自然伽马测井仪测井响应分析研究.pdf

石油仪器
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PETROLEUM INSTRUMENIS
2013年12月
方法研究
自然伽马测井仪测井响应分析研究
姚文彬郭云张松炜李辉尚捷刘晓斌
(中海油田服务股份有限公司油田技术研究院北京)
摘要:自然伽玛測井仪主要用于随钻测井过程中探测地层中的放射性元素发出的伽玛射线,从而判断地层信息。文章
介绍了随钻自然伽玛測井仪的响应模型建立。阐述了对仪器响应模型、点源响应、地层响应、井眼和泥泶等请多因素对仪
器测量误差的影响做分析研究。
关键词:随钻;模型;响应分析
中图法分类号:P631.813
文献标识码:B
文章编号:1004-9134(2013)06-0068-04
对三种效应产生次级电子,进而引发气体电离或晶体
0引言
激发进行探测?
测井技术于1927年起源于法国斯仓贝谢公司,
1939年中国开始将测井技术应用于石油工业。70多
年来,测井技术经历了从模拟测井到数字测井、数控
测井、成像测井的发展历程,目前已发展成为十大石
钻诞
油学科之一
当前自然伽马测井仪已得到广泛应用,特别是可
C-M管
钾
用来测量确定地层岩性,因此越来越受到重视。但
探测器
一铀
是,各种影响因素的存在,降低了自然伽马测井曲线
定量应用的精度,过去虽做过许多分析,但是目前国
内没有形成一套适用于生产应用的校正方法。近年
来,随找测井技术的发展,提高自然伽马测井曲线用
图1探测器结构示意图
于确定地层信息,成为亟待解决的问题?
1伽马测井原理
2仪器响应模型
自然界岩石中含天然放射性元素,只要包括钾
为了分析随钴自然伽马測井仪对能谱数据及曲线
(40K)、钍(232Th)和铀(238U)元素,在放射性
处理的影响,首先应当建立仪器再地层中的响应模
元素自然衰变时产生不同能量的伽马射线。不同岩性型根据能谱测井的特点,我们可以给定以下合理的
中放射性元素的含量不同,种类也有所差异,自然
假设:在测量过程中仪器始终保持居中;地层为横向
伽马测井原理就是利用伽马射线探测器测量地层中总(与井轴垂直)同性的均质地层;探测器对不同方向
的自然伽马射线强度,用以划分地层岩性及渗透层,
人射的伽马射线的探测效率相同。
确定泥岩含量,提供页岩的精确指示
基于以上假设,我们可以用圆柱坐标对地层进行
随钴自然伽马测井仪采用了两组盖革-米勒管(G-
描述。如图2所示,圆柱坐标中一个点源A(z)的位置
M管)气体探测器用于对伽马射线的探测,每组8为(O,r,2),位于坐标原点的探测器对此点源的探
根,两组探测器成圆周分布,如图1所示。
测率为の(r,z)。对于径向均质地层,の(r,z)与此点
伽马射线探测的方法是利用人射伽马光子与探测
源对探测器张开的立体角以及地层对伽马射线的吸收
器中靶原子发生作用,由于光电、康普顿散射和电子
率有关,是r、z的函数而与方位角θ无关。
第一作者简介:姚文彬,男,1981年生,工程师,2006年毕业于西安石油大学测试计量技术与仪器专业硕土研究生毕业(工学硕士),现在中
海油田服务股分有限公司从事随钻測井和旋转导向钻井等领域的技术研究和开发。邮编:101149
2013年第27卷第6期
姚文彬等:自然伽马测井仪测井响应分析研究
对于一个内径为R1、外径R2、纵向厚度为2x1的
TL+ 9/2
环形柱体地层在探测器中产生的计数率表示为
探器
gi RI
の(r,z)A(z) rd0drda=
架测驛
A(z)0(r, 2)drdz
由于ro(r,z)是r的连续函数,根据积分中值定
理,总有R满足R≤RI=2 R0(R2 -R1)A(z)(R, =)d
A(rl+9/2, L
这说明,我们可以将一个均质环形地层的响应向
题简化为在地层内一条纵向线源的响应问题。
图3点源对圆柱型探测醫张开的立体角示意图
3点源的响应模型
此时,点源在探测器中产生的计数率表示为
由于搡器的探测效率以及仪器外壳等对测量的
I(r, h)=n(r, h)
影响可以通过标定加以消除,因此建立自然伽马测井
在不同井径的情况下,考虑点源与探测器中心相
仪响应模型只需要考虑放射性探测器的几何尺寸对测对距离对计数率的影响,即
量的影响
a(b),_2(,h)
圆柱坐标中的点源见图2所示。空间中一个点源
(r,0)(r,0)
(7)
在探测器中产生的计数率表示为
结合(5)式,在不同ァ的情况下()的计算影响
3)结果如图4所示。
13
P
5ー4-3-2
dl=a(r, =)4(z)rdeardz
图4点源与探测中心距对计数率的影响
图4中的曲线是根据自然伽马浏井仪在8.5in井眼
图2圆柱坐标中的点源
中作业的尺寸进行计算的,其中L=4.5in,ゆ=4.25in。
其中:A为该点源的放射性活度,Ω为该点源对由图4可知,2()反映了点源与探测器的相对位置对
探测器测器张开的立体角,其一般表示为
测量的影响。在井径不变时,点源距探测器中心越近,
Q2-fsinasa jdb=8(co8@ -cosa
(4)立体角越大,计数率越高,且在h=0时达到最大;hr
士0.58(即为2.6lin时),计数率比值为0.9;hl
其中:△α=2a1称为点源对探测器张开的垂直
04(即为士4.68in)时,计数率比值为0.5;h=±1.6
角,△B=B2一称为点源对探测器张开的水平角,与(即为士7.34in)时,计数率比值为01
该点源距探测器轴线的距离相关,而与其纵向位置无
关。如果忽略探测器端面的影响,点源对圆柱型探泗4连续变化地层的响应模型
器张开的立体角示意图如图3所示。园柱型探测器
如图5所示,在井径一定的情况下考虑在纵向上
(长度2L=9n,直径φ=4.25in)中心相对位置为(L连续分布的地层,器放射性活度是z的函数A(z)
p/2,hL)的点源对探测器所张开的立体角可表示为
Z
2(r,h)=
1-h
A+(+h)+ar(1-a
l arcsin
探器
A(2),s(0)d=?(w)A(z+W)
图5连续分布地层响应模型