补偿密度测井仪器刻度原理及应用

李健飞，郝桂青

中海油田服务股份有限公司油田技术事业部，北京 101149

0 引言

地层密度对于地层评价是一个非常有用和具有特征的参数，密度测井在石油勘探中具有非常重要的意义， 是必不可少的一种测井方法。密度测井的主要用途是判断岩性和求孔隙度， 和其他测井资料结合起来， 对地层的含油情况做出正确的评价，它还应用于地层压力预测和地震地层学的研究方面。了解其技术原理、掌握刻度方法，对仪器的正确使用是非常重要的。

1 补偿密度测井仪的工作原理

补偿密度测井仪的基本结构都是由推靠器、探头、电路组成。仪器的放射源和探测器装在探头上， 在测井时， 在推靠器的作用下， 探头紧靠井壁， 放射源向地层发射伽马射线，密度测井仪选用的是Cs137源， 它发射的伽马射线能量为0.662MeV ，这些射线和地层物质发生康普顿散射，被散射的伽马射线被探测器记录。记录值经过适当的标定， 根据探测器的读数就可以确定地层的密度值。

为了补偿泥饼对读数的影响，探头中设置了长、短探测器，为了避免泥浆对读数的影响，探头部分由推靠器推向井壁。在短源距的探测器上贴有镉片，用于过滤低能伽马射线，使肋线的直线性更好。探头内的屏蔽体是为了避免接收来的来自源的直接伽马射线和来自背面泥浆柱散射的伽马射线。

2 补偿密度测井仪刻度的原理

在密度测井仪中，对于选定的Cs137 放射源，光子和地层的相互作用中康普顿占绝对优势，当源强和源距选定后，地层的密度越大，探测器接收的伽马射线越少，计数率就越小。地层的密度越小，探测器接收的伽马射线越多，计数率就越大。

在实际测井中，由于井壁不规则和推靠等因素，仪器测得的密度值（称为视密度）ρa，不仅与地层密度ρb有关，而且还与泥饼的厚度和密度及平均原子序数有关， 所以为了消除泥饼的影响，使用双源距补偿的办法来求得地层密度。使用双源距补偿的办法，可以由长、短源距的计数率直接给出地层的密度值，而不用考虑泥饼的影响。

根据康普顿效应原理，可以得出双源距密度测井的补偿方程：

在式（1）中RL为长源距；L，S分别为长短源距计数值；α，β分别为脊角和肋角。几种补偿密度仪器的工作原理基本相同，下面就以2218密度仪刻度为例来说明其刻度过程。

3 补偿密度测井仪的刻度方法及常见问题

3.1 补偿密度测井仪的刻度方法

几种补偿密度仪器的工作原理基本相同，下面就以2218密度仪刻度为例来说明其刻度方法。

刻度第一步：用镁块刻度。令ρ=ρ1，Δρ=0。其中ρ1=ρmg=2.2。由补偿方程（1）可得ρ1=（T-lnL1），（T-lnL1）-tgα（T-lnS1）=0。

刻度第二步：用铝块刻度。令ρ=ρ2，Δρ=0。其中ρ2=ρal=2.8。

上述两点刻度后，就可在脊肋图中确定脊线和脊角。

刻度第三步：用反镁块刻度。 令ρ=ρ3，Δρ =0.2。其中ρ3=ρ反mg=2.48。由补偿方程（1）可得

由上式（2）、（3）、（4）可得 ：

由第三步得出的（5）式和（7）式，可确定肋线、肋角，如下图1所示：

令ΔL=lnL1-lnL2，则有eΔL =L1/L2，L1/L2即为刻度摘要中长短源距镁铝计数之比值。若在某种情况下，刻度出仪器的长源距正常而短源距镁铝比值偏小，则对应于脊线II的情况，这时计数S1，S2分别变为S1′，S2′。由图中可以看出ln S1′-ln S2′=ln（S1′/ S2′）〈ln（S1/S2），脊线II的脊角则大于脊线I的脊角。

对其它密度仪器，其工作原理基本相同，刻度时比如2227和2228等都是四点刻度，但其刻度原理都基本类似。

图1 脊肋图

3.2 补偿密度测井仪刻度时的常见问题及解决方法

在维修保养密度仪器时，长短源距信号必须调节到符合要求。可是由于示波器，探针或经验等问题造成了密度信号的偏差从而导致在刻度密度仪器时，刻度值超出允许范围。

理解了上述刻度原理，我们就可以很快发现原因并找到对策。假如某支仪器刻度时如上所述，长源距正常，短源距比值偏低。短源距比值偏低说明ln（S1/S2）偏低，脊角增大，则S1，S2计数都偏低。发生这种情况有下面几种原因：一是探测电路门槛过高；二是探测器性能降低；三是高压偏低。要解决上述问题就只需从上述三个方面入手，检查哪一项不符合要求，或调低门槛值或更换探测器或使高压正常，从而解决问题。如果在实验室内检查上述三项都正常，可仪器短源距比值仍然偏低，那就会判断出短源距的探测器的位置不准确，要重新调节，因为 tgα=RL/RS，若RS偏小，就会使α变大，造成上述结果。同理，长源距比值超范围，解决思路与上述基本相同。

4 结论

深刻理解了密度仪器的刻度原理，我们就能对密度仪器刻度中出现的问题比如刻度偏大或偏小等做到心中有数，对于发生问题的原因才能够迅速做出判断，对症下药，对相关的电路参数进行调节，从而快速解决问题，大大提高了工作效率。

[1]胡澍.地球物理测井仪器[M].北京：石油工业出版社，1990.

[2]张利光.补偿密度测井仪的刻度及适用条件[J].核电子学与探测技术，2003(5).

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