自然伽马能谱测井

主要应用

自然伽马能谱测井除了具有GR测井所拥有的功能以外，还具有：1、寻找高放射性储集层

2、计算泥质含量

3、研究沉积环境和粘土矿物类型

将测量的U、Th、K，忽略各自的单位计算比值Th/U、Th/K和U/K，则这些比值在地质上有相当大的意义。例如：

Th/U：大于7为陆相沉积，氧化环境或风化壳，小于7为海相沉积，灰色或绿色泥岩，小于2为海相黑色泥岩，磷酸盐岩；估计泥质地层的生油能力，Th/U愈低，有机碳含量愈高；指示较大的不整合面或至古滨线的距离，Th/U愈大则愈近。

Th/K：指示沉积环境，离古滨线的距离；识别不同沉积相的岩石类型；粘土矿物分类，参看图2-3-17，图中每条直线标的数据是Th/K。

U/K：估计泥质沉积的生油能力，愈高愈好；指示天然裂缝系统，比值很高表示裂缝发育；地层对比，含铀矿物的标准层。

4、研究生油层

还原环境和有机物的富集，可以使泥质沉积物吸附大量铀离子，因而使生油层的铀含量明显升高，并使U或U/K与有机碳含量有密切关系.

自然电位附自然伽马

自然电位测井方法原理 在早期的电阻率测井中发现：在供电电极不供电时，测量电 极M在井内移动，仍可在井内测量到有关电位的变化。这个电位 是自然产生的，故称为自然电位。使用图1所示电路，沿井提升 M电极，地面仪器即可同时测出一条自然电位变化曲线。 自然电位曲线变化与岩性有密切关系，能以明显的异常显示 出渗透性地层，这对于确定砂岩储集层具有重要意义。自然电位 测井方法简单，实用价值高，是划分岩性和研究储集层性质的基 本方法之一。 图 1 自然电位测井原理 一、井内自然电位产生的原因 井内自然电位产生的原因是复杂的，但对于油井，主要有以下两个原因：地层水的含盐量(矿化度)与泥浆的含盐量不同，地层压力和泥浆柱压力不同，在井壁附近产生了自然电动势，形成了自然电场。 1．扩散电动势(Ed)的产生 如图2所示，在一个玻璃容器中，用一个渗透性的半透膜将 其分隔开，两边分别装上浓度为Cl和C2(C1>C2)的NaCl溶液， 并且在两边分别放人一只电极，此时表头指针发生偏转。此现象 可解释为：两种不同浓度的NaCl溶液接触时，存在着使浓度达 到平衡的自然趋势，即高浓度溶液中的离子受渗透压的作用要穿 过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去，这一现象称为离子扩散。 在扩散过程中，由于Cl-的迁移率大于Na+的迁移率，扩散 结果使低浓度溶液中的Cl-相对增多，形成负电荷聚集，高浓度溶 图2扩散电动势产生示意图液中Na+相对增多，形成正电荷聚集。这就在两种不同浓度的溶 液间产生了电动势，所以可测到电位差。离子在继续扩散，高浓度溶液中的Cl-，由于受高浓度溶液中正电荷的吸引和低浓度溶液中负电荷的排斥，其迁移速度减慢；而高浓度溶液中的Na+，由于受高浓度溶液中正电荷的排斥和低浓度溶液中负电荷的吸引，其迁移速度加快，这使得电荷聚集速度减慢。当接触面附近的电荷聚集使正、负离子的迁移速度相等时，电荷聚集就停止了，但离子还在继续扩散，溶液达到了动平衡，此时电动势将保持一定值：这个电动势是由离子扩散作用产生的，故称为扩散电位(Ed)，也称扩散电动势，可用下式表示： mv g/L。 与上述实验现象一样，井内自然电位的产生也是两种不同浓度 的溶液相接触的产物。在纯砂岩井段所测量的自然电位即是扩散电 动势造成的，这是由于浓度为Cw的地层水和浓度为Cmf的泥浆滤 液在井壁附近接触产生扩散现象的结果。通常，Cw>Cmf，所以一般 扩散结果是地层水内富集正电荷，泥浆滤液中富集负电荷，如图3

随钻自然伽马井下测量仪器的研制

?开发设计? 随钻自然伽马井下测量仪器的研制 肖红兵　马　哲　李　闪 (东营　胜利油田钻井工艺研究院) 肖红兵,马　哲,李　闪.随钻自然伽马井下测量仪器的研制.石油仪器,2002,16(2):15～17 摘 要　随钻自然伽马测量仪是钻井行业普遍应用的一种重要的随钻测量(MW D )仪器。文章介绍了随钻自然伽马测量仪的原理,阐述了随钻自然伽马井下测量仪器的设计方法及提高可靠性的措施。实际应用证明,该仪器探测范围、测量精度及可靠性已达到国外同类仪器的水平。 关键词　随钻自然伽马测量仪　MW D 泥浆脉冲遥测　可靠性设计　研制开发 作者介绍　肖红兵工程师,1968年生,1991年7月毕业于石油大学(华东)电子技术应用专业。现在胜利油田钻井工艺研究院自动化所工作,主要从事钻井仪表及随钻测量仪器的研究与开发,参与完成了“MW D 无线随钻测量仪”及 “随钻伽马测量仪”的研制。邮编:257017 引 言 随钻自然伽马测量仪主要用于定向井和水平井的钻井施工中,进行地层岩性判断。目前随钻自然伽马测量仪器已被国外钻井行业普遍采用,取得了巨大的经济效益。国内钻井行业使用的仪器均是从国外进口,且需求日益增大,但进口仪器过高的价格制约了该仪器在我国的广泛应用。近几年来,我们通过对MW D 无线随钻测量仪器的国产化研制,掌握了随钻测量仪器的信号传输和处理方法、机械结构设计等关键技术,在此基础上研制开发了国产随钻伽马测量仪器。 仪　器　原　理 随钻自然伽马测量仪通常与MW D 随钻测量仪 器结合使用,共同完成地质参数和几何参数的测量,这些测量数据均通过MW D 随钻测量仪器的泥浆脉冲遥测系统传输到地面。随钻自然伽马测量仪由井下伽马测量仪器及地面数据处理系统组成。 1.井下伽马测量仪器 井下伽马测量仪器完成伽马射线的脉冲计数和存储功能,其组成如图1所示。 图1　随钻自然伽马测量仪的硬件电路框图 地层中的伽马射线进入伽马探测器后被转换成电脉冲信号,经过脉冲整形电路处理后,该信号变成标准脉冲,送入微处理器的计数器,微处理器定时采样伽马脉冲的计数值,并计算出每秒计数率,然后存入非易失存储器中,同时将该测量数据传输到MW D 随钻测量仪器的井下探管中,与其他测量参数一起实时传输到地面数据处理系统中进行处理。 2.地面数据处理系统 地面数据处理系统完成井深测量以及测量数据的处理。井深测量是由绞车传感器(即光电编码器)及相关处理电路完成的。其主要思路是,首先对井深参数标定,确定钻机提升装置(大钩)的行程与绞车传感器转动时输出脉冲数的对应关系,然后在钻进过程中对井深测量时,定时采样绞车传感器输出的脉冲数,并根据上述对应关系,求出大钩行程,再结合初始井深,计算出实际井深。地面处理系统根据测量时间,将伽马数据与井深数据对应,从而得到所钻地层的伽马-井深曲线。 ? 51?　第16卷　第2期 石　油　仪　器

自然伽马能谱测井曲线在地质上的解释与应用

自然伽马能谱测井曲线在地质上的解释与 应用 / 汐钎 一 第16卷第1期地学工程进展V o1.16No.1 1999年6月ADV ANCEINEARTHSCIENCEENGINEERINGJun?,1999 擅■通过实倒舟绍了放射性元素铀,钍,钾的地球化学特性和自然佃马能谱曲线在地质上的解释与应用.提出6种有关解释应用的意见.1)商钾多为伊利石桔土岩和钾长 石砂岩,商蚀多由有机质造成.而商牡尉为^山岩有关堆层.2)平曩用钍,钾曲线可以计算 地层据质古量.3)铀异常曲线可以指示地层中流体运动.4)寻拽放射性矿层与异常带. s)研究生油岩.6)进行堆层对比. 关■栩地球化学特性f自然伽马瞎谱曲线}铀,钍,钾异常f解释应用 数控测井中一个必不可少的测井项目自然伽马能谱测井已在世界各地的深井～超深井中 得到广泛采纳和使用,它可在裸眼井和套管井中进行测量,并提供自然伽马射线总计数钾 (),铀(x10)和钍(×10)测量的连续记录.70年代中期,自然伽马能谱铡井首先用于英国北海地区,当时主要为了确定云母和计算粘土含量,作为一种比较有效的测井方法已广泛用 于碳酸盐岩和砂泥岩地层,它不仅有助于评价地层泥质含量,岩性变化.而且可用于操测放射 性矿物,进行地层对比,研究沉积环境.同时还可做为研究生油层的重要资料.

1放射性元素铀,钍,钾的地球化学特性 在自然界中铀有三种同位素(u,U",U),且都具有放射性,铀在地壳中的浓度大约 为3×10～,也是来源于硅酸火戚岩,而且主要戚分为放射性矿物.在自然界中铀以+4和+6 两种离子价的状态而存在.四价铀盐通常不溶解但易变戚六价铀.六价铀盐不仅存在于溶液 中,而且易氧化形戚uO,其氧化物极易溶解且具有很大的流动性.常和有机物碳酸盐岩结合 在一起. 钍同位素Th"是自然界中一种稳定的元素,其他只作为铀系的一部分,很不稳定如Th 和Th,钍在地壳的平均浓度为12×10～.钍来源于硅酸火戚岩以+4价形式存在,形成化舍 物Th(OH),在自然界中由于物理风化作用容易水解.故具有一定的流动性.由于Th"有较 大的离子半径且易被牯土矿物所吸附.除蒙脱石钍含量较低外,绝大部分粘土矿物都有较恒定 收稿日期l1999-O4-l2 作者筒舟橱蕾忙,男-53岁t工程柙,现在中国新星石油公司华北石油局三瞢录井坫工作 用 应 癣 ^^日¨上 质墼地 缀一 曲塑炳舢 I油澳盯 谱醋

第7章 GR和放射性同位素测井

放射性测井 放射性测井（核测井）是测量记录反映岩石极其孔隙流体的核物理性质的参数，研究井剖面岩层性质的一类测井方法。 特点：不受井眼介质限制，在裸眼井和套管井、各种钻井泥浆的井中均可测，能进行套管井的地层评价，能够快速分析和确定岩石及其孔隙流体各种化学元素。 分类：按使用的放射性源或测量的放射性类型分 1、伽马测井：以研究伽马辐射为基础，包括GR、NGS、地层密度、岩性密度、放射性同位素示踪测井等。 2、中子测井：以研究中子与岩石及孔隙流体相互作用为基础，包括热中子、超热中子、中子伽马、脉冲中子非弹性散射伽马能谱、中子寿命及活化测井等。 第七章自然伽马测井和放射性同位素测井岩石中含有天然的放射性核素主要是铀系,钍系和钾的放射性同位素. 自然伽马测井：用伽马射线探测器测量岩石总的自然射线强度，以研究井剖面地层性质； 自然伽马能谱测井：在井内对岩石自然伽马射线进行能谱分析,分别测量层内铀、钍、钾含量来研究井剖面地层性质。 第一节伽马测井的核物理基础 一、放射性核素和核衰变 1.核素和同位素 核素：指原子核具有一定数目质子和中子,并处在同一能态上的同类原子。 同位素：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有同一位置。 2.稳定核素和放射性核素 稳定核素:不会自发衰变为另一种核. 放射性核素:原子核能自发地发生衰变,由一种核变为另一种核. 核衰变时发射的三种射线:γ、β、α。 γ——高频电磁波（光子流），穿透能力强，较被测井仪测定（放射性测井探测的主要对象）

β——高速电子流，带负电，穿透能力差； α——氦核组成的离子流，带正电，穿透能力最差。 3.核衰变定律: 放射性核素——放射出带电粒子（β、α）——激发态的新原子核——辐射γ——稳太的原子核，这个过程称为核衰变。 放射性核数随时间减小而遵循一定的规律，即核衰变定律： t o e N t N λ-=)( N0—初始原子个数；λ—衰变常数（表示衰变速度的参数），表示单位时间每个核发生衰变的几率，λ越大，衰变速度越快。 半衰期: 放射性核素因衰变而减少到原来一半所需的时间。 λ693 .0=T ，常见放射性核素的半衰期见表7-1，117页。 4.放射性活度 活度(强度):一定量的放射性核素在单位时间内发生衰变的核素。 单位:1Ci(居里)=3.7X1010核衰变/秒 贝克:1Bq = 1 次核衰变/秒 比度(浓度):放射性核素的放射性活度与其质量之比。 二、岩石的放射性核素 1.主要放射性核素 起决定作用的是铀系，铀系和钾。 2.伽马能谱 不同的核衰变放出的γ能量不同，一般谱成分太多，只选择代表性的伽马射线来识别： 铀系选 92U 238 钍系选 90Th232 钾 19K 40 三、岩石的自然放射性与岩石性质的关系 1.总放射性 (1)沉积岩的放射性低于岩浆岩和变质岩； (2)沉积岩中自然伽马放射性随泥含量的增加而增加。 粘土中:蒙脱石，伊利石，高岭石，绿泥石(降低)

LWD国产化项目自然伽马短接的设计与研制

LWD自然伽马测井短节的研制 姓名：王光宇 所在单位：钻井工艺研究所 指导老师：李瑞营

摘要：随钻测井LWD(logging while drilling)是在钻井的过程中，同时进行的用于评价所钻穿地层的地质和岩石物理参数的测量，主要有电阻率、放射性、声波及核磁等随钻测井技术。本文简要的介绍了贝壳NAVITRAK的结构组成；主要分析了伽马传感器和伽马传感器电路部分的工作原理。 关键词：LWD；伽马（SRIG）；放射性；闪烁记数器；测井； 1 前言 由于油田区块的开发己经到了中后期，为了开发薄油层以及残余油，地质导向仪器己经变得相当重要。另外这些区块的地质构成及地层描述都已相当清楚，再利用邻井的测井资料，就可以定性和定量描述开发地层的地质构成、各层位的孔隙度、地层骨架的岩性及密度。LWD是井斜、方位、自然伽马、电阻率、孔隙度一体化的随钻测量技术，可以再钻进过程中，实时准确的判定未经污染过的地层储层特性，随时调整轨迹，有效控制钻具穿行在储层最佳位置，从而实现地质导向。 图1 贝壳休斯LWD井下仪器示意图 2 NAVIMPR仪器简介 贝克休斯公司（Baker- Hughes）的随钻测井系统NAVIMPR的井下仪器主要由脉冲发生器（UPU）、探管（PROBE）、M30短节、MPR电阻率和井斜伽玛（SRIG）几大模块组成，探管由整流模块（SNT）、驱动模块（SDM）、存储器（MEM）、定向模块（DAS）和伸展电子连接头（EEJ）等组成，仪器总长13. 02 m。井下仪器示意图如图1所示。仪器中有一个涡轮发电机，钻井液冲击涡轮产生交流电，经SNT整流后，供给各个电路模块。SRIG( Short Radius Inclination Gamma)有1个闪烁记数器及其相关电路构成的伽马射线数据采集系统，接收并检测来自不同地层的伽马射线，转化为以CPS为单位的伽马计数值，并上传至地面设备形成API伽玛曲线。

第一章 自然伽马测井和自然伽马能谱测井

‘0、核测井原理概述 核测井这门课程是和《原子核物理基础》是相互衔接的一门课程。本课程的重点是自然伽马测井自然伽马能谱测井，密度测井，中子测井以及核磁测井方法原理的讨论，资料的解释应用只稍作提及。 核测井，在核磁共振测井出现之前，我们又叫做放射性测井。放射性测井主要有三种方法：自然伽马测井测量地层的天然放射性；密度测井测量人工伽马源与地层作用后的γ射线；中子测井利用中子作用于地层作用，然后测量经地层慢化后的中子，或中子核反应产生的伽马射线。这些测井方法主要用于了解地层的岩性和测量地层的孔隙度。密度测井与中子测井结合也可用来判别储集层空间中的流体性质。 核磁测井严格地说不是放射性测井方法，核磁测井利用氢核具有核磁在外磁场作用下的共振吸收特性，测量地层中的氢核的状态和数目，进而求得地层的孔隙度，束缚水饱和度等参数。 第一章 自然伽马测井和自然伽马能谱测井 自然伽马测井测量地层中天然放射性矿物放出的伽马射线来了解地层的岩性等方面的特性。本章从五个方面来讨论：1.伽马射线的测量（自然伽马测井的物理基础）；2.岩石的放射性来源(自然伽马测井的地质基础)；3.井中自然伽马的测量；4. 自然伽马测井资料的应用;5.最后介绍自然伽马能谱测井的原理及其应用。 §1 伽马射线及其探测 1、 伽马射线及其性质 (1)伽马射线：处于激发态的原子核，回到基态时，放出伽马射线。伽马射线是一种能量很高，波长很短的电磁波。 γ+→X X A Z m A Z △E=h ν=h λ c 式中 h ν是伽马射线的能量，h 是普郎克常数，ν是频率，c 是光速，λ是波长。岩石地层中放出的伽马射线的能量范围为1kev~7Mev. (2)伽马射线与物质的相互作用 如前所述，伽马射线射入物质后主要与物质发生三种相互作用。 光电效应：伽马射线的全部能量转移给原子中的电子，使电子从原子中发射出来，

自然伽马能谱测井原理及其应用

班级资工11101班学号 201107964 姓名陈强

目录 自然伽马能谱测井原理 (3) 自然伽马能谱测井分析与应用 (5) 关于自然伽玛能谱的几点认识与总结 (9)

自然伽马能谱测井原理及其应用 The Principle and Application of Natural Gamma Ray Spectrometry Logging 1 自然伽马能谱测井原理 1.1 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87Rb和40K，但是87Rb无伽马辐射。所以，在研究地层中的自然伽马能谱主要是238U、232Th放射系和40K放射的伽马射线能谱。

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40K产生的。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40K只能发射一种伽马射线，其能量1．46Mev的单能。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214Bi发射的1．76MeV 的伽马射线来识别铀，选用钍系中的208Tl发射的2. 62MeV的伽马射线来识别钍，用1．46MeV的伽马射线来识别钾。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7辐射的放射性核素，或者说，岩石中的放射性核素必须具有7辐射；(2)放射性核素在地层岩石中的分布必须具有特异性。

自然伽马能谱操作手册

自然伽马能谱（SL1318XA） 操作手册

一、仪器简介 1318XA能谱测井仪是一种自然伽马测井仪，能定量地辨别自然放射性的三种主要来源：钾（K）40、铀系核素和钍系核素。 基本能谱测井曲线为四条深度函数曲线，一条为总伽马射线强度（按API单位刻度），其余三条为地层中测得的钾（按百分比刻度）、铀（按ppm刻度）和钍（按ppm刻度）的浓度。还能得到这些曲线中任意两条的比值。 1318XA能谱测井仪可以使用单芯电缆或多芯电缆，可用150V D.C.或180V A.C.供电（马龙头电压）。 二、仪器技术指标 部件号：112226 仪器长度：7.0ft（2.13m） 外壳直径：3.63in（9.22cm），最大3.70in（9.398cm）。 重量：115LB(52.2Kg)。 最大耐压：20 000PSI（1406Kg/cm2或137.9MPa）。 电缆头供电电压：150V D.C.；45－50mA。 180V A.C.；45－50mA。 最大测速：10ft(3m)/min；（推荐值） 测量基准点：从后堵头尖端至探测器晶体 12in（30.48cm）。 缆芯用法：2，10－150V D.C.；（开关S1在D.C.处）。 4， 6－180V A.C.；（开关S1在A.C.处）。 7－信号输出。 10－地。 探测器： 型号：钠活化碘化铯晶体。 长度：12in（30.48cm）。 直径：2in（5.08cm）。 温度：400°F（持续4小时）。

三、仪器外形尺寸 仪器外形尺寸图 四、所需设备 1、9204信号恢复面板内的1、 2、3号插板。 2、1318XA能谱测井仪刻度筒。 五、信号流程 六、开关档位设置 9206面板：“7芯/临时/测试”开关置“7芯”档。 “测井/马达/扩展”开关置“测井”档。 “7芯/非标准/扩展Ⅲ”开关置“7芯”档。 “测井/模拟/扩展Ⅱ”开关置“测井”档。 9204面板：“INT/EXT”置“INT”。