自然伽瑪測(cè)井及其影響因素

廣西壯族自治區(qū)三一〇核地質(zhì)大隊(duì) 541213

摘要：自然伽瑪測(cè)井（Gamma Ray Logging）是利用伽瑪輻射場(chǎng)，通過測(cè)量地層中天然放射性元素的自發(fā)衰變產(chǎn)生的伽瑪射線來實(shí)現(xiàn)測(cè)井目的測(cè)井技術(shù)。本文主要闡述了自然伽瑪測(cè)井及其影響因素，對(duì)解決自然伽瑪測(cè)井常遇問題有一定的參考作用。com/2/view-5538530.htm

關(guān)鍵詞：自然伽瑪測(cè)井；影響因素；分析

自然伽瑪測(cè)井主要應(yīng)用于放射性礦床、常規(guī)金屬、非金屬礦床勘探，地層對(duì)比、巖性劃分、分析古地理環(huán)境等目的，在測(cè)井曲線校深以及射孔校深中具有不可替代的作用。

一、放射性平衡的影響

自然伽瑪測(cè)井平均含量法解譯的前提是假設(shè)放射性物質(zhì)達(dá)到了放射性平衡，放射性核素在自然界中不斷的發(fā)生自發(fā)的衰變，母核素衰變產(chǎn)生的子體核素可能會(huì)仍然具有放射性繼續(xù)自發(fā)發(fā)生衰變，直到裂變產(chǎn)生穩(wěn)定的子體為止。當(dāng)母核素的半衰期比子體核素半衰期長(zhǎng)很多，且在觀察時(shí)間內(nèi)母核素原子數(shù)或放射性活度的變化可忽略不計(jì)，子體核素的原子數(shù)和放射性活度達(dá)到飽和值，且子體放射性活度和母核素相等，這種衰變關(guān)系稱為放射性長(zhǎng)久平衡，簡(jiǎn)稱放射性平衡。

放射性平衡系數(shù)指的是某一放射性系列中，任何兩種核素巖（礦）石中的質(zhì)量比值與它們處于平衡狀態(tài)時(shí)質(zhì)量比值之比稱為這兩種核素的放射性平衡系數(shù)。

當(dāng)?shù)貙又械奶烊环派湫晕镔|(zhì)的放射性平衡系數(shù)不為1時(shí)，必須對(duì)測(cè)井的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行放射性平衡校正，目前生產(chǎn)單位采取的是取樣分析的方法進(jìn)行校正。

二、工作參數(shù)對(duì)測(cè)井曲線的影響

主要是指測(cè)井過程中測(cè)井儀在鉆孔中錄井的速度ν和儀器的時(shí)間常數(shù)τ對(duì)于測(cè)井曲線的影響，表現(xiàn)在：

ντ值越大，測(cè)井的曲線寬度越寬，使用平均含量法測(cè)得的礦層厚度偏大；

ντ值越大，曲線向測(cè)井儀移動(dòng)方向發(fā)生偏移越多；

ντ值越大，曲線幅度下降越多，測(cè)量值偏?。?/p>

底層越薄，ντ值越大的影響越大；因此在對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)解譯前必須對(duì)ντ的影響進(jìn)行校正，目前的方法是通過實(shí)驗(yàn)（或理論）測(cè)井曲線，建立ντ校正圖片版，進(jìn)行校正工作。

三、鉆孔中氡沉淀物以及放射性水、水溫度的影響

在“干空”或者“濕孔”測(cè)井過程中，當(dāng)鉆孔揭穿礦層后地層中由放射性核

素衰變產(chǎn)生的氡會(huì)擴(kuò)散到孔內(nèi)，其放射性子體（主要是214Pb和214Bi）附著于井孔壁上，會(huì)產(chǎn)生額外的伽瑪射線，使得伽瑪測(cè)井曲線發(fā)生畸變，從而造成測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)解譯時(shí)礦層解釋厚度和品位的誤差。目前主要采取在揭露射氣層后快速完成測(cè)井（2小時(shí)內(nèi)），否則進(jìn)行用清水、壓縮沖孔等辦法來消除氡對(duì)測(cè)井曲線的影響。

當(dāng)鉆孔過程中滲入氡或者鐳含量較高的放射性水時(shí)候，將會(huì)向鉆孔擴(kuò)散，從而導(dǎo)致γ測(cè)井曲線的失真，造成測(cè)井解釋時(shí)礦層厚度以及品位偏高，此時(shí)常用的辦法是井口沖井，不停在井口灌水（約1-2小時(shí)），使井中水保持水位差，抑制放射性水的滲入，一段時(shí)間后再開展測(cè)井工作?；蚴遣捎眠厸_孔邊測(cè)井的辦法。

當(dāng)測(cè)井區(qū)域有熱液流經(jīng)并被鉆孔揭穿時(shí)，熱液溫度高于測(cè)井儀器的極限溫度，導(dǎo)致測(cè)井儀無法正常工作，此時(shí)必須對(duì)鉆孔進(jìn)行冷水沖孔1.5-2小時(shí)?；蛘弋?dāng)探測(cè)器進(jìn)入相對(duì)低溫的鉆孔中時(shí)，由于溫度驟降造成測(cè)井儀無法正常工作，此時(shí)可以將測(cè)井儀曝露日光下半小時(shí)即可。

四、地層因素的影響

不同的地層其巖石元素含量的不同，必將對(duì)穿過的伽瑪射線造成影響。伽瑪

射線穿過不同地層時(shí)，與其元素發(fā)生“三大效應(yīng)”（光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng)）從而影響進(jìn)入探測(cè)器的伽瑪射線照射量率，這種影響是巨大的，因而必須加以考慮。井參數(shù)主要是指：泥漿、鋼套管、水泥環(huán)。他們對(duì)測(cè)井曲線的影響原因也是會(huì)造成進(jìn)入探測(cè)器的伽瑪射線照射量率的變化，從而影響到測(cè)井曲線以及測(cè)井解譯。

不同的巖層中元素的含量不同，對(duì)自然伽瑪測(cè)井的影響主要是這些元素與巖層中含有的天然放射性元素衰變產(chǎn)生的伽瑪射線發(fā)生相互作用（電子對(duì)效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、光電效應(yīng)），影響到進(jìn)入探測(cè)器的伽瑪光子數(shù)和能量分布，進(jìn)而對(duì)分析放射性物質(zhì)含量以及準(zhǔn)確劃分巖層等測(cè)井解譯產(chǎn)生誤差。以鈾礦勘探為例，我國(guó)的鈾礦床可以分為北方的砂巖型鈾礦床和南方的花崗巖性鈾礦床兩大類，鈾在砂巖和花崗巖中賦存的形式前者為穩(wěn)定的鈾礦物形式后者主要以類質(zhì)同相形式存在，不同的賦存形式（對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬來說主要是組成元素的不同以及礦層的厚度不同）對(duì)伽瑪射線的吸收效率不一樣，并最終導(dǎo)致進(jìn)入探測(cè)器的粒子計(jì)數(shù)減少或者增加。在不同區(qū)域進(jìn)行測(cè)井任務(wù)必須也應(yīng)當(dāng)考慮到不同地層因素的影響。

五、井參數(shù)對(duì)測(cè)井曲線的影響

井參數(shù)主要是指水泥環(huán)、鋼套管、井液（主要成分是泥漿），井參數(shù)對(duì)自然伽瑪測(cè)井影響主要有如下方面：油氣井注水泥（油井水泥）將套管和地層膠結(jié)在一起形成完整的水泥環(huán)，油氣井完井后，水泥環(huán)、套管和地層緊密的結(jié)合在一起，對(duì)套管外環(huán)空進(jìn)行有效封隔，防止鉆井、增產(chǎn)作業(yè)和生產(chǎn)過程中的底層流體竄流，有效支撐和保護(hù)套管以滿足油氣井開采階段長(zhǎng)期層間封隔的要求。同時(shí)也可減少地層流體對(duì)套管的化學(xué)腐蝕、減少套管受到的最大應(yīng)力和擠壓套損。

在井下易水化膨脹、坍塌段為了保護(hù)鉆孔或采用套管鉆井技術(shù)時(shí)需要在鉆孔中下套管（適合套后測(cè)井測(cè)試項(xiàng)通常為CBL、VDL、GR、CCL）。但是下套管后會(huì)對(duì)測(cè)井曲線產(chǎn)生影響：下套管后套管和井液會(huì)影響到井內(nèi)的磁場(chǎng)，對(duì)自然伽瑪測(cè)井來說排除壓力及溫度對(duì)儀器電路的影響（測(cè)井儀外殼保護(hù)），對(duì)測(cè)井曲線的影響主要體現(xiàn)在測(cè)井儀探頭部分上，由伽瑪射線轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的電子在光電倍增管各打拿極間飛行，會(huì)受到磁場(chǎng)的影響，使得測(cè)得測(cè)井值出現(xiàn)誤差，既所謂的磁干擾；而從地層中出射的伽瑪光子在穿過套管時(shí)也會(huì)與套管發(fā)生射線與物質(zhì)相互作用，從而影響到進(jìn)入探測(cè)器的粒子數(shù)量和能量。套管的主要成份為鐵，對(duì)伽瑪射線的吸收比較明顯，故而套管的厚度和合金元素的存在對(duì)自然伽瑪測(cè)井的影響在測(cè)井解譯前也必須加以考慮。

井液（泥漿）在在鉆井過程中可以起到保護(hù)鉆頭以及帶出巖芯屑的作用，歸結(jié)起來井液的作用主要有：沖洗鉆孔、懸浮和攜帶泥（巖）屑、潤(rùn)滑和冷卻鉆具、穩(wěn)定孔壁、通過泥漿反出了解地層等作用，被成為“鉆井的血液”。井液對(duì)自然伽瑪測(cè)井影響主要與用于井液加重的材料有關(guān)，如添加粘土礦物，粘土礦物所含有的放射性元素會(huì)增大自然伽瑪測(cè)井儀器的計(jì)數(shù)；添加鐵磁性物質(zhì)會(huì)影響到鉆井內(nèi)磁場(chǎng)環(huán)境，從而產(chǎn)生磁干擾。不考慮溫度和壓力對(duì)井液密度的影響。

六、結(jié)論

自然伽瑪測(cè)井（GR）是核測(cè)井的重要分支之一，通過測(cè)量地層中元素（主要是天然放射性元素）的自然放射性，從而實(shí)現(xiàn)放射性礦床、常規(guī)金屬、非金屬礦床勘探，地層對(duì)比、巖性劃分、分析古地理環(huán)境等目的，在測(cè)井曲線校深以及射孔校深中具有不可替代的作用。本文著重闡述了自然伽瑪測(cè)井及其影響因素，借鑒本文的方法思路來開展相應(yīng)的測(cè)井工作，勢(shì)必取得良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]周四春.核測(cè)井原理及應(yīng)用[M].成都理工大學(xué)，2008.

[2]侯克斌.自然伽瑪測(cè)井及其影響因素的 Monte Carlo 模擬[M].成都理工大學(xué)，2010.

[3]董蘭屏 龐巨豐《自然伽馬能譜測(cè)井原理及其應(yīng)用》《計(jì)量與測(cè)試技術(shù)》2009年第36卷第9期.