07补偿密度测井和岩密度测井

补偿密度测井和岩密度测井

一、 补偿密度测井原理和方法

岩石的密度是单位体积岩石的质量,单位是g/cm3,代表符号是ρb,也称为岩石的体积密度。岩石的体积密度ρb是代表岩石性质的一个重要参数,它不但与岩石的矿物成分及含量有关,还与岩石孔隙度和孔隙中流体的类别、性质和含量有关。因此,测量岩石体积密度是很有必要的。

前面已经讲过,当γ射线能量为中等时,伽马射线与其所穿过的物质原子中的电子发生碰撞,把一部分能量传给电子,使电子沿某一方向射出,损失了部分能量的伽马射线则沿另一方向射出,这种效应称为康普顿效应。由于康普顿效应引起γ射线的被吸收和散射,用散射截面σc表示:σc=Zσc.e。即是说σc与靶物质的原子序数成正比,即与原子的电子数成正比。因为靶物质是地层岩石,所以σc就与岩石中的电子密度(每立方厘米中的电子数)成正比。

补偿密度测井通常用137C(铯)作为伽马射线源,它发出的γ射线具有中等能量(0.611Mev)。s

当其与中等原子序数的元素组成的地层相互作用时,主要发生康普顿效应。康普顿散射线性衰变系数μc可用下式表示:

μc=Z*(ρbNAσc.e) A

式中μc为康普顿散射线性衰变系数。

Z为原子序数,A为原子的摩尔质量,NA为阿伏伽德罗常数。σc.e为电子的散射截面,对于沉积岩中的大多数元素而言,Z近似等于0.5NA为一常数;对于具有一定能量的γ射线来A

说,σc.e也是常数,因此μc与ρb成正比关系。或者说γ射线经过岩层的散射和吸收,其能级宽度的减弱仅与岩层的密度有关。试验证明,经过散射吸收后面到达探测器的γ射线能级宽度只是岩层密度的函数。岩层密度大则γ射线被吸收得多,散射γ射线的计数率就小。反之,则计数率就大,这就是密度测井的基本原理。

概括地说:地层体积密度测井就是用距γ源一定距离的探测器,探测从源发射出来的中能γ射线穿过岩石,经康普顿效应散射γ射线计数率从而求得地层体积密度的方法。属于γ-γ测井技术之一,也称为散射γ射线测井。为了消除井壁泥饼的影响,一般采用长、短源距探测器,称为补偿密度测井仪。以长源距探测器测得的视密度为基础进行修正,即ρb=ρL+∆ρ, ∆ρ=a(ρL-ρS)。比例系数a可由实验拟合给出,可以看出,ρL=ρS时∆ρ应等于零。

所以在测补偿密度项目时,除了显示一条地层体积视密度外,同时还要显示一条∆ρ曲线,以便对视密度曲线进行补偿校正。

地层视密度ρa与探测器长、短计数率的关系是通过刻度建立的:ρa=A-BlnN。如果用L、S分别表示长、短源距探测器,则可写为:ρL=AL-BLlnNL。ρS=AS-BSlnNS。式中AL、BL、AS、BS为长、短探测器的刻度系数。

在无泥饼影响的情况下:ρL=ρS=ρb

两式合并得:lnNL=

AL ASBS+ lnNS BLBL

显然,在双对数坐标系中,该式子为一直线,这条直线称为“脊线”。它与横坐标轴的夹角称为“脊角”。如下图a所示。

假设地层密度为ρb=2.5g/cm3。但有泥饼,泥饼的视密度为ρmc=1.5g/cm3。改变泥饼厚度tmc,观察到如下特点:

①当泥饼厚度增加时,短源距探测器计数率比长源距探测器计数率增加的快。交会点离开脊线向右上方偏移,有ρb>ρl>ρs;

②当泥饼厚度足够大时,交会点落在背线上,密度等于1.5g/cm3的点上,长、短源距探测器主要反映泥饼的性质。如图b所示。假设泥饼的视密度ρmc=1.5g/cm3,地层密度分别为2.0g/cm3,2.5g/cm3和3.0g/cm3。当泥饼厚度足够大时,计数率交会点的三条轨迹都终止在背线上ρb=1.5g/cm3处。如图C所示。假设地层密度为2.5g/cm3,泥饼的视密度分别为

1.5g/cm3,2.0g/cm3和3.0g/cm3。当泥饼厚度增大时,可看到交会点轨迹分成左右两支。当泥饼不太厚时,它的影响可看做一个综合变量的作用,不需要分别考虑泥饼的厚度和视密度。

综合上述假设而做实验结果,绘出下图所显示的“脊肋图”。脊线是无泥饼影响时长、短源距计数率的关系线。肋线则显示泥饼对计数率的影响。脊肋图是实现泥饼补偿的实验基础。

二、 岩性密度测井的原理和方法

上面讲的老式的补偿密度测井,只利用了康普顿效应,记录散射伽马射线的强度以达到测量地层体积密度的目的。现在,已改进了老式仪器,不但要利用康普顿效应而且要利用光电效应。不但要测出地层的体积密度ρb,还要测出反映地层岩性变化的光电吸收指数Pe,这就是目前用得较多的岩性密度测井。

前面已经介绍过,低能伽马射线在地层中主要作用是光电效应。所以,当137Cs(铯)伽马射线源放出662Kev中等能量伽马射线在地层中与物质作用主要是康普顿效应。在此作用中,伽马射线撞击原子外层一个电子,并使其脱离原子,同时伽马射线偏转而丢失部分能量。降低了能量的伽马射线,将经受光电效应,即低能伽马射线穿过原子外壳层,撞击内部壳层上的一个电子,使其脱离原子并形成荧光X射线,而γ射线被淹没。

①体积密度(ρb)的测量

用岩性密度测井仪测地层体积密度的计算公式为:

ρb=(1/ML)(lnNL-BL)+1[(1/ML)(lnNL-BL)-(1/Ms)(lnNS-BS)] k

ML、BL、MS、BS均为仪器常数。在泥饼不太厚、泥饼视密度和地层密度相差不大时,K也可视为常数,这些都可在刻度时确定。因而,只要测得长、短源距探测器的计数率NL和NS就可求得地层的体积密度ρb。

②岩性(Pe)测量

测Pe值需用长源距低能窗计数率NLITH和长源距高能窗计数率NLS。由这两窗计数率可以得到比值NLITH/NLS。通过大量实践发现,Pe和NLITH/NLS之间存在较好线性关系。

其经验公式为:

Pe=K-0.41 NLITH/NLS-B

式中系数K和B需通过两点刻度获得。

用地层体积密度求地层孔隙度(密度测井孔隙度)

对于纯地层密度ρb是由下式确立的,即:

ρb=ρma(1-∅)+ρf∅

式中ρma为岩石骨架密度

ρf为孔隙流体密度

∅为孔隙度

所以∅=ρma-ρb

ρma-ρf

对于石油测井常遇地层、密度可直接用测井密度代替,为与其它测井方法求出的孔隙度相区别,用上式确定的孔隙度称为“密度孔隙度”并用∅D表示。

从原理上讲,岩石骨架密度ρma可以根据已判明的岩性从有关表中查出。但实际上,真正的纯地层是很难遇到的,应通过实验和统计确定各层段的储层骨架值。

测井仪器是以饱含淡水的石灰岩为标准刻度的,即骨架密度ρma=2.71g/cm3。而孔隙流体密度ρf=1.0g/cm3。当岩性和流体性质与刻度条件不相同时,测井给出的孔隙度曲线值就与地层的孔隙度不相同。用饱含淡水的纯石灰岩刻度并由式子

∅=ρma-ρb

ρma-ρf

计算出的孔隙度叫地层的“石灰岩孔隙度”,在测井曲线上看到的就是具有这种含义的孔隙度。

真孔隙度为零的纯石英砂岩,密度为2.65g/cm3。按上式计算得

∅D=ρma-ρb2.71-2.65==0.035 2.71-1ρma-ρf

这就是说,真孔隙度为零的纯石英砂岩其石灰岩孔隙度为0.035,可见砂岩的密度孔隙度总是大于它的真孔隙度。

同样,真孔隙度为零的纯白云岩,其“石灰岩孔隙度”为

∅D=2.71-2.87=-0.094 2.71-1

白云岩的最小石灰岩孔隙度不是零,而是小于零。可见白云岩密度孔隙度总是小于它的真孔隙度。

粘土岩的密度比上述几种岩石骨架密度小,泥岩、页岩的密度孔隙度通常比储层还大,储层中的泥质含量能使密度孔隙度偏大。

总之,散射γ测井把一切密度小于2.71g/cm3的地层都看成是孔隙性地层,因而在求孔隙度时,必须首先确定岩性。但这一特点和中子测井结合可用以确定岩性。

补偿密度测井和岩密度测井

一、 补偿密度测井原理和方法

岩石的密度是单位体积岩石的质量,单位是g/cm3,代表符号是ρb,也称为岩石的体积密度。岩石的体积密度ρb是代表岩石性质的一个重要参数,它不但与岩石的矿物成分及含量有关,还与岩石孔隙度和孔隙中流体的类别、性质和含量有关。因此,测量岩石体积密度是很有必要的。

前面已经讲过,当γ射线能量为中等时,伽马射线与其所穿过的物质原子中的电子发生碰撞,把一部分能量传给电子,使电子沿某一方向射出,损失了部分能量的伽马射线则沿另一方向射出,这种效应称为康普顿效应。由于康普顿效应引起γ射线的被吸收和散射,用散射截面σc表示:σc=Zσc.e。即是说σc与靶物质的原子序数成正比,即与原子的电子数成正比。因为靶物质是地层岩石,所以σc就与岩石中的电子密度(每立方厘米中的电子数)成正比。

补偿密度测井通常用137C(铯)作为伽马射线源,它发出的γ射线具有中等能量(0.611Mev)。s

当其与中等原子序数的元素组成的地层相互作用时,主要发生康普顿效应。康普顿散射线性衰变系数μc可用下式表示:

μc=Z*(ρbNAσc.e) A

式中μc为康普顿散射线性衰变系数。

Z为原子序数,A为原子的摩尔质量,NA为阿伏伽德罗常数。σc.e为电子的散射截面,对于沉积岩中的大多数元素而言,Z近似等于0.5NA为一常数;对于具有一定能量的γ射线来A

说,σc.e也是常数,因此μc与ρb成正比关系。或者说γ射线经过岩层的散射和吸收,其能级宽度的减弱仅与岩层的密度有关。试验证明,经过散射吸收后面到达探测器的γ射线能级宽度只是岩层密度的函数。岩层密度大则γ射线被吸收得多,散射γ射线的计数率就小。反之,则计数率就大,这就是密度测井的基本原理。

概括地说:地层体积密度测井就是用距γ源一定距离的探测器,探测从源发射出来的中能γ射线穿过岩石,经康普顿效应散射γ射线计数率从而求得地层体积密度的方法。属于γ-γ测井技术之一,也称为散射γ射线测井。为了消除井壁泥饼的影响,一般采用长、短源距探测器,称为补偿密度测井仪。以长源距探测器测得的视密度为基础进行修正,即ρb=ρL+∆ρ, ∆ρ=a(ρL-ρS)。比例系数a可由实验拟合给出,可以看出,ρL=ρS时∆ρ应等于零。

所以在测补偿密度项目时,除了显示一条地层体积视密度外,同时还要显示一条∆ρ曲线,以便对视密度曲线进行补偿校正。

地层视密度ρa与探测器长、短计数率的关系是通过刻度建立的:ρa=A-BlnN。如果用L、S分别表示长、短源距探测器,则可写为:ρL=AL-BLlnNL。ρS=AS-BSlnNS。式中AL、BL、AS、BS为长、短探测器的刻度系数。

在无泥饼影响的情况下:ρL=ρS=ρb

两式合并得:lnNL=

AL ASBS+ lnNS BLBL

显然,在双对数坐标系中,该式子为一直线,这条直线称为“脊线”。它与横坐标轴的夹角称为“脊角”。如下图a所示。

假设地层密度为ρb=2.5g/cm3。但有泥饼,泥饼的视密度为ρmc=1.5g/cm3。改变泥饼厚度tmc,观察到如下特点:

①当泥饼厚度增加时,短源距探测器计数率比长源距探测器计数率增加的快。交会点离开脊线向右上方偏移,有ρb>ρl>ρs;

②当泥饼厚度足够大时,交会点落在背线上,密度等于1.5g/cm3的点上,长、短源距探测器主要反映泥饼的性质。如图b所示。假设泥饼的视密度ρmc=1.5g/cm3,地层密度分别为2.0g/cm3,2.5g/cm3和3.0g/cm3。当泥饼厚度足够大时,计数率交会点的三条轨迹都终止在背线上ρb=1.5g/cm3处。如图C所示。假设地层密度为2.5g/cm3,泥饼的视密度分别为

1.5g/cm3,2.0g/cm3和3.0g/cm3。当泥饼厚度增大时,可看到交会点轨迹分成左右两支。当泥饼不太厚时,它的影响可看做一个综合变量的作用,不需要分别考虑泥饼的厚度和视密度。

综合上述假设而做实验结果,绘出下图所显示的“脊肋图”。脊线是无泥饼影响时长、短源距计数率的关系线。肋线则显示泥饼对计数率的影响。脊肋图是实现泥饼补偿的实验基础。

二、 岩性密度测井的原理和方法

上面讲的老式的补偿密度测井,只利用了康普顿效应,记录散射伽马射线的强度以达到测量地层体积密度的目的。现在,已改进了老式仪器,不但要利用康普顿效应而且要利用光电效应。不但要测出地层的体积密度ρb,还要测出反映地层岩性变化的光电吸收指数Pe,这就是目前用得较多的岩性密度测井。

前面已经介绍过,低能伽马射线在地层中主要作用是光电效应。所以,当137Cs(铯)伽马射线源放出662Kev中等能量伽马射线在地层中与物质作用主要是康普顿效应。在此作用中,伽马射线撞击原子外层一个电子,并使其脱离原子,同时伽马射线偏转而丢失部分能量。降低了能量的伽马射线,将经受光电效应,即低能伽马射线穿过原子外壳层,撞击内部壳层上的一个电子,使其脱离原子并形成荧光X射线,而γ射线被淹没。

①体积密度(ρb)的测量

用岩性密度测井仪测地层体积密度的计算公式为:

ρb=(1/ML)(lnNL-BL)+1[(1/ML)(lnNL-BL)-(1/Ms)(lnNS-BS)] k

ML、BL、MS、BS均为仪器常数。在泥饼不太厚、泥饼视密度和地层密度相差不大时,K也可视为常数,这些都可在刻度时确定。因而,只要测得长、短源距探测器的计数率NL和NS就可求得地层的体积密度ρb。

②岩性(Pe)测量

测Pe值需用长源距低能窗计数率NLITH和长源距高能窗计数率NLS。由这两窗计数率可以得到比值NLITH/NLS。通过大量实践发现,Pe和NLITH/NLS之间存在较好线性关系。

其经验公式为:

Pe=K-0.41 NLITH/NLS-B

式中系数K和B需通过两点刻度获得。

用地层体积密度求地层孔隙度(密度测井孔隙度)

对于纯地层密度ρb是由下式确立的,即:

ρb=ρma(1-∅)+ρf∅

式中ρma为岩石骨架密度

ρf为孔隙流体密度

∅为孔隙度

所以∅=ρma-ρb

ρma-ρf

对于石油测井常遇地层、密度可直接用测井密度代替,为与其它测井方法求出的孔隙度相区别,用上式确定的孔隙度称为“密度孔隙度”并用∅D表示。

从原理上讲,岩石骨架密度ρma可以根据已判明的岩性从有关表中查出。但实际上,真正的纯地层是很难遇到的,应通过实验和统计确定各层段的储层骨架值。

测井仪器是以饱含淡水的石灰岩为标准刻度的,即骨架密度ρma=2.71g/cm3。而孔隙流体密度ρf=1.0g/cm3。当岩性和流体性质与刻度条件不相同时,测井给出的孔隙度曲线值就与地层的孔隙度不相同。用饱含淡水的纯石灰岩刻度并由式子

∅=ρma-ρb

ρma-ρf

计算出的孔隙度叫地层的“石灰岩孔隙度”,在测井曲线上看到的就是具有这种含义的孔隙度。

真孔隙度为零的纯石英砂岩,密度为2.65g/cm3。按上式计算得

∅D=ρma-ρb2.71-2.65==0.035 2.71-1ρma-ρf

这就是说,真孔隙度为零的纯石英砂岩其石灰岩孔隙度为0.035,可见砂岩的密度孔隙度总是大于它的真孔隙度。

同样,真孔隙度为零的纯白云岩,其“石灰岩孔隙度”为

∅D=2.71-2.87=-0.094 2.71-1

白云岩的最小石灰岩孔隙度不是零,而是小于零。可见白云岩密度孔隙度总是小于它的真孔隙度。

粘土岩的密度比上述几种岩石骨架密度小,泥岩、页岩的密度孔隙度通常比储层还大,储层中的泥质含量能使密度孔隙度偏大。

总之,散射γ测井把一切密度小于2.71g/cm3的地层都看成是孔隙性地层,因而在求孔隙度时,必须首先确定岩性。但这一特点和中子测井结合可用以确定岩性。


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