張 鋒，劉軍濤，冀秀文，袁 超

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266555；2.中國(guó)石油 大港油田測(cè)試公司，天津 大港 300280）

地層元素測(cè)井是利用中子源產(chǎn)生的快中子進(jìn)入地層，與地層元素原子核發(fā)生作用放出伽馬射線，記錄非彈性散射和俘獲伽馬能譜，以實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)譜為基礎(chǔ)，利用譜分析技術(shù)得到地層元素含量，并利用氧化物閉合模型和聚類(lèi)因子分析等方法確定地層礦物類(lèi)型及含量，進(jìn)而進(jìn)行地層評(píng)價(jià)［1］。

地層元素測(cè)井可以識(shí)別復(fù)雜巖性、確定孔隙度、滲透率、骨架密度、粘土體積等參數(shù)，此外能夠?yàn)檠芯砍练e環(huán)境及致密氣和頁(yè)巖氣等儲(chǔ)層勘探提供重要技術(shù)手段［1－5］。了解國(guó)外地層元素測(cè)井技術(shù)進(jìn)展及其應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上形成自主的地層元素測(cè)井技術(shù)是我國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)的迫切需求。

1 地層元素測(cè)井原理

1.1 元素測(cè)井伽馬能譜

1.1.1 非彈性散射伽馬能譜

快中子先被靶核吸收形成復(fù)核，而后放出一個(gè)能量較低的中子，靶核仍處于激發(fā)態(tài)，常常以發(fā)射伽馬射線的方式釋放出激發(fā)能而回到基態(tài)。由此產(chǎn)生的伽馬射線稱(chēng)為非彈性散射伽馬射線［1］。不同原子核發(fā)生非彈性散射反應(yīng)截面和放出的γ射線能量不同，在地層中與快中子發(fā)生非彈性散射的主要有碳、氧、硅、鈣及鐵等元素的原子核［5］。

1.1.2 熱中子俘獲伽馬能譜

快中子經(jīng)過(guò)一系列的非彈性和彈性散射，能量逐漸降低，形成熱中子。靶核俘獲一個(gè)熱中子而變成激發(fā)態(tài)的復(fù)核，然后復(fù)核放出一個(gè)或幾個(gè)伽馬光子，放出激發(fā)能而回到基態(tài)。這種伽馬射線稱(chēng)為熱中子俘獲伽馬射線。不同原子核具有不同的能級(jí)，因而各種原子核放出的伽馬射線能量也不相同。在元素測(cè)井中俘獲伽馬射線主要由氫、氯、硅、鈣、鐵、硫、鈦、鉻及鉀等元素原子核與熱中子發(fā)生的俘獲作用產(chǎn)生［5］。

1.2 元素測(cè)井地質(zhì)基礎(chǔ)

地殼中的化學(xué)元素只相對(duì)集中于少數(shù)幾種，其中 O（49.13%）、Si（26.00%）、Al（7.45%）、Fe（4.20%）、Ca（3.25%）、Na（2.40%）、K（2.35%）、Mg（2.35%）和 H（1.00%））等9種元素已占地殼總質(zhì)量的98.13%，其余元素僅占1.87%［6］。同樣，盡管地殼巖石中已發(fā)現(xiàn)的礦物多達(dá)2 200種，但在火成巖、變質(zhì)巖和頁(yè)巖中常見(jiàn)的礦物種類(lèi)也不過(guò)十余種。因此，利用已確定的十余種元素含量的中子伽馬能譜測(cè)井，就能鑒別出地殼巖石中礦物的類(lèi)型及豐度，從而進(jìn)行地層評(píng)價(jià)。

2 元素能譜測(cè)井技術(shù)發(fā)展

2.1 斯倫貝謝公司ECS測(cè)井儀［2］

斯倫貝謝公司的 ECS（Elemental Capture Spectroscopy）測(cè)井儀器主要由592GBq（16Ci）的241Am－Be中子源和1個(gè)BGO晶體探測(cè)器組成，利用硼套來(lái)減少非地層俘獲產(chǎn)生的伽馬射線，如圖1所示。中子進(jìn)入地層后與元素原子核作用放出非彈性散射伽馬射線和俘獲伽馬射線，利用BGO探測(cè)器記錄254道伽馬能譜，每種元素產(chǎn)生特定能量的特征伽馬射線，其計(jì)數(shù)率與元素的豐度呈比例。ECS測(cè)井儀主要利用俘獲伽馬能譜確定元素含量［2］。

ECS儀器是從 GLT（Geochemical Logging Tool）和 RST（Reservoir saturation Tool）發(fā)展起來(lái)的，其外徑為127mm，長(zhǎng)約3.1m，重138kg，適用最大和最小井眼尺寸分別為500mm和165mm，測(cè)井速度為540m／h，采樣間隔為0.15m，測(cè)量伽馬射線能量范圍為600 keV～8MeV，縱向分辨率和探測(cè)深度分別為45.72cm和22.86cm。測(cè)井不受泥漿類(lèi)型影響，可以和多種測(cè)井儀聯(lián)合測(cè)量，具有儀器短、應(yīng)用簡(jiǎn)單、快速等特點(diǎn)，可以測(cè)量足夠元素種類(lèi)進(jìn)行巖性評(píng)價(jià)。一般條件下元素含量的不確定度分別為：Si，2.16%；Ca，2.19%；Fe，0.36%；S，1.04%；Ti，0.1%；Gd，3.48×10－6）［7］。

2.2 哈里伯頓公司GEM測(cè)井儀［3］

哈里伯頓公司的 GEM（Geochemical logging）測(cè)井儀同樣采用241Am－Be同位素中子源和1個(gè)BGO晶體探測(cè)器，采用優(yōu)化的中子和伽馬射線屏蔽來(lái)提高信噪比，如圖2所示。采用同位素源目的是減小儀器電路及結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，增加測(cè)量穩(wěn)定性，減小儀器長(zhǎng)度，但采集到的信息相對(duì)于脈沖中子源比較單一。

圖1 ECS測(cè)井儀

圖2 GEM測(cè)井儀

GEM通過(guò)和直徑90mm的測(cè)井短節(jié)組合使用，一次下井能夠進(jìn)行補(bǔ)償中子、伽馬－伽馬密度和自然伽馬能譜測(cè)井。測(cè)井過(guò)程中能夠?qū)崟r(shí)輸出元素含量進(jìn)行地層巖性評(píng)價(jià)。探測(cè)器部分最大直徑為120mm；探測(cè)器部分的上部和下部都是偏心設(shè)計(jì)，有利于其他偏心儀器的連接；儀器貼井壁測(cè)量，連接扶正器可在直徑500mm的井眼進(jìn)行測(cè)量；可以在油基泥漿、水基泥漿及孔隙鉆井條件下使用，縱向分辨率為54cm。

2.3 貝克休斯公司FLS測(cè)井儀［4］

貝克休斯公司的FLS（Formation Lithology Spectrometer）測(cè)井儀由高頻率的D－T脈沖中子發(fā)生器、BGO晶體閃爍探測(cè)器、高速井下傳輸線路和高強(qiáng)度鈦外殼組成，并采用相應(yīng)的中子和伽馬屏蔽體來(lái)消除井眼等環(huán)境伽馬的影響，其結(jié)構(gòu)示意圖示于圖3。

FLS儀器的發(fā)射脈沖示于圖4。脈沖中子源工作頻率為10 000Hz；脈沖中子工作時(shí)序分為兩個(gè)階段，第一階段包括950個(gè)重復(fù)工作的短周期，每個(gè)短周期工作時(shí)間為100μs，其中10～40μs記錄非彈伽馬信息，50～100μs記錄俘獲伽馬信息；第二階段包括50個(gè)工作時(shí)間為100 μs的短周期，這個(gè)階段關(guān)閉脈沖中子發(fā)生器，記錄伽馬本底譜，用于非彈譜和俘獲譜本底的扣除。脈沖中子發(fā)生器較同位素中子源獲得地層信息多，但FLS的非彈譜信息探測(cè)深度較小，統(tǒng)計(jì)漲落較大，采用單探測(cè)器不能充分利用各種譜數(shù)據(jù)信息獲取地層參數(shù)。

圖3 FLS測(cè)井儀示意圖

圖4 FLS脈沖中子發(fā)射時(shí)序

3 地層元素測(cè)井能譜數(shù)據(jù)處理方法

地層元素測(cè)井儀器探測(cè)來(lái)自于井眼和地層中所有元素原子核的非彈及俘獲混合伽馬能譜，如何從混合能譜中準(zhǔn)確得到各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是元素測(cè)井應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

3.1 建立地層常見(jiàn)元素的標(biāo)準(zhǔn)伽馬能譜

利用元素測(cè)井儀器測(cè)量混合伽馬能譜，建立地層常見(jiàn)元素原子核的標(biāo)準(zhǔn)伽馬能譜，并采用最優(yōu)的解譜方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終得到地層的元素含量，因此地層常見(jiàn)元素的標(biāo)準(zhǔn)伽馬能譜是進(jìn)行譜數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵。地層常見(jiàn)元素的非彈和俘獲標(biāo)準(zhǔn)伽馬能譜，通常采用模型井實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法獲得。

利用儀器測(cè)量已知元素組成的地層，獲得常見(jiàn)元素標(biāo)準(zhǔn)非彈和俘獲伽馬能譜及不同巖性條件下的混合伽馬能譜，以此為基礎(chǔ)對(duì)儀器進(jìn)行刻度校正，為測(cè)量數(shù)據(jù)的處理解釋提供依據(jù)。Pemper［4］等利用FLS儀器在模型井中得到的常見(jiàn)巖性地層的俘獲伽馬能譜和非彈伽馬能譜示于圖5和圖6。

圖5 地層常見(jiàn)巖性俘獲譜

圖6 地層常見(jiàn)巖性非彈譜

利用蒙特卡羅數(shù)值模擬方法時(shí)可以根據(jù)實(shí)際條件設(shè)定計(jì)算模型，得到地層常見(jiàn)元素的標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器響應(yīng)能譜［8］，模擬時(shí)地層填充 H2O、C22H46、SiCl4、MgCl2和 CaCl2，記錄快中子與16O、12C、28Si、24Mg和40Ca發(fā)生非彈性散射放出的伽馬譜；地層分別填充 SiO2、CaCO3、Al2O3、TiO2、K2O、Fe2O3和 CuS，記錄熱中子與28Si、40Ca、27Al、48Ti、39K、56Fe和65Cu 發(fā) 生 俘 獲 反 應(yīng)放出的伽馬譜。探測(cè)器為BGO晶體，能量分辨率為12%，得到的元素標(biāo)準(zhǔn)非彈和俘獲伽馬譜示于圖7和圖8。

圖7 地層常見(jiàn)元素非彈標(biāo)準(zhǔn)譜

圖8 地層常見(jiàn)元素俘獲標(biāo)準(zhǔn)譜

利用數(shù)值模擬方法獲取元素標(biāo)準(zhǔn)伽馬能譜可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定計(jì)算模型，彌補(bǔ)難以建立不同地層條件下模型井的不足，成本低、操作簡(jiǎn)單。但對(duì)實(shí)際能譜進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得實(shí)際儀器的測(cè)量伽馬能譜，將模型井獲得數(shù)據(jù)與數(shù)值分析結(jié)果反復(fù)對(duì)比，建立兩者之間響應(yīng)關(guān)系，最終得到一套標(biāo)準(zhǔn)伽馬能譜，為確定元素含量提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.2 確定地層元素產(chǎn)額［9］

在確定地層元素含量時(shí)，通常采用最小二乘進(jìn)行譜數(shù)據(jù)處理，假定地層中有m種元素，在整個(gè)伽馬能譜中選取n個(gè)能量道區(qū)，ci是測(cè)量伽馬能譜第 道的計(jì)數(shù)率，則有：

式中：αij為測(cè)井儀器的響應(yīng)矩陣元，由m個(gè)歸一化的標(biāo)準(zhǔn)譜產(chǎn)生；yj為第j種元素的相對(duì)產(chǎn)額；εi為誤差。用最小二乘法可求得：

為了判斷擬合度的好壞，擬合度可用Δ表示：

若Δ太大，則可能漏掉或多加了一些地層元素的標(biāo)準(zhǔn)譜，也可能是能窗選取不當(dāng)，則改變區(qū)段或標(biāo)準(zhǔn)譜數(shù)再作擬合，直到獲得可以接受的結(jié)果。

利用非彈譜求解地層元素產(chǎn)額時(shí)，探測(cè)深度約為12.7～25.4cm，統(tǒng)計(jì)漲落誤差較大，受井眼條件（井眼尺寸、井內(nèi)流體、套管）等影響較大，需要進(jìn)行精細(xì)影響因素校正；利用俘獲譜求解地層有關(guān)元素產(chǎn)額時(shí)，探測(cè)深度約為20.3～30.5cm，統(tǒng)計(jì)誤差較小，脈沖時(shí)序及硼套都能夠減小井眼條件的影響，因此解釋結(jié)果也較為精確。

3.3 元素產(chǎn)額向元素含量的轉(zhuǎn)換［10］

設(shè)F為隨深度而變化的歸一化因子，Yi為元素i的相對(duì)產(chǎn)額，Si為元素i的探測(cè)靈敏度因子，Wi為元素i的百分含量，則相對(duì)產(chǎn)額與元素百分含量的關(guān)系為：

歸一化因子F滿足閉合條件，即所有元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為1。

對(duì)于非彈譜根據(jù)地層元素閉合模型有：

式中：FI為非彈伽馬能譜的歸一化因子；YIi為元素i的非彈伽馬能譜相對(duì)產(chǎn)額；SIi為元素i的非彈伽馬能譜探測(cè)靈敏度因子；WH為氫元素百分含量；

對(duì)于俘獲譜根據(jù)元素閉合模型有：

式中：FC為俘獲伽馬能譜的歸一化因子；YCi為元素i的俘獲伽馬能譜相對(duì)產(chǎn)額；SCi為元素i的俘獲伽馬能譜探測(cè)靈敏度因子；WC、WO、WK、WAl分別為碳、氧、鉀、鋁元素百分含量；利用公式（5）和公式（6），采用非彈和俘獲伽馬能譜聯(lián)合求解可得到地層有關(guān)元素百分含量。

若只利用俘獲伽馬能譜求解地層元素含量，由于俘獲伽馬不能測(cè)出碳、氧、鈉和鎂，元素的閉合條件不滿足，采用氧化物閉合模型可以近似解決沒(méi)有碳和氧的測(cè)量值問(wèn)題，使這些元素的氧化物和碳酸鹽的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為1，每個(gè)深度點(diǎn)有特定方程：

式中：Xi為元素i的氧化物或碳酸鹽的質(zhì)量與第i種元素的質(zhì)量比，定義為元素i的氧化物指數(shù)；WK為利用自然伽馬能譜測(cè)井確定的K的質(zhì)量百分含量；WAl為利用活化測(cè)井確定的Al的質(zhì)量百分含量。閉合模型中不考慮鎂的影響，可以利用光電吸收截面指數(shù)確定鎂的含量。

總體來(lái)講，產(chǎn)額向元素轉(zhuǎn)換受到不同元素的反應(yīng)截面、地層密度、特殊巖性、中子源強(qiáng)度、探測(cè)器效率以及選擇能量窗的影響。所有的影響都體現(xiàn)在了將伽馬產(chǎn)額轉(zhuǎn)換成地層元素含量的經(jīng)驗(yàn)算法中；對(duì)于不同礦物中的相同元素，可以采用不用的轉(zhuǎn)換算法，例如在方解石中鈣產(chǎn)額向元素含量轉(zhuǎn)換與在硬石膏地層不一樣；計(jì)算泥巖地層中硅的含量時(shí)，必須進(jìn)行修改校正，因?yàn)槟鄮r中含有高俘獲截面元素（如Fe、K、Gd和Ti）。

3.4 元素含量向礦物含量轉(zhuǎn)換

元素含量與礦物含量之間的定量關(guān)系是經(jīng)過(guò)大量巖芯的中子活化分析及X衍射分析后提出的。這種定量關(guān)系包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：其一是通過(guò)樣品的中子活化分析確定出21種元素含量，然后是對(duì)樣品進(jìn)行X衍射分析確定出4種或6種礦物含量，最后將21種元素含量和6種礦物含量、樣品的CEC值以及粒徑小于20μm的礦物作為變量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)因子分析；其二是建立閉合模型，將所選定的元素和礦物進(jìn)行多元回歸分析。Herron采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的因子分析法得出元素含量與礦物的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

式中：Ei為第i種元素的含量；Cij為第j種礦物中第i種元素的含量；Mj為第j種礦物的含量［11］。

4 地層元素測(cè)井的應(yīng)用

元素測(cè)井主要用于確定地層的巖性及巖石類(lèi)型、根據(jù)礦物含量確定骨架密度、估算地層陽(yáng)離子交換量、求取地層宏觀俘獲截面、解釋沉積環(huán)境、推算成巖作用、根據(jù)礦物組成計(jì)算孔隙度及滲透率等［10］。

4.1 確定地層礦物含量

元素測(cè)井通過(guò)氧化物閉合模型和綜合處理解釋可定量得到如下礦物含量：硅酸鹽巖中的石英、燧石、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石；碳酸鹽巖中的方解石、白云石、鐵白云石、文石、菱鐵礦、鎂菱鐵礦、菱鎂礦和高鎂方解石；粘土巖中的伊利石、蒙脫石、高嶺石、綠泥石和海綠石；其他礦物有白云母、黑云母、黃鐵礦、蛋白石、石膏、硬石膏、重晶石、赤鐵礦、天青石和螢石［11，12］。

Andy Kristianto［13］等利用 X射線衍射儀對(duì)巖樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，并與元素能譜測(cè)井礦物含量計(jì)算結(jié)果對(duì)比，對(duì)比結(jié)果顯示，解釋曲線與巖心分析結(jié)果相關(guān)性很好。

Woodford頁(yè)巖是美國(guó)中西部地區(qū)的主要產(chǎn)氣層，Younane［14］等對(duì)該地區(qū)一口井進(jìn)行了元素能譜測(cè)井，探測(cè)到了該井油頁(yè)巖層，得到該頁(yè)巖層的主要礦物組成為石英、伊利石、綠泥石、白云石、黃鐵礦，為壓裂液類(lèi)型的選擇提供了參考依據(jù)；元素能譜測(cè)量結(jié)果與該井巖心X衍射測(cè)量結(jié)果基本一致。

4.2 確定地層粘土體積

斯倫貝謝公司研究了泥質(zhì)含量與單種元素、單種氧化物或碳酸鹽、氧化物或碳酸鹽組合之間的相關(guān)性，泥質(zhì)含量是指高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石及海綠石的總量。相關(guān)性示于圖9和圖10，可以看出Al與泥質(zhì)含量的相關(guān)性最好，SiO2、CaCO3、MgCO3及Fe組合與泥質(zhì)含量也有著很好的線性關(guān)系。因此可以通過(guò)元素或是氧化物組合確定地層泥質(zhì)含量［15］。

4.3 地層巖性分析

貝克休斯公司通過(guò)歸納一般巖性與氧化物組合的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用常見(jiàn)元素氧化物的三元交會(huì)圖進(jìn)行巖性識(shí)別［4］，如圖11所示利用CaO、MgO和SiO2交會(huì)圖識(shí)別地層巖性；除此之外還可以利用CaO、S及Fe2O3等組合進(jìn)行巖性識(shí)別；利用非彈譜求取C含量可以用于識(shí)別煤層。斯倫貝謝利用總泥質(zhì)含量、總石英－長(zhǎng)石－云母含量、總碳酸鹽含量三元交會(huì)進(jìn)行復(fù)雜巖性識(shí)別［16］，如圖12所示。地層元素測(cè)井在火山巖、頁(yè)巖等復(fù)雜巖性的識(shí)別方面起到了重要作用，可以通過(guò)FMI與元素測(cè)井結(jié)合進(jìn)行的火山巖儲(chǔ)層的綜合評(píng)價(jià)［17］，還可以通過(guò)元素俘獲譜測(cè)井結(jié)合QAPF識(shí)別火成巖巖性［18］。除了在電纜測(cè)井中的應(yīng)用外，元素測(cè)井已經(jīng)應(yīng)用到了隨鉆中。Tore Gjerdingen［19］等研究了隨鉆測(cè)井（LWD）中的元素能譜，能夠確定10種元素（Si、Ca、Fe、S、Ti、Gd、K、Mg、H 和 Cl），并對(duì)這些元素在各種變化測(cè)井（鉆井速度）、動(dòng)態(tài)井眼環(huán)境以及不同的儀器形狀等隨鉆條件的測(cè)量進(jìn)行了研究。

圖9 粘土含量與單種元素含量相關(guān)性

圖10 粘土含量與單種氧化物或氧化物組合相關(guān)性

圖11 貝克休斯公司巖性識(shí)別圖版

圖12 斯倫貝謝公司巖性識(shí)別圖版

4.4 確定骨架參數(shù)

地層各組成礦物的含量得到之后，可以用下面經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)近似確定地層密度：

式中：ρj為第j種礦物的密度；ρma為地層骨架密度；Mj為礦物j的百分含量。

地層的熱中子俘獲截面是單位體積內(nèi)某種元素豐度和該元素的熱中子微觀截面乘積的線性疊加［20］：

式中：σj為第j種元素的熱中子重微觀俘獲截面；Wtj為第j種元素的質(zhì)量百分含量。

利用根據(jù)礦物組成求得的骨架密度確定地層的孔隙度，基本公式為：

式中：φ為孔隙度；ρa(bǔ)為地層視密度，可以由補(bǔ)償密度測(cè)井獲取；ρb為由元素能譜測(cè)井得到的骨架密度；ρf地層流體密度。

研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)元素能譜測(cè)井提供的礦物含量能夠很好地估算地層滲透率K，經(jīng)驗(yàn)公式如下：

式中：Mj為巖石骨架中礦物j的百分含量；Bj為與礦物j有關(guān)的參數(shù)；φ為孔隙度；Af為給定層段最高長(zhǎng)石含量函數(shù)，反應(yīng)成分和結(jié)構(gòu)成熟度［21］。

4.5 研究沉積環(huán)境

不同地質(zhì)時(shí)期沉積巖中一些元素的豐度及組合特征的變化能夠反映出當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境的變化情況［22］。Si主要集中在砂巖、硅質(zhì)巖等，它的豐度與分布對(duì)其他元素有很大影響；鈣化物容易風(fēng)化分解出Ca離子進(jìn)入水溶液，河水中陽(yáng)離子Ca離子含量最大，而在海水中正好相反［23］；S的豐度與分布受沉積環(huán)境影響較大，在還原條件下硫化物富集［24］；Fe在沉積物中的含量隨著沉積物粒度的變細(xì)而增加，在泥巖沉積物中它的含量隨著碳酸鹽物質(zhì)的富集而變少；Ti是典型的親碎屑元素，在碎屑沉積物中明顯遵從元素的粒度控制，含量隨粒度的變細(xì)而升高；沉積巖中隨著沉積物的粒度由粗變細(xì)，稀土元素Gd的含量增加，即Gd元素富集于細(xì)粒沉積物中；Ti在地殼中分布廣泛，由于具有強(qiáng)烈的親氧性，可形成多種氧化物和含氧酸鹽［25］。

5 結(jié)束語(yǔ)

地層元素測(cè)井通過(guò)記錄非彈伽馬和俘獲伽馬能譜信息，以元素標(biāo)準(zhǔn)譜為基礎(chǔ)，采用譜數(shù)據(jù)處理技術(shù)獲取地層元素含量，通過(guò)氧化物閉合模型及聚類(lèi)分析得到地層礦物含量，為解決地質(zhì)問(wèn)題提供了更加可靠有效的手段。元素能譜測(cè)井在地層礦物識(shí)別、巖性識(shí)別、確定地層粘土含量、計(jì)算骨架參數(shù)、研究沉積環(huán)境等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有地層元素測(cè)井儀主要由241Am－Be中子源或脈沖中子管和單BGO探測(cè)器組成，同位素中子源不符合HSE要求，單BGO探測(cè)器采集地層信息較為單一；采用脈沖中子源及多探測(cè)器系統(tǒng)，采集能譜及時(shí)間譜，一次下井實(shí)現(xiàn)地層多參數(shù)測(cè)量是地層元素測(cè)井的發(fā)展趨勢(shì)。提高脈沖中子源產(chǎn)額及穩(wěn)定性、增加探測(cè)器探測(cè)效率及分辨率也是以后研究的重點(diǎn)。

［1］ 黃隆基.放射性測(cè)井原理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1985：118.

［2］ Egbe Samuel James，Omole O，Jacob Diedjomahor.Calibration of the elemental capture spectroscopy tool using the niger delta formation，SPE111910［R］.Abuja，Nigeria：Society of Petroleum Engineers，2007.

［3］ James Galford，John Quirein，Scott Shannon，et al.Field test results of a new neutron－induced gamma－ray spectroscopy geochemical logging tool［R］.SPE123992.New Orleans，USA：Society of Petroleum Engineers，2009.

［4］ Pemper R，Sommer A，Guo P，et al.A new pulsed neutron sond for derivation of formation lithology and mineralogy［R］.SPE102770.San Antonio，Texas，USA：Society of Petroleum Engineers，2006.

［5］ Raghu Ramamoorthy.A look at spectroscopy［J］.Formation Evaluation Review，2001，2 （6）：270－275.

［6］ Herron MM.Mineralogy from geochemical well logging［J］.Clay and Clay Minerals，1986，34（2）：204－213.

［7］ Zaki B.Theory，measurement and interpretation of well logs［Z］.SPE Textbook Series Vol.4.

［8］ 張鋒，王新光，侯爽，等.脈沖中子地層元素能譜測(cè)井方法及數(shù)值模擬研究［C］／／第六屆中俄測(cè)井國(guó)際學(xué)術(shù)交流會(huì)議論文集.青島，2010：133－139.

［9］ Schweitzer JS，er al.Elemental concentration from gamma－ray spectroscopy logs［J］.Nucl Geophys，1988，2（3）：175－182.

［10］Hertzog R，Colson L，Seeman B，et al.Geochemical logging with spectrometry tools ［R］.SPE16792.Dallas：Society of Petroleum Engineers，1989.

［11］Grau JA，Schweitzer JS.Elemental concentration from thermal neutron capture gamma ray spectra in geological formation［J］.Nucl Geophys，1989，2（3）：1－9.

［12］Suan LH，Michael MH.Application of nuclear spectroscopy logs to the derivation of formation matrix density［C］／／The 41st Annual Logging Symposium of the Society of Professional Well Log Analysts.Dallas Texas，2000.

［13］Andy Kristianto，Yulianto Jong，Comparison of conventional log interpretation with neutron log interpretation and X－ray diffraction labratory analysis：A case study［C］／／International Petroleum Technology Conference.Kuala Lumpur，Malaysia，2008.

［14］Younane Abousleiman，Minh Tran，Son Hoang.Geomechanics field and laboratory characterization of woodford shale：The next gas play［R］.SPE110120.Anaheim，California，USA：Society of Petroleum Engineers，2007.

［15］Grau JA，Schweitzer JS，et al.A geological model for gamma－ray spectroscopy logging measurement［J］.Nul Geophys，1989，3（4）：351－359.

［16］Marie Van Steen，Adel Farghaly.Enhanced formation evaluation and high－resolution facies datermination using spectroscopy logs in the nile delta，egypt［R］.SPE127965.Cairo，Egypt：Society of Petroleum Engineers，2010.

［17］王智，金立新，關(guān)強(qiáng)，等.基于FMI與ECS的火山巖儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)方法［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，32（5）：58－64.

［18］韓琳，張建民，邢艷娟，等.元素俘獲譜測(cè)井（ECS）結(jié)合QAPF法識(shí)別火成巖巖性［J］.測(cè)井技術(shù)，2010，34（1）：47－50.

［19］Tore Gjerdingen，Jeppe Nygaard，Tarek Elshayeb，et al. Application of spectroscopy and sigma measyrements to enhance petrophysical evaluations and geosteering in the mineralogical complex，thin bedded Nahr Umr sandstone reservoir ［R］.IPTC13723，2009.

［20］龐巨豐，李敏.地層元素測(cè)井中子－伽馬譜解析方法的實(shí)際應(yīng)用［J］.同位素，2006，19（4）：214－217.

［21］ M.Herron.Estimating the Intrinsil Permeability of Clastic Sediments from Geochemical Data，SPWLA［C］／／28th Annual Logging Symposium，1987.

［22］袁祖貴.地層元素測(cè)井（ECS）評(píng)價(jià)油水層［J］.核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2004，24（2）：126－131.

［23］袁祖貴.用地層元素測(cè)井（ECS）資料研究沉積環(huán)境［J］.核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2005，25（4）：347－351.

［24］程華國(guó)，袁祖貴.用地層元素測(cè)井（ECS）資料評(píng)價(jià)復(fù)雜地層巖性變化［J］.核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2005，25（3）：233－238.

［25］Colson JL，Grau JA，HerzogMM，et al.Application using geochemical logs［C］／／Middle East Oil Conference and Exhibition.Manama，bahrain：Society of Petroleum Engineers，1989.