補償密度測井儀器刻度原理及應(yīng)用

李健飛，郝桂青

中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，北京 101149

0 引言

地層密度對于地層評價是一個非常有用和具有特征的參數(shù)，密度測井在石油勘探中具有非常重要的意義， 是必不可少的一種測井方法。密度測井的主要用途是判斷巖性和求孔隙度， 和其他測井資料結(jié)合起來， 對地層的含油情況做出正確的評價，它還應(yīng)用于地層壓力預(yù)測和地震地層學的研究方面。了解其技術(shù)原理、掌握刻度方法，對儀器的正確使用是非常重要的。

1 補償密度測井儀的工作原理

補償密度測井儀的基本結(jié)構(gòu)都是由推靠器、探頭、電路組成。儀器的放射源和探測器裝在探頭上， 在測井時， 在推靠器的作用下， 探頭緊靠井壁， 放射源向地層發(fā)射伽馬射線，密度測井儀選用的是Cs137源， 它發(fā)射的伽馬射線能量為0.662MeV ，這些射線和地層物質(zhì)發(fā)生康普頓散射，被散射的伽馬射線被探測器記錄。記錄值經(jīng)過適當?shù)臉硕ǎ?根據(jù)探測器的讀數(shù)就可以確定地層的密度值。

為了補償泥餅對讀數(shù)的影響，探頭中設(shè)置了長、短探測器，為了避免泥漿對讀數(shù)的影響，探頭部分由推靠器推向井壁。在短源距的探測器上貼有鎘片，用于過濾低能伽馬射線，使肋線的直線性更好。探頭內(nèi)的屏蔽體是為了避免接收來的來自源的直接伽馬射線和來自背面泥漿柱散射的伽馬射線。

2 補償密度測井儀刻度的原理

在密度測井儀中，對于選定的Cs137 放射源，光子和地層的相互作用中康普頓占絕對優(yōu)勢，當源強和源距選定后，地層的密度越大，探測器接收的伽馬射線越少，計數(shù)率就越小。地層的密度越小，探測器接收的伽馬射線越多，計數(shù)率就越大。

在實際測井中，由于井壁不規(guī)則和推靠等因素，儀器測得的密度值（稱為視密度）ρa，不僅與地層密度ρb有關(guān)，而且還與泥餅的厚度和密度及平均原子序數(shù)有關(guān)， 所以為了消除泥餅的影響，使用雙源距補償?shù)霓k法來求得地層密度。使用雙源距補償?shù)霓k法，可以由長、短源距的計數(shù)率直接給出地層的密度值，而不用考慮泥餅的影響。

根據(jù)康普頓效應(yīng)原理，可以得出雙源距密度測井的補償方程：

在式（1）中RL為長源距；L，S分別為長短源距計數(shù)值；α，β分別為脊角和肋角。幾種補償密度儀器的工作原理基本相同，下面就以2218密度儀刻度為例來說明其刻度過程。

3 補償密度測井儀的刻度方法及常見問題

3.1 補償密度測井儀的刻度方法

幾種補償密度儀器的工作原理基本相同，下面就以2218密度儀刻度為例來說明其刻度方法。

刻度第一步：用鎂塊刻度。令ρ=ρ1，Δρ=0。其中ρ1=ρmg=2.2。由補償方程（1）可得ρ1=（T-lnL1），（T-lnL1）-tgα（T-lnS1）=0。

刻度第二步：用鋁塊刻度。令ρ=ρ2，Δρ=0。其中ρ2=ρal=2.8。

上述兩點刻度后，就可在脊肋圖中確定脊線和脊角。

刻度第三步：用反鎂塊刻度。 令ρ=ρ3，Δρ =0.2。其中ρ3=ρ反mg=2.48。由補償方程（1）可得

由上式（2）、（3）、（4）可得 ：

由第三步得出的（5）式和（7）式，可確定肋線、肋角，如下圖1所示：

令ΔL=lnL1-lnL2，則有eΔL =L1/L2，L1/L2即為刻度摘要中長短源距鎂鋁計數(shù)之比值。若在某種情況下，刻度出儀器的長源距正常而短源距鎂鋁比值偏小，則對應(yīng)于脊線II的情況，這時計數(shù)S1，S2分別變?yōu)镾1′，S2′。由圖中可以看出ln S1′-ln S2′=ln（S1′/ S2′）〈ln（S1/S2），脊線II的脊角則大于脊線I的脊角。

對其它密度儀器，其工作原理基本相同，刻度時比如2227和2228等都是四點刻度，但其刻度原理都基本類似。

圖1 脊肋圖

3.2 補償密度測井儀刻度時的常見問題及解決方法

在維修保養(yǎng)密度儀器時，長短源距信號必須調(diào)節(jié)到符合要求。可是由于示波器，探針或經(jīng)驗等問題造成了密度信號的偏差從而導致在刻度密度儀器時，刻度值超出允許范圍。

理解了上述刻度原理，我們就可以很快發(fā)現(xiàn)原因并找到對策。假如某支儀器刻度時如上所述，長源距正常，短源距比值偏低。短源距比值偏低說明ln（S1/S2）偏低，脊角增大，則S1，S2計數(shù)都偏低。發(fā)生這種情況有下面幾種原因：一是探測電路門檻過高；二是探測器性能降低；三是高壓偏低。要解決上述問題就只需從上述三個方面入手，檢查哪一項不符合要求，或調(diào)低門檻值或更換探測器或使高壓正常，從而解決問題。如果在實驗室內(nèi)檢查上述三項都正常，可儀器短源距比值仍然偏低，那就會判斷出短源距的探測器的位置不準確，要重新調(diào)節(jié)，因為 tgα=RL/RS，若RS偏小，就會使α變大，造成上述結(jié)果。同理，長源距比值超范圍，解決思路與上述基本相同。

4 結(jié)論

深刻理解了密度儀器的刻度原理，我們就能對密度儀器刻度中出現(xiàn)的問題比如刻度偏大或偏小等做到心中有數(shù)，對于發(fā)生問題的原因才能夠迅速做出判斷，對癥下藥，對相關(guān)的電路參數(shù)進行調(diào)節(jié)，從而快速解決問題，大大提高了工作效率。

[1]胡澍.地球物理測井儀器[M].北京：石油工業(yè)出版社，1990.

[2]張利光.補償密度測井儀的刻度及適用條件[J].核電子學與探測技術(shù)，2003(5).

[3]BAKER ATLAS. Documentation of Montrose Training Centreof BAKER ATLAS. 1992.