同位素吸水剖面测井技术课件.ppt

所谓能谱，就是把全部伽马射线的能量空间从低到高均匀划分成256 个区间，每一个区间称为一个能量道，每个能量道内伽马射线的总数目称为道计数，全部 256 个能量道的道计数构成一个能谱。简单地说，能谱就是伽马射线在各个能量道上的分布。例如：40 K 放出的伽马射线特征能量是 1.4609MeV，对应于能量坐标上的第 105 道。在探头的能量分辨率无限好的情况下，40 K 放出的全部伽马射线应该全部落在能量坐标的第 105 道上。然而，事实上，由于实际测量使用的晶体的能量分辨率有限，而且对伽马射线进行计数时还有天然存在的统计涨落的影响，因此从能谱图上看到的图景是：40 K 放出的伽马射线比较“集中”地分布在 105 道附近，形成一个“钾峰”（图 2）。214 Bi放出的伽马射线集中分布在 127 道附近，形成一个“铀峰”（图 3）。208Tl 放出的伽马射线集中分布在 188 道附近，形成一个“钍峰”（图4）。 八、同位素能谱测试原理 图2- 伽马射线能量谱的钾峰 图3-伽马射线能量谱的铀峰 图4-伽马射线能量谱的钍峰 在图 2、图 3、图4 中，在地层自然伽马射线能量谱上钾铀、钍三个峰的形态（主要是峰高度和峰宽度等计数率特征）是由地层岩石中这三种放射性核素的具体含量（即“丰度”）决定的。也就是说，这三个峰的计数率特征反映了地层岩石的放射性特征。 八、同位素能谱测试原理 能量低于1.02MeV的伽马射线与物质将发生两种作用：康普顿散射和广电吸收。康普顿散射效应使入射伽马射线能量降低并改变方向。而光电吸收效应则完全吸收了此伽马射线。同位素示踪剂以固定的能谱发射能量不同的几种伽马射线。这些伽马穿越物质后的结果是：在射线强度因散射和吸收而减弱的同时，伽马能谱也发生了变化。对于低能伽马射线其能谱有两种主要变化趋势：其一，因能量较高的伽马射线的穿透能力比低能伽马强，使得从源发出的伽马射线在穿透同样物质的过程中，其低能部分衰减较多，高能部分衰减较少，能谱中的低能峰先于高能峰逐渐消弱直至消失。其二，能量较高的伽马射线因与物质发生康普顿散射而降为能量较低且连续分布的伽马射线。经过多次康普顿散射后，散射伽马峰由弱而强，又逐渐衰弱。一般说来，能量合适的伽马射线穿过的物质的密度越大，原子序数越大，厚度越厚，其谱形变化就越显著。即使是单能伽马同位素也会发生这种能谱谱形变化。 八、同位素能谱测试原理 基于上述物理现象可以推测：在注水剖面测井的条件下，通过对在油管中测得的伽马能谱的谱形变化程度的度量，就可以判断射线是否穿过了油管套管。如果判定射线没有穿过油管就可以判定发射次射线的示踪剂是附着在油管内壁，从而认定是沾污；如果判定射线穿过了油管而没有穿过套管，就可以判定发射此射线的示踪剂是附着在油管外壁或套管内壁，从而也认定是沾污；若判定射线穿过了油管和套管，就可以认定该示踪剂在套管外壁，属于正常滤积或串槽。基于同样的推理，还可能判断示踪剂进入地层的程度。 当前用于注水剖面测井的放射性同位素主要有131Ba和113m Ln，其核辐射特性列于表1.它们发射的主要伽马射线的能量在124-496Kev之间。水、水泥、致密纯石英砂岩和铁对上述能量范围中的伽马射线的线性吸收系数也列于表1中。这些物质的线性吸收系数与伽马能量的函数图像示于图5. 从图5中可以明显看出在此能区中物质对高能伽马的吸收能力显著地弱于低能伽马，也可看出钢制套管和油管的伽马吸收能力比水强得多。这表明当前常用示踪同位素可以满足前述能谱示踪法物理基础的基本要求，但水泥和砂岩的线性吸收系数很接近，预示着用此方法判断射线穿过的是水泥环还是砂岩的效果可能不很理想。 八、同位素能谱测试原理 示踪注水剖面测井常用同位素的核辐射特性 八、同位素能谱测试原理 为进一步考察本方法物理推理的正确性和实用性，进行了模型井实验。模型井（见图1）由2.5in油管5.5in套管及模拟地层构成。将131Ba示踪剂置于模型井筒的不同径向位置时，用碘化纳探头在油管中实测得到的伽马能谱于图6. 图6中自上而下依次是131Ba源置于：（1）油管内表面；（2）油管外表面；（3）套管内表面；（4）套管外表面时的伽马能谱。4张谱在图6中的横坐标（能量）相同，纵坐标（相对计数）的基线依次等间距下移，以便于对比谱形的变化。 由图6可见，当131Ba源在油管内壁时，测得的伽马能谱可以清晰地显示出131Ba的4个主要能量的全能峰。随着源的位置沿径向外移，全能峰面积随之减少，而且其中低能峰面积比没有峰面积减小得快。当源在套管内时，两高能峰尚清晰可辨，而216keV峰已逐渐消失。当源在套管外时，仅仅只有496keV峰尚可辨识，而在200keV一下能段隆起的散射峰已占据主导地位，而且更低能部分已被消弱，表现出强光点吸收效应