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探索地球深部油气的眼睛——核测井

2018-12-7 9:38:48 来源:中国矿业报社 作者:汪锐

核测井是可以透视千米岩层探索深部油气资源的眼睛,可以揭示地层深处原子核的奥秘,探寻石油、天然气和其他矿藏。

提起核能,人们就会想到核武器,就会联到氢弹、原子弹、贫铀弹,产生恐惧感。其实放射性是物质的普遍特性,放眼全世界,几乎到处都有放射性物质。岩石中普遍含有天然放射性元素钾、钍和铀,具有天然放射性。严格来说,没有任何一种岩石是非放射性的,只是放射性的水平有高有低。研究表明,天然岩石的放射性并不会对人体造成伤害,很多天然石材如花岗石、大理石广泛应用于日常生活中。

石油、天然气资源是现代人类赖以生存的基础性资源,石油工业为人类提供了食品、汽油、衣物、日常用品等。但石油、天然气资源往往储存在地下几千米的空间中,人类想开发和利用这些资源,就必须具备透视地下的能力。除了人工地震以外,测井是可以给地质学家提供地下情报的关键技术,核测井是其中必不可少的一个环节。

地下岩石的放射性是石油核测井的指路灯,高放射性地层通常没有产油能力,而放射性比较低的地层往往能产油。核测井可透过厚厚的钢套管和水泥环看到后面的地层,能看清这些地层是砂岩、石灰岩、白云岩还是火山岩,能看清地层的孔隙有多大,能分辨孔隙中的流体是原油还是水。核测井测量的γ射线、中子和核磁等三类信号,携带着来自地层的丰富信息,就像红、黄、蓝三原色一样能调和出色彩斑斓的多种图像,以适应地质和工程应用需求。靠着这双特殊的眼睛,测井分析家可以把地层深处的核现象看得一清二楚,追溯地球演化史中的原子核演化过程,进而重现几亿年前的地质景观和生油环境。

比较常见的核测井有三种:一是自然伽马测井。深藏于地层中的铀、钍、钾是天然放射性元素,都能“发光”,但它们发射的光子能量不同,就像三盏具有不同光谱的灯,各有各的能谱。探测这些元素在地层的分布,必须采用自然伽马能谱测井。每个放射性核素都有标志能量的γ射线,通过测量这些γ射线的强度就可以确定放射性核素在地层中的含量。γ射线能谱仪捕捉不同能量的γ射线,并转变为电脉冲,由此可确认这三种元素的含量,进而可划分岩性,研究沉积环境,确定泥质含量并识别黏土矿物,区分生油层和储油层,寻找钾矿和铀矿。二是中子测井。将中子源放入钻井内,中子源放出的中子与井壁周围的物质发生不同程度的作用,当快中子与氢核相碰撞时,由于两者质量相近,快中子的大部分动能传递给氢核而变成了慢中子,后者易被各种物质的原子核俘获,释放出强度较大的γ射线。若快中子与其他物质的原子核相碰撞,损失的动能较少,能到达地层深处,经多次碰撞才会变成慢中子。这时它将被其他物质的原子核俘获而释放出γ射线,因γ射线要穿过较深的地层,衰减较大,到达地面时的强度较小。根据探测仪上测到的γ射线强度变化就可推断钻井周围地层的含氢量,由此划出石油层或水层分布。三是核磁测井。如果在井下仪器中用极化线圈产生与地磁场垂直的强脉冲磁场,迫使氢核的自旋轴离开地磁场的方向,当极化磁场去掉后,它们绕地磁场旋进并逐渐恢复到原有状态。氢核的旋进在感应线圈中产生逐渐衰减的射频信号,其幅度取决于地层中自由流体的氢核数,被称自由流体指数。根据自由流体指数可获得岩石的自由流体孔隙度,配合其它资料可计算渗透率。□

(作者单位:自然资源部中国地质调查局油气资源调查中心)

网站编辑:宫莉

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