《旅游纵览》期刊
   主管单位: CN刊号:13-1138/K ISSN刊号:1004-3292

自然伽马能谱测井在地层评价中的应用

作者:张春辉
摘 要:自然伽马能谱测井(NGS)就是对井内岩石中自然存在的放射性核素在核衰变过程中放射出来的伽马射线进行能谱分析,由不同的能量的伽马射线强度确定地层中铀、钍和钾各自的含量及相互组合分布情况,从而评价地层的泥质含量、粘土矿物类型及寻找高放射性储集层等问题。 
  关键词:自然伽马能谱测井;泥质含量;粘土矿物;放射性储集层 
  一、引言 
  岩石中含有天然的放射性元素铀(U)、钍(Th)、锕及钾(K)等,这些放射性核素的原子核会自发的释放出一种带电离子,蜕变成为另外的原子核同时放射出伽马射线,这一现象成为核衰变。 
  U﹑Th﹑K衰变时所放射的伽马射线能谱是不同的,而自然伽马探测到的是U﹑Th﹑K的混合谱,要从中确定U﹑Th﹑K的含量,首先要选取特征伽马射线能量。自然伽马能谱测井中,我们通常选用铀系中的214Bi发射的1.76MeV的伽马射线来识别铀,选用钍系中的208Tl发射的2.62MeV的伽马射线来识别钍,用1.46MeV的伽马射线来识别钾。 
  自然伽马能普测井仪器包括地面仪器和井下仪器,而井下仪器又包括探测器和放大电路等。地层中的伽马射线通过泥浆到达探测器,探测器把它变成电脉冲进行放大形成电信号,再通过电缆到达地面仪器,转换成电脉冲幅度,并通过多道脉冲幅度分析器将能量谱分为五个能量窗,解谱得到相应的铀、钍、钾的含量,并计录在磁带上或以连续测井曲线的形式输出,这就是自然伽马能谱测井。 
  二、粘土岩类型的判定 
  粘土岩含有很多天然放射性核素。不同的粘土矿物组成的粘土岩的U、Th、K的含量也有一定的差异。大量的分析数据表明,Th/K值是决定粘土矿物类型最好的参数。这种不同粘土矿物的测井特征值的差异是利用测井资料解释地层中不同粘土矿物类型的依据,所以由Th/K值可进行粘土矿物类型的确定。 
  目前利用自然伽马能谱测井确定粘土矿物成份大多采用斯伦贝谢公司粘土矿物分析图版,该图版是将测量的钍和钾忽略掉各自的单位,计算Th/K来识别粘土矿物成份。如图1所示,在Th-K交会图中,当Th/K大于12时,为高岭土型粘土;在3.5~12之间时,为伊蒙混层;在2~3.5之间时,为伊利石型粘土岩;在1~2之间时,为云母型粘土等。 
  (一)估算泥质含量 
  可以用总伽马计数率计算泥质含量: 
  IGR=(GR–GRmin)/(GRmax–GRmin) 
  Vsh=(2IGR·G–1)/(2G-1) 
  式中:IGR—总伽马计数率求得的泥质含量指数; 
  GRmin和GRmax—纯地层计数率的最小值和泥岩总计数率的最大值; 
  GR—目的层的总计数率: 
  Vsh—用总伽马计数率求得的泥质含量(体积); 
  G—希尔奇(Hilchie)指数。一般来说,对老井:G=2;对新井:G=3.17。 
  三、高放射性储集层的识别 
  (一)高放射性砂岩储集层 
  砂岩储层通常是低放射性地层,但当地层中含有高放射性矿物时,砂岩的U、Th、K含量也能显著增加。图2是高放射性砂岩的能谱测井曲线。从图2可以看出,深度为420~490ft的地层是由膨润土和凝灰岩薄层形成的高放射性层段,其特点是K含量低而U和Th含量高,尤其是Th含量很高。而深度为775~900ft的几段高放射性地层为砂岩,其特点与上面的那段高放射性地层不同只有U含量很高而K和Th含量都低。 
  (二)高放射性碳酸盐岩储集层 
  高放射性碳酸盐岩储层分布广泛,在我国和国外都是石油测井常遇到的一种储层,也是老油田在寻找初期评价时漏失掉的储层的重要研究目标之一。我国华北地区的碳酸盐岩储层中高放射性地层占很大比例。 
  如图3所示,在二叠纪盆地碳酸盐岩储集层中的自然伽马能谱测井曲线。由于Th与黏土体曲线中可以清楚的看出,最高自然伽马射线读数是由于含高的铀浓度引起的。从而在富含铀的碳酸盐岩中,自然伽马能谱提供了一个比常规伽马射线测井更有意义的泥质体积测量。 
  (三)裂缝性储集层 
  致密层裂缝中的油中大分子较多,易吸附铀常具有高铀特征,因此可以利用高铀特征定性识别裂缝。如Z369井1200~1230m井段(见图4)存在A、B、C等特高铀低钍井段,三孔隙度曲线反映个井段粒间孔隙相对较小,引起高铀的原因应是存在裂缝,核磁共振测井显示A、B、C等井段T2谱幅度明显较上下井段变小,A、C井段T2弛豫时间较长,反映了该处大孔隙占有较大比例,B井段T2弛豫时间略小。1200~1230m井段试油为20t/d,远高于该区正常砂岩储层的产量,裂缝对产能贡献较大。 
   
  四、结论 
  如前所述,由于种种客观和主观原因,几十年来只重视自然伽马测井,对能谱测井却不研究、不使用;一方面我们在研究新方法、新技术,另一方面对已有的方法(如能谱测井)却熟视无睹,这需引起我们的重视。从前面的实例中可看出,当前通用的自然伽马测井方法无法区分总伽马计数中U、Th、K各自的贡献。在识别高放射性砂岩储层、高放射性碳酸盐岩储层、钾盐矿时会产生误区。因此,建议勘探与开发部门在今后的测井解释中把自然伽马能谱测井与其它测井方法配合使用。期望文中所谈的问题能对地球物理学家有所启迪,并在今后的勘探工作中从方法论的角度更新地球物理解释原则,即一方面不断研究新技术、新方法,另一方面深刻挖掘已有技术、方法的潜力,提高勘探精度。 
   
  参考文献: 
  [1]张景廉刘全新 梁秀文 王斌婷《有关自然伽马能谱测井在储层预测中的应用讨论》石油地球物理勘探2000年6月; 
  [2]董兰屏 庞巨丰《自然伽马能谱测井原理及其应用》《计量与测试技术》2009年第36卷第9期 
  [3]吴春文赵文杰柏强《自然伽马能谱测井在砂砾岩油藏中的应用》测井技术2005年2月第1期第29卷 
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