自然伽玛测井及其影响因素

自然伽玛测井及其影响因素

黄芳伟

广西壮族自治区三一〇核地质大队541213

【摘要】：自然伽玛测井（GammaRayLogging）是利用伽玛辐射场，通过测量地层中天然放射性元素的自发衰变产生的伽玛射线来实现测井目的测井技术。本文主要阐述了自然伽玛测井及其影响因素，对解决自然伽玛测井常遇问题有一定的参考作用。com/2/view-5538530.htm

【关键词】：自然伽玛测井；影响因素；分析

自然伽玛测井主要应用于放射性矿床、常规金属、非金属矿床勘探，地层对比、岩性划分、分析古地理环境等目的，在测井曲线校深以及射孔校深中具有不可替代的作用。

一、放射性平衡的影响

自然伽玛测井平均含量法解译的前提是假设放射性物质达到了放射性平衡，放射性核素在自然界中不断的发生自发的衰变，母核素衰变产生的子体核素可能会仍然具有放射性继续自发发生衰变，直到裂变产生稳定的子体为止。当母核素的半衰期比子体核素半衰期长很多，且在观察时间内母核素原子数或放射性活度的变化可忽略不计，子体核素的原子数和放射性活度达到饱和值，且子体放射性活度和母核素相等，这种衰变关系称为放射性长久平衡，简称放射性平衡。

放射性平衡系数指的是某一放射性系列中，任何两种核素岩（矿）石中的质

量比值与它们处于平衡状态时质量比值之比称为这两种核素的放射性平衡系数。

当地层中的天然放射性物质的放射性平衡系数不为1时，必须对测井的原始数据进行放射性平衡校正，目前生产单位采取的是取样分析的方法进行校正。

二、工作参数对测井曲线的影响

主要是指测井过程中测井仪在钻孔中录井的速度ν和仪器的时间常数τ对于测井曲线的影响，表现在：

ντ值越大，测井的曲线宽度越宽，使用平均含量法测得的矿层厚度偏大；

ντ值越大，曲线向测井仪移动方向发生偏移越多；

ντ值越大，曲线幅度下降越多，测量值偏小；

底层越薄，ντ值越大的影响越大；因此在对测井数据解译前必须对ντ的影响进行校正，目前的方法是通过实验（或理论）测井曲线，建立ντ校正图片版，进行校正工作。

三、钻孔中氡沉淀物以及放射性水、水温度的影响

在“干空”或者“湿孔”测井过程中，当钻孔揭穿矿层后地层中由放射性核

素衰变产生的氡会扩散到孔内，其放射性子体（主要是214Pb和214Bi）附着于井孔壁上，会产生额外的伽玛射线，使得伽玛测井曲线发生畸变，从而造成测井数据解译时矿层解释厚度和品位的误差。目前主要采取在揭露射气层后快速完成测井（2小时内），否则进行用清水、压缩冲孔等办法来消除氡对测井曲线的影响。

当钻孔过程中渗入氡或者镭含量较高的放射性水时候，将会向钻孔扩散，从而导致γ测井曲线的失真，造成测井解释时矿层厚度以及品位偏高，此时常用的办法是井口冲井，不停在井口灌水（约1-2小时），使井中水保持水位差，抑制放射性水的渗入，一段时间后再开展测井工作。或是采用边冲孔边测井的办法。

当测井区域有热液流经并被钻孔揭穿时，热液温度高于测井仪器的极限温度，导致测井仪无法正常工作，此时必须对钻孔进行冷水冲孔1.5-2小时。或者当探测器进入相对低温的钻孔中时，由于温度骤降造成测井仪无法正常工作，此时可以将测井仪曝露日光下半小时即可。

四、地层因素的影响

不同的地层其岩石元素含量的不同，必将对穿过的伽玛射线造成影响。伽玛

射线穿过不同地层时，与其元素发生“三大效应”（光电效应、康普顿效应、电子对效应）从而影响进入探测器的伽玛射线照射量率，这种影响是巨大的，因而必须加以考虑。井参数主要是指：泥浆、钢套管、水泥环。他们对测井曲线的影响原因也是会造成进入探测器的伽玛射线照射量率的变化，从而影响到测井曲线以及测井解译。

不同的岩层中元素的含量不同，对自然伽玛测井的影响主要是这些元素与岩层中含有的天然放射性元素衰变产生的伽玛射线发生相互作用（电子对效应、康普顿效应、光电效应），影响到进入探测器的伽玛光子数和能量分布，进而对分析放射性物质含量以及准确划分岩层等测井解译产生误差。以铀矿勘探为例，我国的铀矿床可以分为北方的砂岩型铀矿床和南方的花岗岩性铀矿床两大类，铀在砂岩和花岗岩中赋存的形式前者为稳定的铀矿物形式后者主要以类质同相形式存在，不同的赋存形式（对计算机数值模拟来说主要是组成元素的不同以及矿层的厚度不同）对伽玛射线的吸收效率不一样，并最终导致进入探测器的粒子计数减少或者增加。在不同区域进行测井任务必须也应当考虑到不同地层因素的影响。

五、井参数对测井曲线的影响

井参数主要是指水泥环、钢套管、井液（主要成分是泥浆），井参数对自然伽玛测井影响主要有如下方面：油气井注水泥（油井水泥）将套管和地层胶结在一起形成完整的水泥环，油气井完井后，水泥环、套管和地层紧密的结合在一起，对套管外环空进行有效封隔，防止钻井、增产作业和生产过程中的底层流体窜流，有效支撑和保护套管以满足油气井开采阶段长期层间封隔的要求。同时也可减少地层流体对套管的化学腐蚀、减少套管受到的最大应力和挤压套损。

在井下易水化膨胀、坍塌段为了保护钻孔或采用套管钻井技术时需要在钻孔中下套管（适合套后测井测试项通常为CBL、VDL、GR、CCL）。但是下套管后会对测井曲线产生影响：下套管后套管和井液会影响到井内的磁场，对自然伽玛测井来说排除压力及温度对仪器电路的影响（测井仪外壳保护），对测井曲线的影响主要体现在测井仪探头部分上，由伽玛射线转化产生的电子在光电倍增管各打拿极间飞行，会受到磁场的影响，使得测得测井值出现误差，既所谓的磁干扰；而从地层中出射的伽玛光子在穿过套管时也会与套管发生射线与物质相互作用，从而影响到进入探测器的粒子数量和能量。套管的主要成份为铁，对伽玛射线的吸收比较明显，故而套管的厚度和合金元素的存在对自然伽玛测井的影响在测井解译前也必须加以考虑。

井液（泥浆）在在钻井过程中可以起到保护钻头以及带出岩芯屑的作用，归结起来井液的作用主要有：冲洗钻孔、悬浮和携带泥（岩）屑、润滑和冷却钻具、稳定孔壁、通过泥浆反出了解地层等作用，被成为“钻井的血液”。井液对自然伽玛测井影响主要与用于井液加重的材料有关，如添加粘土矿物，粘土矿物所含有的放射性元素会增大自然伽玛测井仪器的计数；添加铁磁性物质会影响到钻井内磁场环境，从而产生磁干扰。不考虑温度和压力对井液密度的影响。

六、结论

自然伽玛测井（GR）是核测井的重要分支之一，通过测量地层中元素（主要是天然放射性元素）的自然放射性，从而实现放射性矿床、常规金属、非金属矿床勘探，地层对比、岩性划分、分析古地理环境等目的，在测井曲线校深以及射孔校深中具有不可替代的作用。本文着重阐述了自然伽玛测井及其影响因素，借鉴本文的方法思路来开展相应的测井工作，势必取得良好的效果。

参考文献：

[1]周四春.核测井原理及应用[M].成都理工大学，2008.

[2]侯克斌.自然伽玛测井及其影响因素的MonteCarlo模拟[M].成都理工大学，2010.

[3]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.