第1页：第六章 中子测井方法概览
中子测井是利用人工中子源发射的快中子与地层的各种相互作用，来研究钻井剖面地层性质的一类测井方法，包括的方法较多：
- 中子孔隙度测井：重要的岩性-孔隙度测井方法之一，主要利用地层对快中子的减速能力，包括井壁中子 SNP 和补偿中子 CNL 两种
- 中子伽马测井：主要利用热中子的俘获效应，可用于区分油水、指示气层或估算孔隙度等
- 中子寿命测井：重要的套管井地层评价方法，用于区分油水、计算饱和度等
- 非弹性散射伽马能谱测井：测量快中子的非弹性散射产生的伽马射线，反映地层中核素的含量，用于区分油水、判断岩性等
- 中子活化测井：利用中子的活化核反应测量地层核素组成，用于岩性识别等
第2页：第六章 中子测井目录
- 6.1 中子测井的核物理基础
- 6.2 中子孔隙度测井
- 6.3 中子寿命测井
- 6.4 其它脉冲中子测井
第3页：中子与中子源
- 同位素（连续）中子源
- 一般为 Am-Be 源，发射中子能量 5 MeV
- 加速器（脉冲）中子源
- 一般为 D-T 源，发射中子能量 14 MeV
- 快中子
- E＞0.5 MeV
- 中能中子
- 1 keV＜E＜0.5 MeV
- 慢中子
- E＜1 keV，进一步分为热中子（室温 0.025 eV）和超热中子（0.2～10 eV）
第4页：快中子非弹性散射与活化
- 快中子非弹性散射：快中子先被岩石中的原子核（靶核）吸收形成复核，而后再放出一个能量较低的中子，原子核处于激发态；处于激发态的原子核以发射 γ 射线的方式释放能量回到基态，此射线称为非弹性散射 γ 射线或次生 γ 射线；14 MeV 的快中子发生此作用的几率很大，与不同原子核作用放出的 γ 射线能量不同，可用于测井，如 C/O 测井
- 快中子对原子核的活化：快中子与稳定原子核发生核反应形成新核素，若这些新核素是放射性的则称为活化核，此反应即活化核反应，放射性核素衰变产生的 γ 射线叫活化 γ 射线，用于测井即中子活化测井
第5页：快中子的弹性散射
快中子与岩石中的原子核发生碰撞后，系统总动能不变，中子能量降低、速度减慢，它损失的能量成为靶核的动能，靶核仍处基态；经过多次弹性散射后，快中子减速为热中子，因此此过程也称为快中子减速过程。
减速能力用弹性散射截面衡量：微观弹性散射截面 σs 是一个中子与原子核发生弹性散射的几率，宏观弹性散射截面 Σs 是 1 cm³ 物质的原子核 σs 之和。沉积岩常见核素中氢是快中子最好的减速剂，而地层中的氢主要在孔隙中的地层流体内，由此发展了中子孔隙度测井。
第6页：热中子的俘获反应
快中子减速形成热中子后不再减速，而是在介质中由热中子密度大的区域向密度小的区域扩散，直到被介质原子核俘获；原子核俘获热中子形成激发态的原子核（复核），放出 γ 射线回到基态，所产生的 γ 射线称为俘获伽马或中子伽马。
- 俘获能力用俘获截面衡量：微观俘获截面 σ 与宏观俘获截面 Σa
- 沉积岩常见核素中氯对热中子的俘获能力最强，而地层中的氯主要存在于地层水内，利用此反应可区分油气和水
- 热中子寿命：热中子从生成开始到被俘获吸收为止经历的平均时间（常温 25℃ 下热中子速度 v 为 0.22 cm/μs）
- 测量俘获伽马的测井方法即中子伽马测井；测量中子寿命或宏观俘获截面的测井方法为中子寿命测井
第7页：中子的几种主要反应示意图
本页为中子的几种主要反应示意图，并列快中子非弹性散射、活化核反应、弹性散射减速与热中子俘获四类作用过程。
第8页：中子的探测
- 中子的测量包括热中子和超热中子
- 利用热中子或超热中子与探测器物质原子核发生核反应，放出电离能力很强的带电粒子（α、p 等）引起电脉冲来记录
- 目前应用较广的包括硼探测器、含锂闪烁计数管、He3 计数管等
- 探测超热中子和热中子的区别：前者因计数效率较低，需在外层加镉做为屏蔽层吸收掉热中子，内层加石蜡把要计数的超热中子减速为热中子后再计数
第9页：第六章 中子测井目录（二）
- 6.1 中子测井的核物理基础
- 6.2 中子孔隙度测井
- 6.3 中子寿命测井
- 6.4 其它脉冲中子测井
第10页：中子孔隙度测井原理
- 在地下储集层中，孔隙空间一般都充满了流体，无论水、油和气都含有氢，而岩石的骨架部分基本不含氢，因而通过测量岩石的含氢量，可以确定岩石孔隙度
- 不同核素组成的不同岩性地层在孔隙度相同时对快中子的减速能力不同；氢是地层中减速能力最强的核素，远远超过其它核素
- 氢含量决定了地层减速能力，而氢主要存在于孔隙流体中；对减速产生的超热中子或热中子计数，即可反映岩层的孔隙度
- 中子孔隙度测井包括超热中子测井（井壁中子 SNP）和热中子测井（补偿中子 CNL）两种
第11页：影响中子计数率的因素
- 超热中子的分布只与含氢量有关，基本不受俘获影响
- 热中子的空间分布既与岩层的含氢量有关，又与含氯量有关
- 孔隙度越大，含氢越多，测井时计数率越低
- 通过热中子计数反映岩层含氢量进而反映孔隙度时，氯就是干扰因素；补偿中子测井的“补偿”就是补偿掉氯的影响
第12页：超热中子测井与补偿中子测井
- 超热中子测井（井壁中子 SNP）：φ 越大，源附近的超热中子越多；测井时采用正源距，因此 φ 越大计数率 N 越小、φ 越小 N 越大；采用贴井壁测量方式，故又称井壁中子测井 SNP 或 SWN
- 热中子测井（补偿中子 CNL）：用长、短源距两个中子探测器得到两个计数率 Nt(r1)、Nt(r2)，根据用石灰岩刻度的仪器得到的计数率比值与石灰岩孔隙度 φN 的关系，直接给出石灰岩刻度的孔隙度测井曲线；当源距 r 足够大时，计数率比值只与减速性质有关，基本不受俘获性质影响
第13页：中子孔隙度测井曲线
- 刻度：中子孔隙度曲线是针对一种特定的骨架岩性按线性孔隙度单位记录的，如 Schlumberger 的伽马-中子组合仪 GNT 的一级刻度标准由休斯顿的 API 中子刻度井确定，把 GNT 仪器在孔隙度为 19％ 的含水石灰岩中的测井响应定义为 1000 API
- 测井响应：由于采用视石灰岩刻度，表现为非线性响应
- 探测深度：指从中子源出发又能到达探测器的中子在地层中渗入的平均深度，由地层含氢量决定，非固定值，含氢量越大其值越小
- 曲线单位：现在测井曲线直接使用孔隙度单位（% 或 PU）
第14页：挖掘效应与探测深度比较
“挖掘效应”现象：对快中子的减速除主要取决于氢外，实际上岩石骨架也起作用，只是其减速能力太差而在计算中被忽略。含天然气时，天然气的氢浓度太低，以至于即使把它的体积看作岩石骨架仍不足以说明其影响（减速能力比骨架还差），使测量的中子孔隙度值偏小。
本页另给出中子和密度测井的探测深度比较。
第15页：中子孔隙度测井主要应用
- 确定地层孔隙度：测井给出了石灰岩刻度的 φN 曲线，其它岩性时需校正
- 与密度测井交会求孔隙度、确定岩性
- φD–φN 曲线重叠直观确定岩性（视石灰岩刻度）：砂岩 φD＞φ真＞φN；石灰岩 φD＝φ真＝φN；白云岩 φD＜φ真＜φN
- 石灰岩孔隙度曲线 φD–φN 重叠，定性判断气层：天然气使 φD 增大（ρb 减小），φN 减小（声波时差增大）
第16页：中子与密度测井重叠划分岩性
本页为中子与密度测井曲线重叠法划分岩性的示意图，以相同孔隙度标尺重叠显示两条曲线。
第17页：判断岩性的实例
本页给出几个判断岩性的例子，分别显示灰岩、砂岩与泥岩在密度-中子孔隙度重叠图上的不同幅度关系。
第18页：中子伽马测井
热中子被俘获产生伽马射线，称为俘获伽马或中子伽马，记录此射线强度的测井就是中子伽马测井。它是最早使用的核测井方法之一，测量简单方便（不贴井壁），定性应用较有效，目前仍有使用。
- 划分气层：气层比油水层显示更高的中子伽马计数率
- 确定油水界面：高矿化度水层的中子伽马计数率明显大于油层
- 估算孔隙度：利用经验公式
第19页：中子伽马测井实例图
本页源文件仅见页码标记，未提取到文字内容，页面主体为图片。内容位于「中子伽马测井」与「第六章 中子测井目录（三）」之间，疑为中子伽马计数率在气层与高矿化度水层上的差异显示，建议对照原课件图片补充本页要点说明。
第20页：第六章 中子测井目录（三）
- 6.1 中子测井的核物理基础
- 6.2 中子孔隙度测井
- 6.3 中子寿命测井
- 6.4 其它脉冲中子测井
第21页：中子寿命测井原理
中子寿命：热中子从生成到被俘获吸收为止经历的平均时间，也称为热中子衰减时间（TDT）。快中子减速变为热中子的过程主要跟地层中的含氢量有关，而热中子被俘获则主要与地层中含氯量有关。
测井原理：由热中子扩散方程出发，取一定时间间隔 ΔT（时窗），由 T1、T2 时刻计数率 N1、N2 的对数比值可得到中子寿命 τ 或 Σ。
第22页：中子寿命测井曲线
中子寿命测井得到 τ 或 Σ 曲线，探测范围约为 35～50 cm。由于套管井中只能使用放射性测井方法，中子寿命测井曲线成为套管井地层评价的重要依据之一。
第23页：中子寿命测井资料应用
中子寿命测井主要用来区分油水层：盐水层（高矿化度水层）比油层的含氯量大，因此比油层的宏观俘获截面大，而中子寿命小；可以求含水饱和度 Sw，特别是地层水含盐量较高时效果较好，是套管井中地层评价的主要方法之一。
本页另给出中子寿命测井确定油水界面变化的实例。
第24页：第六章 中子测井目录（四）
- 6.1 中子测井的核物理基础
- 6.2 中子孔隙度测井
- 6.3 中子寿命测井
- 6.4 其它脉冲中子测井
第25页：碳氧比测井 C/O
碳氧比测井是非弹性散射伽马能谱测井的一种。岩石常见的核素中，C12 和 O16 都具有较大的快中子非弹性散射截面，产生的次生伽马射线能量较高；C12 和 O16 分别为油、气和水的很好的指示核素。选择测量地层中碳和氧产生的次生伽马能谱，取其比值，称碳氧比能谱测井，可用来确定含油饱和度、划分水淹层等，是水淹层测井评价的重要方法之一。
第26页：碳氧比刻度与水淹层实例
本页并列 C/O 实验室刻度确定饱和度的关系图与 C/O 能谱测井判断水淹层的实例图。
第27页：中子活化测井
岩石常见核素中，硅 Si28、钙 Ca48、铝 Al27 和氯 Cl37 等可分别做为砂岩、碳酸盐岩、泥岩和地层水的指示核素，活化测井主要测量这些核素与快中子发生活化反应放出的活化伽马射线强度，实际测井时常测量它们的比值，主要用于判断岩性、区分油水层、计算泥质含量等。
