第10章脈沖中子測井

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1、第十章脈沖中子測井第一節(jié)中子壽命測井（NLL）第二節(jié)非彈性散射伽馬能譜測井第三節(jié)中子活化測井脈沖中子測井：所謂脈沖中子指的是脈沖中子源每隔一定時間發(fā)射一定寬度的中子，照射地層，通過研究中子與地層的相互作用，以研究地層性質(zhì)。第一節(jié)中子壽命測井（NLL）一、中子壽命測井二、熱中子壽命與地層對熱中子宏觀俘獲截面的關(guān)系三、中子壽命測井的基本原理四、中子壽命測井的應(yīng)用一中子壽命測井中子壽命測井（neutronlifetimelog,NLL）也叫熱中子衰減時間測井(ThermalDecayTimeLog)，是最早投入使用的一種脈沖中子測井。測井時，利用脈沖中子源發(fā)射高能快中子（14Mev），脈沖照

2、射地層，用伽馬探測器探測經(jīng)地層慢化產(chǎn)生的熱中子被俘獲放出的伽馬射線，根據(jù)計數(shù)率隨時間的衰減，進而計算熱中子壽命和地層的熱中子的宏觀俘獲截面，從而研究地層性質(zhì)（特別是含油性）的一種測井方法。在地層中，宏觀俘獲截面和熱中子壽命主要與氯的含量有關(guān)，與地層水礦化度有關(guān)。二熱中子壽命與地層對熱中子宏觀俘獲截面的關(guān)系1、熱中子壽命熱中子壽命，是指熱中子從產(chǎn)生的瞬間起到被俘獲的時刻所經(jīng)歷的平均時間，單位是us。計算時，它等于熱中子中的63.2%被俘獲所經(jīng)過的時間：當(dāng)2、宏觀俘獲截面Σ單位體積介質(zhì)中所有原子核的微觀俘獲截面之和，單位cm-1，一般定義一個基本的宏觀俘獲截面單位為10-3cm-1，稱作

3、俘獲單位并記作c.u.。3、τ與Σ的關(guān)系τ—表示地層的熱中子壽命，單位us；Σ—表示地層對熱中子的宏觀俘獲截面，單位cm-1；二熱中子壽命與地層對熱中子宏觀俘獲截面的關(guān)系其中A為某一待定的常數(shù)；υ為熱中子速度,25oC為2.2x105cm/s。也就是說，熱中子壽命與地層對熱中子的宏觀俘獲截面成反比關(guān)系，即地層的宏觀俘獲截面越大，熱中子壽命越小。4、巖石的熱中子壽命和宏觀俘獲截面常見巖石的主要礦物的俘獲截面都很小，熱中子壽命都很長，而孔隙流體的熱中子俘獲截面比大部分骨架礦物的大很多，因此，Σ受到孔隙度的影響。(硼、汞等宏觀俘獲截面特別大，因此，微量的硼、汞就能使Σ增大，目前的硼中子測井

4、就是利用了硼的這種性質(zhì)。）二熱中子壽命與地層對熱中子宏觀俘獲截面的關(guān)系三中子壽命測井的基本原理中子從其產(chǎn)生，經(jīng)過和地層原子核發(fā)生非彈性散射，彈性散射，逐漸減速為熱中子，熱中子被俘獲產(chǎn)生俘獲伽馬射線。1.熱中子壽命（τ）熱中子從其產(chǎn)生到它被吸收為止經(jīng)歷的平均時間指的是統(tǒng)計概念，即熱中子從其產(chǎn)生到被吸收經(jīng)歷的時間有長、有短，我們講的τ是一種平均值。三中子壽命測井的基本原理2.中子壽命測井的依據(jù)空間某一體積中子密度隨時間的變化率為此式也稱為中子的守恒定律?？熘凶釉谳p核中的減速時間?f約為幾十微秒，大約在2～3個?f，絕大多數(shù)的快中子都變成了熱中子，中子壽命測井在中子脈沖結(jié)束后200～300

5、us才開始計數(shù)，則空間所有的快中子都變成了熱中子，因而，在下次脈沖來之前，熱中子的產(chǎn)生率為0。三中子壽命測井的基本原理泄漏率是指進出某一體積內(nèi)的中子數(shù)相抵消后造成的中子密度的變化率。在離源較近的區(qū)域，進的少而出去得多，對于較遠(yuǎn)區(qū)域，則是進得多而出去的少，選擇合適的源距，則可使泄漏率為零。則中子密度的變化率只取決于吸收率而吸收率＝三中子壽命測井的基本原理設(shè)t=0時，n=n0，則K=n0。則空間某一區(qū)域（點）不同時間熱中子密度則表示為此式是中子壽命測井測量熱中子壽命的依據(jù)。3.不同時間熱中子的變化熱中子產(chǎn)生后，它在地層中發(fā)生擴散，地層中某點的熱中子密度按指數(shù)規(guī)律隨時間衰減：三中子壽命測井的

6、基本原理式中：N0——衰減開始時的熱中子密度；N——經(jīng)過時間T的熱中子密度；τ——巖石的熱中子壽命。4.熱中子壽命的測量原理任何時刻存在的俘獲伽馬射線的強度與儀器周圍中子密度成正比。因此刻度后，我們記錄（測量）俘獲伽馬射線強度，可以求得（計算出）熱中子的壽命（或地層宏觀俘獲截面Σ）。T1時刻：探測器記錄的俘獲伽馬射線的計數(shù)率N1；三中子壽命測井的基本原理（1）T2時刻：探測器記錄的俘獲伽馬射線的計數(shù)率；三中子壽命測井的基本原理（2）將(1)式除以(2)式得:（3）由（3）式，對兩邊取對數(shù)（自然對數(shù)）得：5.用常用對數(shù)換算自然對數(shù)得：三中子壽命測井的基本原理也就是說，如果分別在T1,T2

7、時間段內(nèi)記錄俘獲伽馬射線的計數(shù)率，，則可以通過上式刻度成熱中子壽命，由熱中子壽命與地層對熱中子宏觀俘獲截面的關(guān)系，同樣可以計算得到。三中子壽命測井的基本原理6.地層的宏觀截面伽馬計數(shù)率隨時間的衰減如圖10-12，其中，地層衰減區(qū)的斜率決定于?或?，因此，應(yīng)在地層衰減區(qū)進行N1和N2的測量。三中子壽命測井的基本原理實際測井中N1和N2不可避免的要受到自然伽馬計數(shù)率的影響，因此，中子壽命測井采用了三個計數(shù)門，分別記錄N1、N2和Nb，因此，實際上中