 ,归 类 粘 土 矿 物 ,定 性 识 别 粘 土 矿 物 。 同 样 ,采 用50            《 计 量 与 测 试 技 术 》 2009 年 第 36 卷 第 9 期 U 交 会 ,可 分 析 沉 积 环 境 的 变 化 情 况 。 在 还 原 环 境和 有 机 质 富 集 的 条 件 下 ,可 以 使 泥 质 沉 积 吸 附 大 量 的 铀离 子 ,自 然 伽 马 能 谱 测 井 中 铀 曲 线 代 表 地 层 中 铀 的 含 量 ,因 而 可 用 来 评 价 生 油 岩 。211   评 价 生 油 层自 然 伽 马 能 谱 资 料 中 的 铀 曲 线 反 映 地 层 中 放 射 性 矿物 铀 的 含 量 。 研 究 表 明 ,放 射 性 元 素 铀 与 有 机 质 的 丰 度有 很 密 切 的 关 系 ,有 机 质 越 富 集 的 地 方 ,能 谱 曲 线 中 所 显示 的 铀 含 量 越 高 ,指 示 与 油 气 关 系 越 密 切 。图 1   老 27 井 的 自 然 伽 马 能 谱 曲 线根 据 这 一 结 果 ,分 析 老 27 井 的 自 然 伽 马 能 谱 资 料 如图 1 所 示 ,在 泥 岩 出 油 层 段 铀 含 量 大 于 3 × 10 - 6 。 对 没有 自 然 伽 马 能 谱 资 料 的 樊 41 井 、 罗 42 井 、 大 93 井 等 进行 分 析 结 果 发 现 :在 地 质 录 井 或 井 壁 取 心 资 料 中 ,反 映 的岩 性 为 泥 岩 与 油 页 岩 或 油 泥 岩 互 层 ,或 者 距 油 页 岩 或 油泥 岩 距 离 较 近 ,是 较 好 的 生 油 层 。212   确 定 地 层 岩 性由 于 地 层 中 天 然 放 射 性 核 素 的 分 布 具 有 一 定 的 规 律性 ,因 此 ,利 用 自 然 伽 马 能 谱 测 井 可 以 确 定 地 层 的 岩 性 ,特 别 是 对 于 一 些 复 杂 地 层 的 岩 性 识 别 ,自 然 伽 马 能 谱 测井 将 优 于 其 它 测 井 方 法 。(1)利 用 U 交 会 图 划 分 岩 性一 般 情 况 下 ,地 层 中 的 钍 ( 含 量 随 岩 石 的 粒 度 变细 而 增 加 ,利 用 钍 值 可 以 把 地 层 中 的 砂 岩 、 粉 砂 岩 和 泥 岩等 划 分 得 很 清 楚 ,因 此 一 个 识 别 岩 性 的 较 好 参 数 。此 外 ,在 地 层 原 始 沉 积 的 过 程 中 ,铀 (U) 的 含 量 与 地 下 水的 溶 解 和 迁 移 程 度 有 关 ,而 油 气 藏 的 形 成 与 地 下 水 的 活动 也 有 关 系 ,并 且 油 气 藏 的 形 成 还 要 求 有 良 好 的 封 闭 条件 ,因 此 油 气 藏 的 形 成 与 U 有 一 定 的 关 系 ,为 此 ,利 用 U 交 会 图 可 以 更 准 确 地 区 分 岩 石 的 岩 性 。(2)利 用 图 划 分 岩 性在 地 层 中 ,钾 ( K) 的 含 量 也 与 岩 性 有 关 。 一 般 情 况下 ,钾 的 含 量 随 岩 石 的 粒 度 变 细 而 增 加 。 此 外 ,在 碳 酸 盐中 钾 含 量 较 多 ,这 是 由 于 碳 酸 盐 在 形 成 过 程 中 的 淋 滤 作用 而 造 成 的 。 为 此 ,利 用 图 也 可 以 区 分 岩 石的 岩 性 。213   粘 土 矿 物 类 型 的 识 别图 2   自 然 伽 马 能 谱 测 井 定 量 计 算 粘 土 图 版图 2 是 用 自 然 伽 马 能 谱 测 井 识 别 不 同 粘 土 矿 物 ,定量 计 算 粘 土 图 版 。 该 图 版 首 先 以 测 井 深 度 对 岩 心 深 度 进行 归 位 ,然 后 按 不 同 地 区 、 同 一 层 系 对 伽 马 射 线 衍 射 资 料进 行 统 计 ,当 某 种 粘 土 矿 物 超 过 50 %时 ,就 以 该 矿 物 为主 要 的 粘 土 矿 物 ,该 粘 土 矿 物 就 对 应 一 定 的 铀 、 钍 、 钾 测井 值 ;然 后 再 分 别 以 测 井 的 铀 - 钍 、 铀 - 钾 、 钍 - 钾 的 测井 值 (为 纵 坐 标 和 横 坐 标 ,将 这 个 层 系 的 粘 土 矿 物点 于 坐 标 中 ,经 过 统 计 得 到 一 个 图 版 。 从 图 中 易 知 ,伊 利石 、 高 岭 石 、 绿 泥 石 、 伊 蒙 混 层 相 互 交 错 ,个 别 伊 蒙 混 层 能明 显 地 区 分 。 这 说 明 各 地 区 不 同 地 层 粘 土 矿 物 与 能 谱 测井 值 的 响 应 是 不 同 的 ,其 响 应 关 系 与 地 层 成 岩 过 程 中 的母 岩 、 地 层 水 放 射 性 的 含 量 有 关 。 由 于 某 些 粘 土 矿 物 具有 特 殊 的 U , , 所 以 自 然 伽 马 能 谱 测 井 可 用 于鉴 定 粘 土 矿 物 和 矿 物 类 型 。214   计 算 泥 质 含 量可 以 用 总 伽 马 计 数 率 计 算 泥 质 含 量 :V GR GR V 2V 12 1式 中 : V 总 伽 马 计 数 率 求 得 的 泥 质 含 量 指 数 ;GR R 纯 地 层 计 数 率 的 最 小 值 和 泥 岩 总 计 数率 的 最 大 值 ; 目 的 层 的 总 计 数 率 ; ( V — — 用总 伽 马 计 数 率 求 得 的 泥 质 含 量 (体 积 ) ; 数 ,对 老 井 , 2 ;对 新 井 , 317。215   寻 找 高 放 射 性 储 层纯 砂 岩 和 碳 酸 盐 岩 放 射 性 元 素 含 量 很 低 ,但 有 些 地(下 转 第 53 页 )董 兰 屏 等 :自 然 伽 马 能 谱 测 井 原 理 及 其 应 用          51   动 速 度 、 测 针 的 长 度 而 改 变 。4   修 正 校 准 误 差 的 方 法修 正 校 准 误 差 就 是 修 正 工 作 探 针 宝 石 球 的 位 置 补 偿值 和 宝 石 球 的 直 径 ,下 面 结 合 实 例 来 介 绍 误 差 的 修 正 方 法 ,三 坐 标 型 号 为 2 ,标 准 球 半 径 为 1419932 ,测 量 环 境 条 件 为 2014 ℃ 、 54 %11   校 准 探 针用 标 准 探 针 检 测 标 准 球 的 位 置 ,用 标 准 球 校 准 工 作探 针 ,得 工 作 探 针 的 补 偿 值 ( x , y , z ) 为 ( 013341 , 912605) ,宝 石 球 的 半 径 r = 214992。412   编 制 程 序编 制 自 动 测 量 程 序 ,用 标 准 探 针 测 量 标 准 球 和 任 意两 平 面 ,建 立 以 标 准 球 为 原 点 的 工 件 坐 标 系 ,用 工 作 探 针重 复 10 次 测 量 标 准 球 的 位 置 和 尺 寸 。 测 量 标 准 球 的 策略 是 :在 标 准 球 赤 道 扫 描 一 周 取 12 点 ,与 赤 道 夹 角 60° 位置 扫 描 一 周 取 8 点 ,顶 部 取 1 点 。413   计 算 误 差设 置 探 针 的 移 动 速 度 与 实 际 工 作 时 的 移 动 速 度 相同 ,运 行 自 动 测 量 程 序 ,得 测 量 结 果 平 均 值 ( X , Y , Z , D)≈ ( - 010010 , - 010007 , - 010001 , 2919875) ,误 差 值(Δ x ,Δ y ,Δ z ,Δ R ) 为 ( - 010010 , - 010007 , - 010001 ,010005) 。414   修 正 误 差在 软 件 中 进 入 探 针 管 理 页 面 ,修 正 探 针 的 补 偿 值( x′ , y′ , z′ )为 (013331 , - 011048 ,912605) ,因 z 值 误 差值 较 小 ,不 需 修 正 。 修 正 宝 石 球 的 半 径 r′ = 214997。5   验 证 误 差 修 正 的 效 果修 正 后 按 312 的 方 法 重 复 10 次 测 量 标 准 球 的 位 置和 尺 寸 ,测 量 数 据 为 : ( - 010004 , - 010005 , - 010001 ,2919867) 、 ( - 010003 , - 010004 ,010000 ,2919867) 、 ( - 010002 , 010001 , 2919866 ) 、 ( - 010003 , 010000 ,2919866) 、 ( - 010002 ,010000 ,010001 ,2919866) 、 ( - 010002 , 010000 , 010002 , 2919864 ) 、 ( 010000 ,010002 ,2919864) 、 ( - 010002 ,010001 ,010000 , 2919865) 、 ( - 010002 , 010001 , 010001 , 2919864) 、( - 010002 ,010001 ,010003 ,2919863) ,十 组 数 据 的 平 均值 ( X′ , Y′ , Z′ , D′ ) ≈ ( - 010002 , - 010001 , 010001 ,2919865) 。 对 比 313 误 差 值 ,测 量 精 度 有 明 显 的 提 高 。6   结 束 语此 方 法 不 能 消 除 三 坐 标 测 量 机 本 身 的 系 统 误 差 和 测量 的 随 机 误 差 ,只 能 消 除 不 同 探 针 检 测 相 关 元 素 之 间 由于 探 针 校 准 引 起 的 误 差 。 以 上 数 据 仅 反 映 两 探 针 的 偏 差值 ,不 能 代 表 三 坐 标 测 量 机 的 精 度 。 在 相 同 的 移 动 速 度下 ,需 要 两 根 或 两 根 以 上 的 探 针 检 测 同 一 工 件 时 ,此 方 法能 明 显 提 高 测 量 精 度 。参 考 文 献[ 1 ]张 国 雄 . 三 坐 标 测 量 机 [ M ] . 天 津 :天 津 大 学 出 版 社 ,1999 年 .[ 2 ] 1064 - 2004 坐 标 测 量 机 校 准 规 范 [ S] . 北 京 :中 国 计 量 出 版 社 ,2004 年 .[ 3 ] 1094 - 2002 测 量 仪 器 特 性 评 定 [ S] . 北 京 :中 国 计 量 出 版 社 ,2002 年 .[4 ]费 业 泰 . 误 差 理 论 与 数 据 处 理 [ M ] . 北 京 :机 械 工 业 出 版 社 ,2000年 .[5 ]周 海 英 . 浅 谈 影 响 三 坐 标 测 量 机 测 量 准 确 度 的 因 素 [J ] . 中 国 测 试技 术 ,2004 年 06 期 :50 - 51.[6 ]宋 巧 莲 . 三 坐 标 测 量 机 测 量 误 差 的 分 析 与 修 正 [J ] . 安 徽 职 业 技 术学 院 学 报 ,2004 年 02 期 :34 - 36.[ 7 ]金 涛 ,童 水 光 . 逆 向 工 程 技 术 [ M ] . 北 京 :机 械 工 业 出 版 ,2003 年 .[ 8 ]邓 雪 漫 ,廖 俊 必 ,高 中 有 ,钟 慧 婷 ,廖 世 鹏 . 三 坐 标 测 量 机 非 接 触 式测 量 在 丝 杆 测 量 中 的 应 用 . 中 国 测 试 技 术 ,2006 (1) 简 介 :谢 祖 通 ,男 ,工 程 师 。 工 作 单 位 :台 州 市 质 量 技 术 监 督 检 测 研 究院 。 通 讯 地 址 :318000 浙 江 省 台 州 市 中 心 大 道 399 号 。收 稿 时 间 :2009 - 03 - 17(上 接 第 51 页 )层 中 ,由 于 岩 石 骨 架 中 含 有 放 射 性 矿 物 而 明 显 呈 现 高 放射 性 ,有 些 渗 透 性 地 层 由 于 地 层 水 活 动 使 其 放 射 性 矿 物增 多 ,引 起 放 射 性 升 高 。 传 统 观 念 认 为 储 集 层 是 低 放 射性 的 、 泥 质 含 量 较 少 的 、 比 较 纯 的 岩 石 ,而 忽 视 了 高 放 射性 储 层 的 生 产 价 值 。 运 用 自 然 伽 马 能 谱 测 井 中 的 无 铀 伽马 计 算 泥 质 含 量 ,可 以 弥 补 常 规 方 法 的 不 足 ,准 确 识 别 高放 射 性 储 层 ,确 定 岩 性 剖 面 。3   总 结自 然 伽 马 能 谱 测 井 测 量 的 地 层 中 铀 (U) 、 钍 ( 、 钾( K)的 含 量 ,为 地 质 研 究 提 供 了 非 常 重 要 的 资 料 ,利 用 能谱 资 料 可 以 计 算 泥 质 含 量 ,识 别 粘 土 矿 物 类 型 ,评 价 生 油岩 等 。 在 高 放 射 性 储 层 中 ,用 无 铀 伽 马 能 精 确 计 算 泥 质含 量 ,确 定 岩 性 剖 面 ,判 断 高 放 射 性 (裂 缝 ) 储 层 ,避 免 了高 放 射 性 储 层 的 漏 失 ,弥 补 了 用 自 然 伽 马 计 算 泥 质 含 量的 不 足 ,为 储 层 评 价 提 供 了 精 确 的 解 释 依 据 。参 考 文 献[1 ]庞 巨 丰 ,迟 云 鹏 等 . 现 代 核 测 井 技 术 与 仪 器 [ M ] . 北 京 :石 油 工 业 出版 社 ,1998 ,6.[2 ]白 运 台 . 自 然 伽 马 能 谱 测 井 在 高 自 然 伽 马 裂 缝 地 层 中 的 应 用 [J ] 测 井 技 术 ,2001 ,16 (5) .[3 ]李 凤 琴 ,秦 菲 莉 等 . 自 然 伽 马 能 谱 资 料 在 油 田 勘 探 中 的 应 用 [J ] . 石油 天 然 气 学 报 ,2005 ,27 (6) .[4 ]郭 余 峰 ,单 秀 兰 等 . 利 用 自 然 伽 马 能 谱 确 定 地 层 岩 性 的 方 法 [J ] . 物探 与 化 探 ,1996 ,20 (3) .[5 ]王 祝 文 . 确 定 粘 土 矿 物 含 量 的 自 然 伽 马 能 谱 测 井 方 法 [J ] . 岩 性 油气 藏 ,2007 ,19 (2) 简 介 :董 兰 屏 ,女 ,在 读 研 究 生 。 工 作 单 位 :西 安 石 油 大 学 。 通 讯 地 址 :710065 陕 西 省 西 安 市 电 子 二 路 18 号 。庞 巨 丰 ,西 安 石 油 大 学 (西 安 710065) 。收 稿 时 间 :2009 - 04 - 08谢 祖 通 :三 坐 标 测 量 机 探 针 系 统 误 差 的 研 究          53   
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:自然伽马能谱测井原理及其应用
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-55609.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开