测井教程第8章 密度测井.ppt

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1、第八章密度测井（densitylog）密度测井是孔隙度测井法，它是通过测定井下岩石的体积密度来研究岩石特性和孔隙度的。密度测井就方法的物理基础而言，是属于放射性测井。它在于测量由伽玛源放出的伽玛射线与周围物质相互作用之后所产生的散射伽玛射线的强度。由于该强度与岩石的体积密度有关，所以称之为密度测井。第八章密度测井（densitylog）一、密度测井的基础1．伽玛射线与物质的相互作用由放射性元素核衰变放出的伽马射线，能量一般在0.5MeV到5.3MeV之间，在这一能量范围内，伽马射线穿过物质时，根据其能量不同

2、，主要产生光电效应、康普顿效应以及电子对效应。（1）光电效应，能量＜0.25MeV；（2）康普顿效应0.25-2.MeV；（3）电子对形成＞1.02MeV（1）光电效应：当伽玛射线能量较低（低于0.25Mev）时，它与组成物质元素原子中的电子相碰撞之后，把能量全部转交电子，使电子获得能量后脱离其电子壳层而飞出，同时伽玛射线被吸收而消失。这一过程称为光电效应，被释放出来的电子叫光电子。产生光电效应的几率，与入射伽玛射线能量和组成物质原子序数有关（2）康普顿一吴有训效应能量较高伽玛射线与物质中原子核外电子碰撞时

3、，一部分能量转交给电子，使之脱离原子电子壳层而飞出，同时伽玛射线改变自己运动方向，继续与其它电子相撞。每碰撞一次，能量损失一部分，并改变其运动方向，形成所谓康普顿一吴有训效应。伽玛射线经多次碰撞之后，能量不断降低，最后以光电效应结束。（3）电子对的形成能量高于1.02Mev伽玛射线与物质作用时，在原子核力场作用下，可转变成正、负电子对，即一个正电子和一个负电子。伽玛射线在形成电子对后，本身被吸收。（4）伽玛射线的吸收伽玛射线能量衰减，强度减小过程称为伽玛射线被吸收。实际上，γ射线在物质中的吸收系数μ是光电

4、效应、康普顿和电子对效应的综合作用，总吸收系数μ可以写成：吸收系数μ除了和吸收物质的组成元素及γ射线的能量有关外，还和物质结构，即致密程度有关。因此，常常用质量吸收系数μm代替μ，μm＝μ/ρ。ρ是物质的体积密度。从图上可以看出，在不同能量范围内，三种效应起不同的作用，并且在一定能量下，每一种吸收效应的相对重要性，也随着吸收物质的Z值而不同。对于较轻的元素(大多数构成造岩矿物的元素)，当γ射线能量在0.25—2.5MeV之间时，γ射线的吸收几乎完全是由康普顿效应造成。目前，密度测井使用的伽马射线源，一般是铯

5、137(55Cs137)或钴60(27Co60)，其放出的伽马射线的能量不是太高，如铯137辐射的伽马射线能量为0.66MeV。因此，它与岩石作用时，主要产生康普顿效应，并散射伽马射线。密度测井就在于测量这种散射伽马射线的强度。2康普顿散射吸收截面σ前已述及伽马射线通过物质时，与物质发生作用，发生光电效应、康普顿散射、电子对效应，其能量不断减弱、能量逐渐减小，伽马射线逐渐被吸收。伽马射线被吸收的程度与物质的吸收系数有关，它由电子对效应、康普顿效应和光电效应这几部分的吸收系数所决定。对于密度测井所用伽马源放出

6、的伽马射线的能量而言，吸收系数主要取决于康普顿散射系数。也就是取决于康普顿散射吸收截面σ：式中：δe为每个电子的康普顿散射截面，当伽马射线的能量在0.25-2.5MeV的范围内，它可看成常数；NA为亚佛加德罗常数，为6.02486×1023／克分子；Z为原子序数；A为克分子量；ρb岩石的体积密度。对于沉积岩中大多数元素和岩石来讲，Z/A的比值均接近于0.5因此，康普顿散射吸收系数（截面σ）仅与岩石的体积密度有关二、密度测井的理论基础与补偿密度测井的基本测量方法1．密度测井的基本原理通常用Cs137作伽马源，

7、它发射的伽马射线具有中等能量(0.66MeV)，用它照射物质只能产生康普顿散射和光电效应。由于地层的密度不同，则对伽马光子的散射和吸收的能力不同，探测器接收到的伽马光子的计数率也就不同。通过距离为L的伽马光子的计数率为对于密度测井所用伽马源放出的伽马射线的能量而言，吸收系数μ主要取决于康普顿效应。所以由于沉积岩的Z／A=0.5，故二、密度测井的理论基础与补偿密度测井的基本测量方法由于NA是常数，实际测井时，N0(源强度)、L(探测器离伽马源的距离)也是常数；另外，沉积岩中元素原子的微观散射截面δe也基本上为

8、恒定值。因此，在离伽马源距离为L处，探测器所接收到的散射伽马射线强度N就是介质体积密度的函数。由式中可看出，介质的体积密度越大，散射伽马射线强度就低，反之就高。因此，测量散射伽马射线强度的大小能反映岩石的体积密度值。密度测井就是利用此原理进行测井的。实际在进行密度测井时，井下仪器中放入一个伽马射线源，并在离伽马源一定距离处放置一个伽马射线探测器(如闪烁计数器)以测定散射伽马射线的强度。二、密度测井的理论基础与补偿