岩性密度测井方法及应用

摘 要：岩性密度测井技术是当前主流的测井技术之一，本文首先介绍了岩性密度测井的物理原理，其次介绍了岩性密度测井的方法及其应用现状，并最终分析了岩性密度测井技术所存在的问题，对其发展提出建议。

关键词：测井 岩性 密度

前言

核测井技术是当前测井技术中极其重要的一种，其主要通过放射性射线与物质的相互作用所体现出来的差异进行各种不同地质的岩性和密度的判定，并根据所得到的测量数据分析岩石的成份及其含量。岩性密度测井方法主要采用的就是核测井技术，是当前公认的可以快速分析地质岩性和密度的有效方法之一。

一、岩性密度测井物理原理

岩性密度测井应用的主要原理是康普顿效应以及光电效应，其中岩性根据光电效应进行测量，密度根据康普顿效应进行测量。岩性密度测井主要是利用放射性射线与岩石层以及空隙流体物质的相互作用，使放射性射线的强度以及能量发生变化，以此来判定和分析地质参数。

1.岩性的测量――光电效应

对于一个原子来说，当有一个光子与其相撞时，光子会把其能量交给原子的一个核外电子，使电子脱离原子核的束缚而自由运动，所形成的粒子称为光电子。假设入射的光子为光子，则当光子的能量大于原子中电子的结合能时，相应电子层的电子在吸收了光子的能量后会脱离原子核的作用力为飞出、根据李氏经验公式，在射入原子的光子的能量大于原子核外电子结合能时，发生光电效应的概率

上式中，表示线性光电吸收系数，表征当光电子穿过1cm物质时，发生光电效应的概率大小。其中表示的是入射光子的波长；表示的是指数常数，其值视元素种类而定，当元素为N、C、O时，指数常数为3.05，当元素为钠、镁、铝到铁等元素时，指数常数为2.85。

一个原子的光电吸收截面与原子序数Z的关系如下：

在进行岩性密度测井的过程中，一般选用源，系数K基本保持不变。若用表示岩石的光电吸收截面指数，因每个原子拥有的电子数为Z个，则有

因为岩石中含有多种不同的化合物，因此其光电吸收截面应该表示的是组成分子的不同原子的光电吸收截面的和，若用表示岩石的光电吸收截面，即有：

其中表示第i中原子，表示该原子的原子序数。若N表示1立方厘米岩石中所含有的分子数，那么根据前文定义，可得出：

根据上式，即可根据岩石的光电吸收截面指数得出岩石的岩性。

1.2 密度的测量――康普顿效应

当一个光子与运行在原子核外的电子发生碰撞时，会将自身的一部分能量传递给电子，致使电子射出，而光子自身由于损失了能量将向另外一个方向散射，这就是康普顿效应。一般情况下用表示康普顿减弱系数，其与吸收射线的物质的原子序数以及原子数存在着较大关系，具体公式如下：

其中，表示每个电子的康普顿散射截面，为阿伏伽德罗常数，为体积密度，为克原子量。若用表示单位体积电数，则有

在岩性密度测井中，定义为电子密度指数，则

在底层岩石中，一般情况下，故，即可根据仪器所测出的视密度推算出岩石的密度，虽然存在误差，但在该测量环境及条件下并不会造成太大影响，往往可以得到较为满意的结果。

2 岩性密度测井方法及其应用

随着核物理技术的发展以及测量技术的不断成熟，岩性密度测井方法得到了广泛的应用。根据上文分析，可知是一个只与原子序数Z有关的参数，是一个表征原子性质的物理量，因为不同岩性的存在较大差距，在一定范围内可以根据其大小单一确定岩性。

在利用岩性密度测井时，空隙中所存在的流体种类的不同并不会对造成较大影响，因此，用岩性密度测井可以较好地辨别岩石性质和组成成分，并不会因为存在空隙流体而对测量结果造成影响，是一种比较实用的测量方法。

2.1 岩石成份及其含量的直观确定

对于一个新地层，在不知其岩性时，通过曲线进行岩性的确定。在知道岩性和曲线的情况下，可根据曲线对该底层的岩石成份以及含量进行确定。

以任邱雾迷山为例，该山的岩性主要为白云岩，并含硅质，其它岩性含量少影响低，又由于该地区的孔隙度低，且不对结果造成大影响，直接忽略不计。在实际计算时，仅计算只含白云岩和硅质的值，则有：

在进行岩石成份及含量确定之前，先改变白云岩和硅质各自的体积含量，以对岩石进行分类，分类结果按下表1所示：

表1 不同白云岩和硅质含量情况下岩性的分类

白云岩含量（%） 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

硅质含量（%） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

3.12 3.03 2.88 2.75 2.62 2.49 2.36 2.22 2.08 1.94 1.80

岩性 白云岩 硅质白云岩 白云质硅质岩 硅质岩

根据岩石成份分类，在实际测量中，根据所得的值的大小即可以对应地找到相应的岩性，并对岩石的成份以及含量进行确定。

2.2 岩石成份及其含量的定量确定

在需要定量确定岩石成份及其含量时，除了知道外，还应知道以及的参数值。首先利用对环境参数进行校正，并通过交会图得到，再通过图2-1所示的图表对应的得到的值，最终通过

即可确定岩石成份的百分含量。

图2-1 双矿物求视骨架体积截面关系

2.3 岩性密度处理方法

假设土地层中岩石主体的密度为，孔隙中的流体的密度为，则在该层中岩石的密度：

在利用仪器进行测量时，源距的大小会对仪器的计数结果带来影响，当源距越大时，仪器的计数量越小，当源距越大时，仪器的计数量越大，当源距增加到某一个临界值时，仪器的计数量将不再受电子密度影响，这一源距临界值被定义为零源距。因此，在测量时，仪器的源距越大，仪器的分辨灵敏度也会越高，从定量的角度上，灵敏度M由下式决定：

在开展测量的过程中，需要首先对岩性密度进行刻度，并调整测量仪器的相关参数，比如LLD以及PHA参数，以达到取得稳定谱图的目的，最终通过软件计算获得实际测井中所需要的相关刻度。

在实际测量过程中，首先获取原始数据及资料，经过刻度之后进入核心算法环节，在核心算法中，先对原始数据进行消减和滤波，在经过相关算法处理以获得密度以及岩性相关的曲线。

3 岩性密度测井所存在的问题及建议

1）如果岩石中重晶石的含量较高，会严重地影响曲线的测量准确度，在这种情况下曲线很难真实地反映岩性特征。比如在大港油田井中，由于在其中使用了大量的重泥浆，使得曲线难以描述原有岩性特征。

2）虽然孔隙流体对于测量结果的影响不大，但是在井径较大时，或者井壁上存在大裂缝时，的值仍会受到较大影响，并代表的是孔隙流体的值，是曲线失去其真实性及实用性。

3）岩性密度测井具有很大的实用价值，特别是在对成份简单、孔隙度低的岩石的岩性和密度的判断上可以发挥很大的作用，然而当前在国内对该测井技术的利用尚未完善，建议在接下来的时间里加强去该测量方法的应用和研究，最终使其可以适用于更多岩性。

四、结论

岩性密度测井方法主要采用的是核测量技术，通过利用光电效应以及康普顿效应，根据不同的反应结果对地质的岩性和密度进行分析，并可以快速地获取该地质的主要成份以及各成份的含量大小。由于岩性密度测井方法具有使用方便，技术容易实现，分析计算简单等优点而被广泛应用于测井领域中。

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