核測井

含自然γ和γ -γ測井(散射測井)。前者又分自然γ和自然γ能譜測井;后者又分地層密度和巖性密度測井。

主要含中子壽命測井、 一般中子測井和中子誘生γ測井。中子壽命測井也稱熱中子衰減時間測井;一般中子測井含熱中子測井和超熱中子測井;它們又含有單探測器中子和補(bǔ)償中子測井;中子誘生γ能譜測井通常包括快中子非彈性散射γ能譜測井(即C/O比測井)、中子俘獲γ能譜測井和中子活化γ能譜測井等。

這種方法是利用放射核素作為示蹤劑，將摻入流體中，并注入到井內(nèi)，通過流體在井中的流動而使核素分布到各種孔隙空間。利用核γ測井對示蹤劑進(jìn)行追蹤測量，確定流體的運動狀態(tài)及其分布規(guī)律。

如核磁共振成像測井等。

主要用于石油、油氣、煤田和金屬礦的勘探中。

在地質(zhì)勘探與資源開發(fā)中，核測井是一種先進(jìn)的地球物理測井手段，主要利用井孔內(nèi)巖層本身的放射性或采用人工輻射與井孔物質(zhì)相互作用的各種效應(yīng)來取得井下地層物理性質(zhì)與技術(shù)參數(shù)的各種信息，核測井是原子核物理研究與應(yīng)用的拓展技術(shù)，這種測井技術(shù)已在石油、煤炭與金屬礦藏以及水源勘查與開采中得到了廣泛的利用。

核測井與其他非核測井技術(shù)--聲學(xué)測井與電學(xué)測井共同構(gòu)成了地球物理三大支柱測井技術(shù)，在油田、煤田、金屬資源與水資源的勘探與開發(fā)中發(fā)揮著不可替代的作用能譜型核測井一般包括天然γ能譜測井、快中子非彈性散射γ射線能譜測井、中子俘獲γ射線能譜測井與中子活化γ射線能譜測井。

在油田勘探與石油生產(chǎn)中，能譜型核測井較之強(qiáng)度型核測井(如天然γ測井，中子2γ強(qiáng)度測井，中子2中子強(qiáng)度測井) 在性能上代表著一類更為先進(jìn)的核測井技術(shù)。因為該技術(shù)通過對地層天然或誘發(fā)的放射性物質(zhì)γ能譜進(jìn)行分析能較為直接地反映地層的巖性和油、氣含量。

隨著油田開發(fā)的深入，特別是我國大部分油田相繼進(jìn)入中高含水的開發(fā)階段，油藏監(jiān)測和油藏的再認(rèn)識的需要更加突出。功能優(yōu)異的小直徑核測井儀器成為急需發(fā)展的技術(shù)。核示蹤測井技術(shù)是油田生產(chǎn)測井監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的重要方向。放射性同位素的應(yīng)用業(yè)已遍及醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和科學(xué)研究等各個領(lǐng)域，在很多應(yīng)用場合，放射性同位素至今尚無代用品;在很多其它應(yīng)用場合，它比現(xiàn)有可替代的技術(shù)或流程更有效、更經(jīng)濟(jì)。隨著環(huán)境保護(hù)不斷強(qiáng)化，放射性同位素示蹤測井將逐漸被穩(wěn)定同位素取代，更靈敏的位置敏感探測器和更高強(qiáng)度的中子管技術(shù)將投入使用。這一技術(shù)的發(fā)展不會一帆風(fēng)順，還將有一研究、試驗、實用和適用過程。

核測井技術(shù)在石油、煤炭與金屬礦藏以及水源勘查與開采等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,在尋找放射性礦藏、放射性環(huán)境監(jiān)測等方面也可發(fā)揮著重要作用。隨著核測井技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)用還將不斷拓展。

在核測井技術(shù)的發(fā)展中,核測井儀器與適當(dāng)?shù)暮藴y井施工工藝的巧妙結(jié)合是值得關(guān)注的重要方向。注硼中子壽命測井、同位素γ能譜示蹤測井、井間示蹤測井等代表了核測井工藝技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。核測井信息與其他相關(guān)測井信息的融合技術(shù)可能成為進(jìn)一步提高其應(yīng)用的重要途徑。

核測井(nuclearlogging)是指將核技術(shù)應(yīng)用于井中測量，根據(jù)巖石及其孔隙流體的核物理性質(zhì)，研究井的地質(zhì)剖面，勘探石油、天然氣、煤以及金屬、非金屬礦藏，研究石油地質(zhì)、油井工程和油田開發(fā)的核地球物理方法，又稱放射性測井。

巖石中各種元素原子核的核磁共振特性是不同的,它取決于原子核的磁旋比、同位素的天然含量和包含該元素的物質(zhì)賦存狀態(tài)。利用物質(zhì)核磁共振特性在鉆孔中研究巖石特性的方法,稱為核磁測井或核磁共振測井。核磁共振有許多特性,主要利用脈沖法研究巖石的弛豫特性,即從不平衡狀態(tài)向平衡狀態(tài)恢復(fù)過程的特性,包括縱向弛豫和橫向弛豫。研究弛豫過程可以用自由進(jìn)動法也可以用自旋回波法進(jìn)行,早期的核磁測井儀是按自由進(jìn)動法的原理沒計制造的?，F(xiàn)代核磁測井儀則主要采用自旋回波法。由于氫原子核具有最大的磁旋比和最高的共振頻率,是在鉆孔條件下最容易研究的元素。氫是孔隙液體中的主要成分,因此核磁測井是研究孔隙流體含量和存在狀態(tài)的有效方法,可以提供不同尺寸孔隙分布,包括自由流體孔隙度、毛細(xì)管孔隙度,以及束縛水飽和度、滲透率等重要參數(shù),因此成為石油測井的重要方法。

核技術(shù)測試和分析的關(guān)鍵是信息的采集和處理。核測井信息的處理可分為信息采集處理和應(yīng)用分析處理兩個階段。

核測井信息采集處理是利用測井井下和地面儀器對核測量信息進(jìn)行采集、處理和記錄過程。通常情況下，核測井是通過傳感器把核物理信號轉(zhuǎn)換成電信號，并通過濾波、降噪、模數(shù)轉(zhuǎn)換等系列處理后記錄成計算機(jī)可識別的數(shù)字信號。放射性計數(shù)的統(tǒng)計漲落特性和信息源不強(qiáng)等使得有效信號較易受噪聲信號干擾。因此，提高有關(guān)信噪比的研究和應(yīng)用顯得相當(dāng)重要。提高傳感器的探測效率和測量精度屬硬件技術(shù)研究范疇，加強(qiáng)信號分析、統(tǒng)計、擬合、反演、小波變換等軟件開發(fā)研究正在成為提高信噪比的重要技術(shù)。

核測井信息應(yīng)用分析是以核測井樣品模擬刻度為基礎(chǔ)、以解譜和與其他信息融合為處理手段、以測井地質(zhì)應(yīng)用為目標(biāo)的信息處理應(yīng)用。

無論是核輻射強(qiáng)度測井還是全能譜測井，其應(yīng)用基礎(chǔ)均離不開被測量對象(地層)必須與標(biāo)準(zhǔn)對象(刻度對象)具有相同或相近的儀器響應(yīng)特征、且符合線性疊加原理，這是進(jìn)行核測井信息應(yīng)用分析的基礎(chǔ)，是核測井信息地質(zhì)應(yīng)用的前提條件。核輻射強(qiáng)度測井評價認(rèn)為，總強(qiáng)度與已知的地質(zhì)信息存在固定的線性關(guān)系，通過標(biāo)定即可進(jìn)行對應(yīng)的信息處理。

全能譜測井的標(biāo)準(zhǔn)譜獲得必須以被測量地區(qū)實際井所包含的物質(zhì)特性為基礎(chǔ)，進(jìn)行實際的全譜刻度，利用線性疊加原理確定混合譜標(biāo)準(zhǔn)，這是對全譜測井信息正演和對工作譜解析的基礎(chǔ)。剝譜技術(shù)、逆矩陣解譜、最小二乘解譜等是常用的解譜應(yīng)用技術(shù)。

實際的測井環(huán)境條件與標(biāo)準(zhǔn)譜刻度條件不一致可能導(dǎo)致解譜的較大偏差，給應(yīng)用帶來一定困難。測井處理中提出的環(huán)境校正可在某種程度上減少或消除這種偏差。測井環(huán)境校正處理的主要途徑有簡化理論評價、蒙特卡洛方法、模型井試驗等。測井處理中采用多次測量平均法、比值法、累積輻射處理、重疊技術(shù)等可有效提高核測井信息的應(yīng)用效果。

核測井技術(shù)是隨著當(dāng)代核技術(shù)的發(fā)展和石油、煤炭、地質(zhì)礦產(chǎn)等對核測井技術(shù)發(fā)展的需要而迅速發(fā)展起來的尖端測井技術(shù)之一。隨著人工射線源技術(shù)、傳感器技術(shù)、測量技術(shù)、信息處理技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，核測井技術(shù)仍處在飛速發(fā)展之中。

核測井技術(shù)的大多數(shù)方法依賴于射線源性能，少部分方法利用井下地層的天然放射性進(jìn)行測量?，F(xiàn)有的測井用射線源主要是γ射線源和中子源。受井眼尺寸(偏小、彎曲、不規(guī)則等) 、井下環(huán)境(高溫、高壓等) 制約，地面實驗用加速器γ源等技術(shù)尚難以應(yīng)用于測井領(lǐng)域。

測井常用的γ源多是放射性同位素源，主要用于示蹤測井。隨著核技術(shù)發(fā)展，核反應(yīng)堆、加速器的不斷建造，核燃料循環(huán)體系的建立，為放射性核素應(yīng)用提供了日益豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。放射性同位素廣泛應(yīng)用研究為更好利用現(xiàn)有設(shè)備資源開辟了新途徑。放射性同位素制備技術(shù)是同位素輻射技術(shù)應(yīng)用的物質(zhì)基礎(chǔ)。時下，人工制備放射性同位素的方法有3 種:反應(yīng)堆生產(chǎn)的豐中子同位素，簡稱堆照同位素;加速器生產(chǎn)的貧中子同位素，簡稱加速器同位素;從核燃料廢物中提取的同位素，簡稱裂片同位素。

放射性同位素釋放的射線作為一種人工信息源，具有相當(dāng)高的探測靈敏度，是常規(guī)化學(xué)分析無法比擬的，這一特征被廣泛應(yīng)用于同位素示蹤分析技術(shù)，在工農(nóng)業(yè)技術(shù)研究中獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益。測井中的流體密度計、流體識別儀、γ射線探傷儀、厚度檢測儀等均利用了放射性同位素信息源技術(shù)。

中子源是中子與物質(zhì)相互作用研究必須的信息源。測井常用的中子源有放射性同位素中子源、自發(fā)裂變中子源和人工脈沖中子源3 種。衡量中子源特性的指標(biāo)是源強(qiáng)度、能量、單色性、γ 輻射和壽命(半衰期) 等。測井常用的A241m2Be 源是放射性同位素中子源，中子產(chǎn)額2×107/ s ，平均中子能量5 MeV;252Cf 是自發(fā)裂變中子源，中子產(chǎn)額2 ×108/ s ，平均中子能量

2. 35 MeV ;脈沖中子源(中子管技術(shù)) 常用T(d，n) 源，中子產(chǎn)額107~109/ s，強(qiáng)流中子管產(chǎn)額達(dá)1010/ s，平均中子能量14. 1 MeV。

應(yīng)用射線源，必須注意放射性防護(hù)、放射性危險、放射性可控等要求，測井用中子源需向小體積、高強(qiáng)度、高度可控、高安全、高耐溫、耐壓指標(biāo)發(fā)展。

傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。它是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的輸出，滿足信息的傳輸、存儲、顯示、記錄和控制要求。傳感器屬高新技術(shù)的瓶頸工業(yè)，它的地位非常重要。我國測井用的傳感器技術(shù)較為先進(jìn)，基本上與國際水平相近，但創(chuàng)新不夠，大多是引進(jìn)、模仿和仿制，這與我國測井需要不相適應(yīng)。努力致力于促進(jìn)我國核測井傳感器事業(yè)及其應(yīng)用的發(fā)展，滿足核測井應(yīng)用需要，是傳感器生產(chǎn)和應(yīng)用企業(yè)共同的努力方向。

測井用傳感器的核心部件是探測器。不同的核輻射需要用不同的探測器測量。所有核探測器均基于射線與物質(zhì)的相互作用原理，在物質(zhì)中具有不同的空間分布、能量分布、時間分布和特征作用而制作。

強(qiáng)度型核儀表利用放射源發(fā)出的射線(特別質(zhì)子與γ射線) 與物質(zhì)相互作用(吸收或散射) 后，射線強(qiáng)度降低從而檢測受測試物質(zhì)的宏觀非電參數(shù)而設(shè)計出的一類儀表。

物質(zhì)的成分與含量可通過放射源發(fā)出的射線與物質(zhì)相互作用引起的射線強(qiáng)度的變化與誘發(fā)的特征能譜加以確定，這種儀表統(tǒng)稱為物質(zhì)成份與含量分析儀表。能譜分析型儀表同樣地具有這種成份與含量分析的功能。

測井中用已知活度的γ放射源和探測器共同組成探頭(測井儀) 下到鉆孔內(nèi)，沿鉆孔連續(xù)測量從碳層中散射的γ射線強(qiáng)度，可探知介質(zhì)的密度，從而確定地層巖性。這種γ測井技術(shù)有助于加快能源勘探開發(fā)速度，并降低成本。

中子水分計是測量大體積物料中含水量的一種核分析儀表，又稱中子水分計或中子濕度計。這種儀表的工作原理基于氫核對快中子的強(qiáng)烈減速慢化效應(yīng)。測定物料中的慢化中子數(shù)量,進(jìn)而求出介質(zhì)的含水量。

高分辨率的輻射探測器和多道脈沖高度分析器等核電子學(xué)儀器的發(fā)展，使分析測量的靈敏度與準(zhǔn)確度大為提高。電子計算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)一步改善了數(shù)據(jù)處理的速度和規(guī)模，使能譜分析型儀表結(jié)構(gòu)更趨小型化、輕便化，特別為儀表的現(xiàn)場應(yīng)用與野外操作提供了便利。這類核儀表可分為3 種類型:1) 熒光類儀表(如放射性核素X 射線熒光分析儀);2) 活化類(主要指中子活化) 儀表;3) 核測井儀表(如石油、煤田、金屬測井使用的核儀表) 。

核測井探測器要求高效率、高計數(shù)通過率、高能量分辨率、高耐溫、耐壓、高抗震、小體積、價格適中等。

測井常用的γ和X 射線探測器為閃爍探測器，主要由閃爍體、光電倍增管和電子儀器組成。用光耦合劑將閃爍體與光電倍增管耦合起來，組裝成探頭,配上電子學(xué)儀器，就構(gòu)成了閃爍探測器。為提高脈沖輸出幅度，可選擇發(fā)光效率高的閃爍體，增大閃爍體尺寸，選擇反射系數(shù)大的反射層和性能良好的光導(dǎo)系統(tǒng)，調(diào)整好光電倍增管前面幾級的分壓電阻，選擇與閃爍體能實現(xiàn)良好匹配的光電倍增管。

閃爍探測器輸出脈沖幅度與入射光子在閃爍體中損失的能量成正比。而光子是通過前述3 種效應(yīng)損失能量的，所以，在測量單能光子時得到的輸出的是一連續(xù)譜。

與閃爍體相匹配的光電倍增管也有了發(fā)展，硅、HgI2等光敏二極管小巧，與閃爍體更匹配，半導(dǎo)體的量子效率遠(yuǎn)高于光電倍增管;HgI2與CsI ( Tl) 組合探頭對662 keVγ射線能量分辨率達(dá)5 % ，性能更優(yōu)的探頭還將不斷出現(xiàn)。

核測井需要的γ射線和X 射線探測器正向高密度、高精度(能量分辨性好、計數(shù)通過率高) 、高計數(shù)、高溫度穩(wěn)定性、短熒光衰落、中低價格和小體積發(fā)展。高性能位置靈敏γ射線和X 射線核探測器將更廣泛應(yīng)用于測井中。

中子探測器在測井中經(jīng)常用到，較早使用BF3正比管，因環(huán)保要求現(xiàn)正逐漸被3He 正比管取代;選用6Li 玻璃閃爍探頭作中子劑量當(dāng)量探測器，采用中子慢化探測、鎘棒三維空間能響調(diào)節(jié)新原理，從而使儀器靈敏度極高，耐γ、中子能量響應(yīng)特性好。儀器靈敏度高、抗γ性能好、能量響應(yīng)特性好、量程寬(7 個量級) 、密閉性強(qiáng)便攜式數(shù)字顯示并伴有聲、光定性指示等的性能優(yōu)越的中子探測器也在發(fā)展中。

核測井儀表正在不斷更新結(jié)構(gòu)，完善功能，提高精度，改善儀表的穩(wěn)定性、可靠性、通用性，實現(xiàn)儀表標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、小型化、自動化與智能化，以適應(yīng)現(xiàn)代測井的連續(xù)化、高速化、精密化的要求。具體地說，今后核測井儀的發(fā)展趨勢可能集中在以下5 個方面。

1) 結(jié)構(gòu)上從單元組合式向功能組裝式方向發(fā)展。

2) 在測量方法上，從簡單原始的檢測手段向高效率、高分辨力的復(fù)雜的測量裝置過渡，為獲取更多信息，射線強(qiáng)度測量方法逐漸為射線能譜分析法所取代。

3) 在儀器功能上，從單點、單參數(shù)檢測向多點、多參數(shù)自動檢測方向發(fā)展，與非核技術(shù)綜合應(yīng)用，有助于擴(kuò)大核測井儀表的應(yīng)用范圍，提高其應(yīng)用效能。

4) 儀器的通用性和安全性方面，核測井儀將進(jìn)一步實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。

5) 隨著各種支持性技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機(jī)的廣泛使用，測井儀器的技術(shù)水平達(dá)到一新的高度。核測井儀采用計算機(jī)后，結(jié)構(gòu)緊湊、體積縮小;測量技術(shù)由模擬測量向數(shù)字化方向發(fā)展，實現(xiàn)輸入信息自動補(bǔ)償，系統(tǒng)啟動、調(diào)節(jié)和操作程序化，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運算、判斷、分析與處理，從而擴(kuò)大儀表信息功能，提高儀表檢測精度，為多參數(shù)測量和測井過程閉環(huán)控制奠定了基礎(chǔ);儀器將硬件與軟件相結(jié)合，體現(xiàn)出設(shè)計的合理性與操作的簡便性;儀器具有故障自我診斷功能，大大減輕了設(shè)備維修工作量，從而提高了儀器的可靠性;通過數(shù)字和圖象信息顯示，達(dá)到更好的人2機(jī)結(jié)合，以滿足現(xiàn)代核測井生產(chǎn)連續(xù)化、自動化、智能化、高速化與集成化的要求。