中子測井原理

一種利用中子射線探測鉆井周圍地層結(jié)構(gòu)及礦藏含量的地球物理方法。將中子源放入鉆井內(nèi)，中子源放出的中子與井壁周圍的物質(zhì)發(fā)生不同程度的作用，當(dāng)快中子與氫核相碰撞時(shí)，由于兩者質(zhì)量相近，快中子的大部分動能傳遞給氫核而變成了慢中子，后者易被各種物質(zhì)的原子核俘獲，釋放出強(qiáng)度較大的γ射線。

若快中子與其他物質(zhì)的原子核相碰撞，損失的動能較少，能到達(dá)地層深處，經(jīng)多次碰撞才會變成慢中子。這時(shí)它將被其他物質(zhì)的原子核俘獲而釋放出γ射線，因這γ射線要穿過較深的地層，衰減較大，到達(dá)地面時(shí)的強(qiáng)度較小。從探測儀上測到的γ射線強(qiáng)度的變化就可推斷鉆井周圍地層的含氫量，由此劃出石油層或水層的分布。

對于金屬礦主要是通過中子活化作用，即放入鉆井內(nèi)的中子源放出的中子與井壁周圍的物質(zhì)作用，生成各種 放射性同位素，通過測量生成的放射性同位素在衰變過程中放出的γ射線的能譜和半衰期而確定鉆井內(nèi)所含元素的種類，再從γ射線強(qiáng)度確定該元素的含量。

中子測井技術(shù)廣泛應(yīng)用于勘探石油、煤及金屬礦藏，它與其他探測方法相 配合，已取得了明顯的效果。氫核與中子的質(zhì)量幾乎相等，是最強(qiáng)的減速物質(zhì)。因此，中子測井的結(jié)果將反映地層的含氫量。

在油層或水層中，儲集空間中被含氫核的油或水充填，這樣儲集體中含氫量的多少反映巖石孔隙度的大小。因此，中子測井是一種孔隙度測井方法。油層和氣層對中子的減速能力的差異非常明顯，因此中子測井也是一種指示油氣層的測井方法。

氯是地層中重要的中子吸收物質(zhì)，氯是大多數(shù)地層水的主要離子成分，可見中子測井對于劃分油水層也有重要作用。中子與地層中的原子核發(fā)生非彈性散射，使原子核處于激發(fā)態(tài)，在退激時(shí)發(fā)出伽馬射線。測量地層發(fā)射的伽馬射線的能譜，就可以分析地層中元素的成分。

（a）超熱中子探測器：測量經(jīng)地層減速后的超熱中子（En=1~0.1ev），相應(yīng)的儀器稱為超熱中子測井儀器。

（b）熱中子探測器：測量經(jīng)地層減速后的熱中子（En=0.1~0.001ev），相應(yīng)的儀器稱為熱中子測井儀器。

（c）伽馬探測器：測量中子射入地層后產(chǎn)生的伽馬射線強(qiáng)度或能譜，相應(yīng)的儀器稱為中子——伽馬測井儀器或中子伽馬能譜測井儀器。

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利用雙探測器消除井眼對測量結(jié)果的影響的同位素源中子測井方法。補(bǔ)償中子測井用同位素中子源（18Ci镅—鈹中子源）在井筒中向地層發(fā)射快中子，再用兩個(gè)長、短不同源距的熱中子探測器，測量經(jīng)地層慢化并散射回到井筒的熱中子，得到兩個(gè)計(jì)數(shù)率（見圖）。短源距（26cm）與長源距（38cm）探測器計(jì)數(shù)率的比值，主要反映地層對快中子的減速能力，顯示出地層含氫量的變化。

補(bǔ)償中子測井中，用含氫指數(shù)表征地層的含氫量。

中子測井儀器是在純石灰?guī)r—淡水中子孔隙度標(biāo)準(zhǔn)井群中刻度的，通過刻度建立起計(jì)數(shù)率比值與孔隙度的轉(zhuǎn)換關(guān)系。測得的孔隙度實(shí)質(zhì)上是等效含氫指數(shù)，稱為中子（測井）孔隙度。只有當(dāng)巖性、孔隙流體、井筒條件與儀器刻度條件相同時(shí)，測得的中子孔隙度才與地層的孔隙度相等。

純石灰?guī)r—淡水孔隙度與它的含氫指數(shù)相等，液態(tài)烴的含氫指數(shù)與淡水接近，油層的孔隙度與含氫指數(shù)無明顯差別。天然氣的含氫指數(shù)比水和油的低很多，并且隨溫度和壓力而變化。用補(bǔ)償中子測井能把氣層與油水層區(qū)分開。地層的含氫指數(shù)還和巖性有關(guān)，利用這種關(guān)系可識別巖性。

補(bǔ)償中子測井與補(bǔ)償密度測井和聲波速度測井一起被稱之為巖性孔隙度測井，是裸眼井測井系列的主要內(nèi)容。2100433B