CN102621588B

CN102621588B - 一种基于伽马能谱的泥页岩储层及铀矿矿点现场识别方法

Info

Publication number: CN102621588B
Application number: CN201210087844.5A
Authority: CN
Inventors: 邱田民; 张广; 张晋园; 李春山
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec North China Petroleum Bureau Logging Co
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec North China Petroleum Bureau Logging Co
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: CN102621588A

Abstract

本发明涉及一种基于伽马能谱的泥页岩储层及铀矿矿点现场识别方法，该方法通过连续地对钻井液中的相应深度的岩屑进行采样，或者对钻井取心获得的岩心按照相应的深度进行采样；将岩屑或岩心样品放入配套的铅罐内，利用伽马能谱探头对铅罐内岩屑或岩心样品进行测量；然后根据测量结果，得出U(Ra)、Th、K计数率和活度以及总伽玛值，计算出实测岩石中U(Ra)、Th和K的含量；最后根据计算结果绘制成U(Ra)、Th和K含量的变化曲线，利用该曲线的变化特征来识别泥页岩储层和铀矿矿点。本发明将随钻捞取的岩屑或岩心直接进行伽马能谱测量分析，快速地识别评价泥页岩储层和铀矿矿点，是一种经济有效的方法，在钻井现场进行伽马能谱测量，避免了岩石样品受到外界环境的影响，保证了测量结果的准确性。

Description

一种基于伽马能谱的泥页岩储层及铀矿矿点现场识别方法

技术领域

本发明涉及一种基于伽马能谱的泥页岩储层及铀矿矿点现场识别方法。

背景技术

地层岩石中的自然伽马射线主要是由²³⁸U 放射系、²³²Th 放射系和⁴⁰K 产生的。²³⁸U 系、²³²Th 系中每个核素发射伽马射线的能量和强度各不相同，有些核素还发射多种能量的伽马射线，因而伽马射线的能量分布是复杂的。⁴⁰K 是发射单能伽马射线的核素，它发射的唯一伽马射线能量是 1.46Mev。根据U 系衰变表、Th 系衰变表和⁴⁰K 单能射线源提供的数据，用 Matlab 编程可以分别作出它们的能谱图，图 1、图 2和图 3 分别为²³⁸U 系、²³²Th 系和⁴⁰K 的伽马谱线。上述三个图表示的是伽马射线强度与能量的关系，其中²³⁸U、²³²Th 和⁴⁰K 的伽玛谱均指原子核发射的原初伽马射线能谱。原初伽马射线能谱均以线谱形态出现，实际上，用伽马能谱仪测得的伽马谱却是连续谱，这是由于自然伽马射线与探测器的相互作用所致。一般把由多道伽马谱仪测得而变得复杂化的连续谱称为伽马实测谱（仪器谱）。

U 系和 Th 系在放射性平衡的状态下，系内核素原子核数的比例关系是确定的，不同能量的伽马射线的百分强度也是确定的。因此，在实际伽马能谱分析中，²³⁸U 和²³²Th 放射系的这么多能量伽马射线，没有必要都予以考虑，可以分别选择某种核素的特征伽马射线或几种能量的伽马射线来表征²³⁸U 和²³²Th，这些伽马射线称为表征核素的特征伽马射线，相应的能量称为特征伽马能量。特征伽马射线的选取不仅取决于放射性核素的原初伽马能谱，还要考虑测得的实测谱的特征。对于发射单能伽马射线的核素，特征伽马射线是唯一的。选用 U 系中镭的直接衰变产物²¹⁴Bi 发射的 1.76Mev伽马射线来表征²³⁸U；用 Th 系中²⁰⁸Tl 发射的 2.62 Mev伽马射线来表征²³²Th；只能用⁴⁰K 唯一的 1.46Mev伽马射线来表征 K。

采用伽马能谱的目的是为了能够在钻井现场快速地对泥页岩储层或者铀矿矿点进行识别和评价。虽然地层中存在自然伽马射线，如果分布缺乏特异性，也难以利用伽马能谱进行分析。具有伽马辐射的天然放射性核素²³⁸U、²³²Th 和⁴⁰K的含量以及它们之间的比例，在不同的岩石中是有差异的，甚至差别很大，这就为随钻伽马能谱仪的应用提供了必要的条件。目前铀矿识别主要是通过取心送到专业实验室进行岩心含铀量的测定，或者钻井完成后通过测井进行分析，这些都存在滞后性的缺点，而且实验室分析和测井的成本明显要高。

发明内容

本发明的目的是要用经济、有效的技术手段，解决钻井现场快速识别评价泥页岩储层和铀矿矿点的问题，为下一步的施工决策提供及时可靠的依据。

本发明为解决上述问题而提供的一种基于伽马能谱的泥页岩储层及铀矿矿点现场识别方法，泥页岩储层和铀矿矿点现场识别方法的步骤如下：

1）按照一定的间距连续对钻井液中的相应深度的岩屑进行采样，或者对取得的岩心按照相应的深度进行采样；

2）将采集到的岩屑或岩心样品去除钻井液干扰，对采集的岩屑或岩心样品进行清洗并称重；

3）将经过上述处理的岩屑或岩心样品放入配套的铅罐内，利用伽马能谱对铅罐内岩屑或岩心样品进行测量；

4）根据测量结果，得出U(Ra)、Th、K计数率和活度以及总伽玛值，计算出实测岩石中U(Ra)、Th和K的含量；

5）根据计算结果绘制成U(Ra)、Th和K含量的变化曲线，利用该曲线的变化特征来识别泥页岩储层和铀矿矿点。

所述的步骤4）中计算单位质量岩石样品U、Th、K含量是通过标样中的U、Th、K的含量换算得出的，其具体过程如下：

a）将岩屑或岩心样品中U、Th、K实测值分别归一到单位质量中U、Th、K实测值；

b）将得出的单位质量中U、Th、K实测值分别减去岩石中U、Th、K的测量基值；

c）将由步骤b）得出的值分别比上单位质量标样中的U、Th、K测量值；

d）将得出的三个比值分别乘以单位质量标样中的U、Th、K含量即分别得到单位质量岩屑或岩心中U、Th、K的含量。

所述步骤1）中的采样间距应符合设计要求（通常1米采一个样），岩屑采样深度应根据迟到时间计算准确。

所述的步骤3）中第一次测量应进行三次重复性测量，以确保仪器精度在可靠范围内。

所述的步骤5）中识别泥页岩储层和铀矿矿点是通过寻找U含量的相对高值区域。

本发明的有益效果是：本发明在钻井现场对随钻捞取的岩屑或岩心进行伽马能谱测量分析，快速地识别、评价泥页岩储层和铀矿矿点，是一种经济、有效的方法。另外，在钻井现场进行伽马能谱测量，也避免了岩石样品受到外界环境的影响，保证了测量结果的准确性。

附图说明

图1是²³⁸U放射系γ能谱图；

图2是²³²Th放射系γ能谱图；

图 3是⁴⁰K单能γ能谱图；

图4是本发明实施例中1号井伽玛能谱综合录井图；

图5是本发明实施例中2号井岩心伽马能谱综合录井图；

图6是本发明实施例中3号井第三回次岩心Ra活度与辐射剂量趋势图；

图7是本发明实施例中3号井岩心铀含量图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

1. 按照一定的间距连续对随钻井液排出的岩屑进行采样，根据迟到时间计算岩屑所处的地层深度，建立采样岩屑与地层深度之间的对应关系；对通过钻井取心获得的岩心进行采样，计算每块岩心对应的地层深度，建立采样岩心与地层深度之间的关系。

2.将采集的岩屑或岩心样品去除钻井液干扰，将岩屑进行清洗，岩心样品用湿布拭除泥浆，然后对处理后的岩心或岩屑进行称重并记录。

3.将经过上述处理的岩屑或岩心样品放入仪器铅罐内，利用伽马能谱探头对岩屑或岩心样品进行测量，测量时采用CIT-3000F伽马能谱分析仪，本仪器是国内应用在石油领域内较为先进的伽马能谱分析仪器之一，在多道谱仪、自动稳谱、活度测量模型、数据采集与处理、方法研究等技术方面位列国内领先水平；打开仪器预热30分钟，分别对给定的O模型（铅室本底）、K模型、Th模型及U(Ra)模型依次进行测量并保存谱线，同时获取谱线峰道址并输入仪器，读数获取各个模型的计数率。第一次测量时用标样测量和现场岩石样各测量三次，，重复性测量相对误差小于1%，以确保仪器达到规定要求。

4.根据测量结果，得出U(Ra)、Th、K计数率和活度以及总伽玛值，计算出实测岩石中U (Ra)、Th和K的含量，以计算岩石中的铀含量为例，首先将岩石实测值归一到单位质量实测值，然后减去岩石铀测量基值，将此值比上单位质量标样中的铀测量值，再乘以单位质量标样中的铀含量即可得出单位质量岩石中铀的含量。

Figure 2012100878445100002DEST_PATH_IMAGE001

其中m为单位质量岩石铀百分含量，m₀为单位质量标样铀百分含量，Q为单位质量岩石铀测量值，Q₀为单位质量标样铀测量值。

表1 单位质量铀标样含量值

Figure 2012100878445100002DEST_PATH_IMAGE002

表2 单位质量铀标样测量值

采用上述公式，对3号井第4回次岩心铀含量进行计算，结果表2所示：

表3 3号井铀含量测量结果

Figure 2012100878445100002DEST_PATH_IMAGE004

5.根据计算结果绘制成U(Ra)、Th和K含量的变化曲线，利用该曲线的变化特征来识别泥页岩储层和铀矿矿点。

1）泥页岩储层识别

沉积岩一般不含放射性矿物，其自然放射性一般是岩石吸附放射性物质引起的，泥质更容易吸附放射性物质，因而岩石的自然放射性随着泥质含量的增加而增加。粘土物质和有机质对放射性物质的吸附较其他岩性强，而泥页岩中含有的有机质和粘土矿物较多，因而放射性最强，所以在泥页岩段伽马能谱曲线有异常反映。国内外不少学者研究证明泥页岩有机质含量与U系产物含量呈现正相关，既U(Ra)含量高的泥页岩段，有机质含量也高，据此可以识别泥页岩储层。

对1号井××层位泥页岩岩屑样品进行随钻伽玛能谱分析，获取数据并成图，如图4所示，从图4中可以看出在泥页岩段U(Ra)含量具有明显的异常反映，变化幅度大，呈锯齿状高值，相应深度的有机质含量也出现高值，取心结果岩性确定为黑色泥页岩，岩心出筒伴有少量气泡渗出也是佐证。通过对不同岩性三种放射性物质含量分析结果可以得出页岩的镭(铀)系的平均含量最高，达到11.1434%，其他岩性的平均含量在7.1952%～8.5718%之间；钍的含量分布范围在75.2269%～78.2606%之间，在各种岩性中分布交往均匀，不具有区分性；钾的含量在几种岩性中以页岩含量最低；另外总伽马在页岩段也呈相对高值。由此可以看出随钻伽马能谱录井分析在泥页岩储层识别中具有较明显的效果。

表4 不同岩性铀钍钾平均含量表

2）铀矿矿点识别

以2号井岩心伽马录井图为例，如图5所示。从图5中曲线变化幅度可以看出，深度639m处，U(Ra)含量呈现尖峰高值，U(Ra)活度和总伽玛也呈现高值，而Th和K含量极其活度都显示为低值，因此可以说铀(镭)系的含量高对总伽马值高的贡献最大，因此可以说639m处为一有利的铀矿矿点；在深度646m处也显示出同样的效果，而且伽马值更高，明显是铀矿矿点反映。这是伽马能谱测井无法匹敌的，显示出伽马能谱录井的独到优势。

在钻井过程中，还可以进行辐射剂量的有效测定。对3号井的中砂岩岩心分别进行了伽马能谱和辐射剂量的测定，对辐射剂量扩大一千倍后绘制成曲线，从图6可以看出两者的变化趋势具有较好的相关性。一般而言，铀（镭）的活度越高，其辐射剂量也高，其辐射剂量均在安全范围内，图7为3号井岩心测量结果，从图中可以直观的看出在深度436m左右存在明显的高值区域，深度444m以下井段数值也较高，表明其铀（镭）含量较其它井段富集。

Claims

1.一种基于伽马能谱的泥页岩储层及铀矿矿点现场识别方法，其特征在于：该泥页岩储层及铀矿矿点现场识别方法的步骤如下：

1）按照一定的间距连续对钻井液中的相应深度的岩屑进行采样，或对钻井取心获得的岩心按照相应的深度进行采样；

3）将经过上述处理的岩屑或岩心样品放入配套的铅罐内，利用伽马能谱探头对岩屑或岩心样品进行测量；

4）根据测量结果，得出U-Ra、Th、K计数率和活度以及总伽玛值，计算出实测岩石中U-Ra、Th和K的含量；

5）根据计算结果绘制U-Ra、Th和K含量的变化曲线，利用该曲线的变化特征来识别泥页岩储层和铀矿矿点，泥页岩储层的识别是通过寻找U-Ra含量高的区域，铀矿矿点的识别是通过找寻U-Ra含量呈现尖峰高值、U-Ra活度和总伽马呈现高值、以及Th和K含量及其活度都显示为低值的区域。

2.根据权利要求1所述的基于伽马能谱的泥页岩储层及铀矿矿点现场识别方法，其特征在于：所述的步骤4）中计算单位质量岩石样品U-Ra、Th、K含量是通过标样中的U-Ra、Th、K的含量换算得出的，其具体过程如下：

a）将岩屑或岩心样品中U-Ra、Th、K实测值分别归一到单位质量中U-Ra、Th、K实测值；

b）将得出的单位质量中U-Ra、Th、K实测值分别减去岩石中U-Ra、Th、K的测量基值；

c）将由步骤b）得出的值分别比上单位质量标样中的U-Ra、Th、K测量值；

d）将得出的三个比值分别乘以单位质量标样中的U-Ra、Th、K含量即分别得到了单位质量岩屑或岩心中U-Ra、Th、K的含量。

3.根据权利要求1所述的基于伽马能谱的泥页岩储层及铀矿矿点现场识别方法，其特征在于：所述步骤1）中的采样间距应符合设计要求，岩屑采样深度应根据迟到时间准确计算。

4.根据权利要求1所述的基于伽马能谱的泥页岩储层及铀矿矿点现场识别方法，其特征在于：所述的步骤3）中第一次测量时应进行三次重复性测量，以确保仪器精度在可靠范围内。