一、 中子寿命测井基本原理：
中子寿命测井是采用一个高能（14Mev）脉冲中子源向地层发射高能中子束，通过测量高能脉冲中子与地层的反应，来区分地层中的油水含量，是解决残余油饱和度计算的一种有效方法。其基本原理基于以下二点：
第一， 由于H元素的质量与中子的质量相等，所以H元素是减慢中子速度最有效的元素。因此，高能中子在地层中被减慢成热中子的快慢程度反映了地层中的含油特性。
第二， 地层中的氯元素主要存在于地层的水中，而氯元素具有很大的俘获截面，因此热中子的俘获反应主要贡献于地层中氯元素的数量，其热中子的俘获速度快慢程度也就反映了地层的含水特性。
二、 中子与地层的作用
2．1．中子与地层的作用
中子与地层的作用有很多种，但中子在其绝大部分能量损失之前，几乎不被地层中的物质所吸收。每个中子在其能量损失过程中往往要与地层中的物质发生多次作用，这个过程被称为减速过程。这些作用所表现出来的一些特征可以用来预测地层的特性。
在测井中，主要有四种类型的作用可以用来评介地层：非弹性散射，弹性散射，快中子的俘获（吸收），热中子（慢中子）的俘获（吸收）。而每种类型的作用的发生主要还是取决与中子本身的能量的高低。
2．1．1．非弹性散射
当一个中子以高于1MeV的能量快速移动，并与地层中的核子发生非弹性散射时，会将原子核激发到一个更高的能级。被激发的原子核在恢复过程中，会发射出一个伽玛射线（非弹性散射伽玛），这个伽玛的能量与被轰击的原子核的特性有关。
对非弹性散射伽玛进行能谱分析，可以测量出我们所关心的元素的分布。如水里的氧（O）元素，碳氢化合物中的碳（C）元素，还有其他代表岩心特征的硅（Si），钙（Ca），铁（Fe），硫（S）等。
一般的中子寿命测井只测量我们前面提到的二种速度，是从时间谱上来测量的，没有这部分内容。但现有新的中子寿命测井增加了能量谱的测量功能，就是采用了这个原理，其测量特点与C/O测井类似。
2．1．2．弹性散射
在弹性散射中，二个互相碰撞的粒子的总能量和保持不变，但会重新分配（遵守动量定律与能量定律）。
中子在任何能级都会与物质发生弹性散射作用。在弹性散射中，中子损失其动能，转移给被轰击的核，但这个原子核依然保持在稳态。如果被轰击的原子核被激发到不稳定状态的话，那么就应该属于非弹性散射了。
弹性散射也被称为慢速反应，可以看作是一个快速移动的中子与地层中一个稳态的核子发生弹性碰撞，碰撞的结果是核子接受一部分能量，而中子则损失相同的能量。能量损失的程度取决与被轰击的核子相对与中子的质量，也取决与碰撞发生的角度。二个粒子迎面碰撞时，中子损失的能量最大，但如果只是从边上擦过，则几乎不损失能量。
在弹性散射中，中子的能量损失主要是与氢（H）核发生碰撞，这是因为氢核（质子）的质量与中子的质量一样大。因此，中子的减速快慢可以指示地层中氢元素的含量。由于氢元素主要存在于地层的流体中，因此也反映了地层孔隙度的大小。
2．1．3．快中子的俘获（吸收）
快中子的典型能量值在1MeV以上。一个原子核在吸收了一个快中子后，会立刻释放出一个质子或其它粒子，同时变成一个新的不稳定的元素。图1显示的是一个硅28原子核在吸收一个快中子后的反映情况。
硅28（Si28）在吸收快中子后，发射出一个质子，同时变成一个处于激发态的不稳定的铝28(Al28)，大约在10-15秒后，新的Al28发射出一个或多个特定能量的伽玛，但这个元素还处在不稳定状态，它接着发射出一个β射线，同时进入2--3分钟的反中微子半衰期，形成新的 Si28。这个Si28还会进一步发射出另外一个伽玛射线，这个伽玛射线被称做为缓发伽玛射线或延迟伽玛射线。
2．1．4．热中子的俘获（吸收）
当中子在经过多次弹性散射与非弹性散射的作用后，在其能量降至热中子能级（大约0.025eV）的时候，最常见的反应是中子吸收反应，也叫热中子俘获反应。
一个原子在吸收一个热中子后，产生一个新的同位素，这个同位素元素可以立刻释放出一个具有独特能量值的r射线来，这个伽玛也称为俘获伽玛。
我们可以用这样一个表达式来描述这一过程：
n + AZ >> A+1Z* >> A+1Z + r
在井内，氯元素是热中子吸收的最有效的元素。因此，热中子被吸收的程度可以用来指示地层中氯元素（即地层中的盐水含量）的情况，快速的热中子吸收表示地层中含有大量的盐水，而较慢的热中子吸收则表明地层中所含的是淡水或碳氢化合物。
这一基本原理被应用在热中子寿命测井中，计算sigma值。
2．2．中子的寿命
在散射中，中子会在运动一段路程后改变其原来的方向，有时甚至会朝着中子源的方向前进。但总体说来，它还是沿着离开源的方向运动。每一次反应，中子就会损失一部分能量，这个过程一直延续到中子的能量被衰减到热中子能级为止。在这之前，中子的速度远远高于地层中的核子速度，所以地层中的原子核可以认为是静态不动的。但当中子的速度被衰减到热中子能级以上一点点时，中子的能量基本上等于地层原子核的热震动能量，达到一种热平衡状态。
在这种热中子状态下，每个中子可以被看作为一个气体分子，它在地层中被反复碰撞，改变方向，一直到被一个元素俘获为止。
图2是一个1MeV能级的中子的典型寿命图
硅28（Si28）在吸收快中子后，发射出一个质子，同时变成一个处于激发态的不稳定的铝28(Al28)，大约在10-15秒后，新的Al28发射出一个或多个特定能量的伽玛，但这个元素还处在不稳定状态，它接着发射出一个β射线，同时进入2--3分钟的反中微子半衰期，形成新的 Si28。这个Si28还会进一步发射出另外一个伽玛射线，这个伽玛射线被称做为缓发伽玛射线或延迟伽玛射线。
2．1．4．热中子的俘获（吸收）
当中子在经过多次弹性散射与非弹性散射的作用后，在其能量降至热中子能级（大约0.025eV）的时候，最常见的反应是中子吸收反应，也叫热中子俘获反应。
一个原子在吸收一个热中子后，产生一个新的同位素，这个同位素元素可以立刻释放出一个具有独特能量值的r射线来，这个伽玛也称为俘获伽玛。
我们可以用这样一个表达式来描述这一过程：
n + AZ >> A+1Z* >> A+1Z + r
在井内，氯元素是热中子吸收的最有效的元素。因此，热中子被吸收的程度可以用来指示地层中氯元素（即地层中的盐水含量）的情况，快速的热中子吸收表示地层中含有大量的盐水，而较慢的热中子吸收则表明地层中所含的是淡水或碳氢化合物。
这一基本原理被应用在热中子寿命测井中，计算sigma值。
2．2．中子的寿命
在散射中，中子会在运动一段路程后改变其原来的方向，有时甚至会朝着中子源的方向前进。但总体说来，它还是沿着离开源的方向运动。每一次反应，中子就会损失一部分能量，这个过程一直延续到中子的能量被衰减到热中子能级为止。在这之前，中子的速度远远高于地层中的核子速度，所以地层中的原子核可以认为是静态不动的。但当中子的速度被衰减到热中子能级以上一点点时，中子的能量基本上等于地层原子核的热震动能量，达到一种热平衡状态。
在这种热中子状态下，每个中子可以被看作为一个气体分子，它在地层中被反复碰撞，改变方向，一直到被一个元素俘获为止。
图2是一个1MeV能级的中子的典型寿命图
图2表明了热中子的能量等级基本是一个平稳的等级。中子从开始衰减到热中子能级的速度地层中的含氢指数，而热中子的旅行时间取决于地层流体的俘获截面。下面我们将详细介绍含氢指数与俘获截面的概念。
2．3．含氢指数
中子的能量损失主要是在弹性散射中，而影响能量损失的主要因数是散射角与原子核的质量。对所有的元素来说，散射角是随机的，因此这不是一个起决定的因素，而真正起决定作用的是所发生的元素的质量。
与一般的物体发生弹性碰撞一样，如果被碰撞的粒子的质量远远大于中子的质量，那么碰撞发生后，中子的能量基本上没有损失，但其运动方向会改变；如果粒子的质量远远小于中子的质量，中子的能量一样没有多少损失，且中子的运动方向在碰撞后也基本保持不变；只有在与中子所发生碰撞的粒子的质量等于或近似等于中子的质量时，中子的能量才会大幅度的衰减。
由于中子与氢元素的质量很接近，所以在中子的减速过程中，氢是最重要的元素，从表1可以看出这一点。表1列出了不同元素将一个2MeV能量的中子衰减到0.025eV热中子能级所需要发生的平均碰撞次数。
中子的密度随着离中子源的距离的增大而减小，而这种衰减的速度取决于氢元素的数量。在测井的测量点，中子的数量取决于从中子源到测量点之间的氢元素的总量。含氢指数定义为单位体积内的氢元素的数量，淡水的含氢指数定义为1。
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