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碳氧比测井解释培训教材
碳氧比测井解释技术
编写：
李敬功
中国石油化工股份有限公司中原油田分公司
二○○二年九月
一、概论
碳氧比能谱测井是利用一种每秒20千赫兹（KHz）脉冲速度控制下的14.1兆电子伏特（Mev）中子源，穿透仪器外壳、井内流体和套管、水泥环等介质进入地层，让快中子与地层中的碳、氧原子核发生非弹性碰撞，并释放出较高能量的伽马射线。
而作为区分油和水的指示元素C和O，区分岩性的指示元素Si和Ca，套管指示元素Fe，由于非弹性散射所诱发的伽马射线各自具有不同的能量和明显的特征峰值，因而通过选择合适的能窗可被分别检测和记录。
测量碳氧的非弹性散射伽马射线（4.43Mev和6.13Mev），从而确定地层的C/O值。
能量为14.1Mev的中子轰击地层时，还有热中子在地层中扩散吸收，同时放出俘获伽马射线，利用中子脉冲同步技术，即可把非弹性散射伽马射线和俘获伽马射线有效区分开来。
C/O测井对地层中常见的四种元素C12、O16、Si28、Ca40反映敏感。
这四种元素正是储层的岩性及流体的综合反映。
碳氧比测井资料中的C/O比曲线反映了地层中的含油性；俘获Si/Ca曲线和非弹性散射Ca/Si曲线用于指示地层的岩性；CI、CIM2、FCC是好的孔隙度指示曲线，与补偿中子曲线很相似，可用于确定地层总孔隙度。
碳氧比能谱测井仪具有精度高、耐温和耐压的特点，可以在摄氏150度以下地层准确确定地层剩余油饱和度。
利用碳氧比能谱测井可以对孔隙度15％以上的地层定量解释、对孔隙度10%-15％的差产层半定量解释。
定量解释的含油饱和度计算误差小于6％、半定量解释的含油饱和度计算误差小于12％，定量解释的产水率计算误差小于10%、半定量解释的产水率计算误差小于20％。
碳氧比能谱测井良好的地质效果为剩余油饱和度分布研究打下坚实基础。
二、碳氧比能谱测井技术指标
由于碳氧比能谱测井的中子源是人工中子源，存在较大统计涨落和随机误差，因此采用各个元素对应的次生伽玛计数率之比来消除人工源不稳定因素，这是碳氧比能谱测井名称的由来。
碳氧比能谱测井应用在生产中的探测器（晶体）有碘化钠探测器（NaI）、锗酸铋探测器（BGO）、硅酸钆探测器（GSO），各类晶体的性质比较列表如下：
探测器NaIBGOGSO
相对光输出1001320
能量分辨率6.5%9.3%8.0%
（1厘米3晶体，622千电子伏特）
密度（克/厘米3）3.677.136.71
有效原子序数517559
衰减常数（毫微妙）23030056600
易碎性是否是
潮解是否否
是否要杜瓦瓶否是否
下面是国内各种碳氧比能谱仪器性能比较表。
斯仑贝谢RST阿特拉斯2727大庆测井公司
探测器GSONaIBGO
仪器尺寸Φ64mm90mm102mm
动态范围0.20.150.25
温度特性（摄氏）150125150
处理方法解谱解谱规范化处理
解释精度8%-10%13%-15%5%-8%
孔隙度范围（定量）Ø>18%Ø>20%Ø>15%
孔隙度范围（半定量）Ø>13%Ø>15%Ø>10%
分层能力1米1米0.8米
Atlas公司C/O测井仪器构造及性能指标：
Atlas公司的C/O测井仪器为MSI—C/O（TheMultiparameterSpectroscopyInstrumentContinuonsCarbon/OxygenLog）测井仪，仪器构造如右图所示。
其仪器性能如下
设备：
MSI—C/O
系列：
2727—XA型
特性：
直径：
3.5英寸（88.9mm）
总长：
163.7英寸（4.16m）
测量点：
7英尺（2.13m），测量
点在断点之上
温度（估计）：
270℉（132℃）
压力（估计）：
14500磅/英寸2
（1019kg/cm2）
自重：
200磅（90.72kg）
探测器类型：
NaI/PM，闪烁器
最大测速：
3英尺/分钟（54m/h）
探测半径：
8.5英寸（21.6cm）
三、C/O测井曲线及其含义
C/O仪器按一定的能窗记录地层中某些元素的非弹性散射伽马射线计数率和俘获伽马射线计数率。
非弹性散射伽马射线能窗范围：
Si:
1.54～1.94Mev
Ca:
2.50～3.30Mev
C:
3.17～4.65Mev
O:
4.86～6.62Mev
俘获伽马射线能窗范围：
Si:
3.17～4.65Mev
H:
2.01～2.43Mev
Cl:
4.65～6.66Mev
Ca:
4.86～6.62Mev
测井曲线名称及含义：
CAC钙俘获曲线，是俘获谱中4.9～6.6Mev能窗范围内的累积计数率，这个能窗是在6.4Mev能谱上，测量钙俘获伽马射线峰值和它的逃逸峰。
这是一条俘获计数率曲线，因此，它受孔隙度影响，在孔隙度不变的条件下，这条曲线反映岩性。
氯的俘获伽马射线也处在这个能窗中，故它受矿化度的影响。
CAPT（Capture）总俘获谱累积计数率总和曲线，这条曲线是俘获计数率曲线，因此，它受孔隙度的影响。
这条曲线与其它曲线一起组合去归一化（标准化）其它受孔隙度影响的计数率曲线。
例如FCC1=FCC/CAPT。
该曲线对气层有较高的灵敏度，在包含气体的地层中计数率明显增大。
CASI非弹性钙（2.5～3.3Mev）与非弹性硅（4.9～6.6Mev）计数率之比，是一种高质量岩性指示曲线，本曲线对孔隙度和矿化度都不敏感，但可能随井眼条件变化。
在地层水矿化度较大或较高的地层，可用C/O曲线与Ca/Si曲线组合计算地层含油饱和度，还可用C/O曲线与Ca/Si曲线重迭直观判断地层的含油性。
CHLR能窗在6.4～7.1Mev范围内俘获伽马谱计数率与能窗在7.1～7.9Mev的俘获伽马谱计数率之比，本曲线对矿化度极为敏感，是含盐量指示曲线。
由于使用了能量分布，这条曲线也将随仪器的微小改进（变化）而变化。
CI能窗为0.4～8.8Mev俘获伽马射线总计数率与能窗为0.4～8.8Mev的非弹性散射伽马射线总计数率之比，是好的孔隙度指示曲线，与补偿中子曲线很相似，可用于确定地层总孔隙度。
CIM1俘获伽马射线总计数率与非弹性散射伽马射线总计数率之比（CAPT/IENL），是一条良好的孔隙度指示曲线，但对井眼环境和矿化度的影响很敏感。
CIM2能窗为3.27～6.62Mev俘获伽马射线计数率与能窗为3.17～6.62Mev的非弹性散射伽马射线计数率之比，是最好的孔隙度指示曲线，在井眼及矿化度影响方面不如CIM1敏感，这点比CIM1强，CIM1和CIM2重迭（复盖）可指示套管变化，井眼尺寸和可能含气。
CISB俘获、非弹性分离因子，这条曲线将显示有多少俘获谱需要从总谱中减去，以获得非弹性散射谱，该曲线随孔隙度和密度的变化而变化。
CO非弹性碳（3.2～4.6Mev）与非弹性氧（4.9～6.6Mev）之比，该曲线被用来确定地层中碳和氧的相对含量，如果地层中孔隙度和含水带的碳/氧比值都知道，可以直接确定含烃饱和度。
FCC地层相关曲线，为3.2～4.6Mev俘获能谱的累积计数率。
该能窗测量3.5Mev的硅俘获伽马射线峰和它的逃逸峰值，这条曲线用来对比MSI－C/O和其它测井曲线。
它是一条俘获计数率曲线，受孔隙度的影响。
FCC1硅俘获与总俘获之比，即FCC/CAPT，在GR曲线不可靠时，用它与其它曲线进行相关对比。
GR伽马射线，自然放射性计数率曲线，这条曲线被用于同其它曲线一起对比测井曲线和进行泥质含量的校正。
HCHL能窗在2.0～2.4Mev俘获谱与能窗在4.6～6.6Mev俘获谱计数率之比，这条曲线用来指示矿化度的变化，即H/Cl。
但受孔隙度的影响。
IC非弹性碳曲线，能窗在3.2～4.6Mev区域内的非弹性散射能谱累积计数率，该能窗处在4.4Mev碳的非弹性伽马射线峰值和它的逃逸峰上。
ICA非弹性钙曲线，能窗在2.5～3.3Mev区域内的非弹性散射能谱累积计数率，该能窗测量3.7Mev和3.3Mev钙的非弹性伽马射线峰的逃逸峰。
INEL非弹性散射伽马射线总计数率，能窗在0.4～8.8Mev区域内。
该曲线只是轻微依赖地层孔隙度。
IO非弹性氧曲线，能窗在4.9～6.6Mev区域内的非弹性散射能谱累积计数率，该能窗包含6.13Mev氧的非弹性伽马射线峰值和它的逃逸峰。
ISI非弹性硅曲线，能窗在1.5～1.9Mev区域内的非弹性散射能谱累积计数率，该能窗处在1.78Mev硅的非弹性伽马射线峰值上。
LPOR目前未用到的实验曲线，可作为灰岩孔隙度曲线。
MSID热中衰减曲线，是指示地层的热中子宏观俘获截面的曲线。
在地层孔隙度和矿化较高时，可以区分油层和水层，该曲线可以作为泥质指示器。
SICA硅俘获（3.2～4.6Mev）与钙俘获（4.9～6.6Mev）计数率之比，可用于岩性指示曲线，该曲线对孔隙度不敏感，但对矿化度敏感。
在地层水矿化度不高或比较稳定的中、高孔隙度地区，可用C/O曲线与Si/Ca曲线组合计算地层含油饱和度，还可用C/O曲线与Si/Ca曲线反向重迭直观判断地层的含油性。
SPD测速。
SPOR目前未用到的实验曲线，可作为砂岩孔隙度曲线。
TTLC总碳曲线，等于非弹性碳（3.2～4.6Mev）+[FCC，俘获硅（3.2～4.6Mev）×CISB]之和，这条曲线被用于确定系统所需的计数率，通常取1400CPS。
在C/O资料解释中，常用到的曲线有：
CO、SICA、CASI、FCC1、CI、CIM1、CIM2、MSID、HCHL、CHLR等。
四、C/O测井曲线的放置
C/O测井组合成果图中共有11道，各道名称及主要曲线如下：
第1道：
深度道
第2道：
地层特征道，有GR、FCC1、FCC和CI曲线。
GR（一般用裸眼完井曲线）、FCC1和FCC可以识别岩性或进行地层对比，而FCC和CI重迭可以用来识别气层。
第3道：
孔隙度指示道，有CIM1、CIM2和AC曲线。
它们用来反映孔隙度的变化。
实际上CI曲线可以较好地指示孔隙度的变化，目前CI曲线没有绘制在该道上。
第4道：
单元素指示道，有IC、IO、ISI、ICA曲线，为C、O、Si、Ca元素非弹性散射伽马计数率曲线。
第5道：
矿化度指示道，有CHLR、MSID、HCHL等曲线。
将MSID和HCHL曲线重迭反映矿化度的变化，CHLR指示含盐量的变化。
（氯：
Chlorine）
第6道：
电阻率特征道，目前一般绘制裸眼完井时测的ILD曲线。
第7道：
流体特征道，有CCCO、CCSC、CO和CASI曲线，其中CCCO、CCSC是CO、SICA经孔隙度校正后的曲线。
解释过程中主要通过分析CCCO、CCSC或CO、CASI重迭识别流体性质和判断水淹层。
该道是C/O测井组合图中最重要的曲线道。
第8道：
饱和度特征道，有两条饱和度曲线SWO、SCO。
SWO是原始含油饱和度或裸眼完钻时的含油饱和度曲线，如果进行了多次C/O测井，则是最近一次的C/O测井计算的含油饱和度值，SCO是当前C/O资料求取的含油饱和度曲线。
第9道：
流体体积道，与完井组合成果图含义一致，曲线名称不尽相同。
在第8和第9道之间绘有井径差值曲线CALC。
第10道：
地层体积道，与完井组合成果图一致。
第11道：
解释结论道，与完井组合成果图一致。
五、C/O测井曲线的定性分析
1、C/O与Si/Ca曲线重迭法
取C/O测井曲线的刻度尺由左至右为增大方向，以10个图格表示1.0～1.5的刻度范围，而Si/Ca曲线的刻度尺由右至左为增大方向，以8个图格表示1.0～1.5的刻度范围，这样8个图格对10个图格单位之比，代表水线的斜率为0.8，取Si/Ca曲线刻度尺与C/O曲线的反向重迭，可反映水线斜率为负值的特点，因而按这种方式刻度的归一化C/O与Si/Ca曲线重迭显示时，从原理上分析，两条曲线间所包围的面积正是储层含油饱和度及含油量相对大小的直观显示。
通常情况下是在泥岩层或明显水层处使两条曲线重合，根据两曲线包络面的特征定性判断油层或水淹层。
在组合图中，C/O与Si/Ca实际上是经孔隙度校正后的曲线CCCO和CCSC，刻度也有一定的调整。
在泥岩层使两条曲线反向重迭。
油层或弱水淹层处，C/O为高值，Si/Ca也为高值，两曲线之间形成“糖葫芦”状，两曲线所包围的面积较大；在中水淹层处，两条曲线所包围的面积比油层或弱水淹层小，比强水淹层的大；在强水淹层处，C/O趋于低值，Si/Ca在地层水矿化度较高时也趋于低值，使两曲线所包围的面积很小。
2、C/O与Ca/Si曲线重迭法
取C/O测井曲线的刻度尺由左至右为增大方向，以10个图格表示1.0～1.5的刻度范围，而Ca/Si曲线的刻度尺也由左至右为增大方向，以18个图格表示1.0～1.5的刻度范围，这样18个图格对10个图格单位之比，代表水线的斜率为1.8，因此，按这种方式刻度重迭显示的C/O与Ca/Si曲线，在水层或泥岩处，两者重合；而在油层处两者明显存在差异，且含油饱和度越大，两者之差随之增大。
在中原油田的实际资料应用中，曲线的左右刻度值有所调整。
由于Ca/Si是非弹性散射伽马计数率之比，因此，它基本不受矿化度的影响，即在高矿化度地区，适合采用C/O与Ca/Si曲线重迭法。
另一方面，非弹性散射伽马射线的计数率低，造成Ca/Si受其它影响偏大。
在实际的解释过程中，中原油田目前主要采用C/O与Si/Ca重迭法，而参考C/O与Ca/Si重迭显示情况。
3、MSID、HCHL和CHLR曲线重迭法
MSID曲线记录的是热中子俘获截面，CHLR是对矿化度极为敏感而指示含盐量的曲线，HCHL是H/Cl测井曲线，由氢和氯的俘获伽马射线计数率之比得出，它指示地层中氯离子含量。
将这三条曲线进行综合分析，最好是将MSID与HCHL曲线以一定比例在泥岩或未动用的储层处重迭，分析两者在产层处包络面的大小来帮助分析、判断储层混合地层水矿化度的变化或水淹层的水淹强度。
4、FCC和CI曲线重迭法
C/O测井记录的FCC曲线和CI曲线实行全条规一化，即两条曲线在泥岩处重迭，利用渗透层处的幅度及幅度差判断气层及油水层。
这一方法主要是利用气层含氢量低、油层或水层含氢量高的原理。
FCC曲线定义为俘获硅的伽马射线计数率，CI曲线定义为能窗是0.4～8.8Mev的俘获伽马射线计数率与能窗为0.4～8.8Mev的非弹性散射伽马射线总计数率之比，当地层中存在减速能力强的物质时，FCC、CI值都降低，氢元素是快中子最强减速剂。
气层相对于油水层含氢量低，FCC、CI曲线都为高值，油层相对气层含氢量高，FCC、CI值都降低，且FCC－CI幅度差也降低。
水层含氢量更高，其FCC－CI值相对气、油层更低。
在两条曲线的幅度上，气、油、水层形成台阶状，水淹层介于油水层之间。
两条曲线幅度差的变化规律是气层的幅度差大，油层的比气层小，水层的比油层小，水淹层介于油、水层之间。
这种方法在储层的物性、渗透性和地层生产压力都很接近的情况下效果最好。
5、自然伽马曲线重迭法
裸眼井测井记录的GR曲线与C/O测井记录的GRC曲线在泥岩处重合（GRC曲线是C/O能谱测井记录的一条自然伽马曲线），GRC值在储层明显增高，说明该层水淹。
这是因为注入水在储层中推进的同时，由于注水压力大于地层压力，储层将发生弹性变形，注入水将溶解、吸附、携带储层中的放射性物质，在油井水泥环周围形成放射性积垢。
C/O测井记录的GRC曲线对这一现象能给予反映，特别是能反映储层的水淹部位，可以说明注入水是水平推进，还是沿着渗透性好的部位形成“水道”型推进。
六、C/O测井曲线的定量解释
实验室的测试结果表明，对于给定的孔隙度φ，无论纯砂岩或纯灰岩，C/O比值与含油饱和度So之间均有近似的线性关系。
对同样岩性和孔隙度φ的纯地层来说，So与C/O比值之间的关系可表示为：
DC/O=（C/O）O－（C/O）W
（2）
式中：
（C/O）O与（C/O）W——岩性和孔隙度相同的纯岩石在饱和
油与饱和水时的非弹性散射C/O值；
C/O——在相同岩性和孔隙度的纯岩石中，含油饱和度
为SO时的C/O值。
上述方法称为比值法，其应用效果与（C/O）W、DC/O参数的选取有密切关系。
由此可得一组计算含油饱和度的公式。
用上述关系式计算的含油饱和度是碳氧比测井时储层的剩余油饱和度（记为Soco），该含油饱和度与完钻测井时计算的含油饱和度（记为So）进行重迭，重迭后的幅度差与So之比记为Rso。
比值Rso与驱油效率有相同之处也有差异，Rso反映的是在C/O测井和完钻测井之间的时间间隔内，各储层的油层动用状况。
当完钻测井为油层时，Rso与驱油效率具有相同的含义，完钻测井为水淹层时，Rso与驱油效率分别代表不同的含义。
对这种水淹层的解释既要分析Rso值，还要分析So和Soco的数值大小。
七、碳氧比能谱测井应用
1、识别高含水油层
多层合采时，并非所有地层都水淹、也并非所有高渗透地层都强水淹的事实已经被生产实际所证实。
地层的连通性、生产井与注水井间的断层遮挡、岩性尖灭等因素影响着液体的产出，注水井注水层位、注水效果、注水强度直接影响地层能量维持。
经过一定时期生产后在射孔井段内地层水淹是极其复杂的，利用碳氧比能谱可以有效解决多层合采时识别高水淹层。
图1是HC7-47井碳氧比能谱解释成果图，从图中可以看出射孔井段内的28号层明显高水淹；尽管29-30号层含油量相对较高，但受28号层影响实际产出将十分困难。
2、未射孔的储集层含油性评价
减少高水淹层被射开对于提高采收率、准确认识油层及含油级别至关重要。
在裸眼井测井评价后又经过多年开采某些未射孔层油层可能变为水淹层；裸眼井解释受侵入的影响可能漏掉一些轻质油气藏。
利用碳氧比能谱测井可以在射孔前确定储集层目前水淹状况为可靠射孔和补孔提供依据。
由于地质条件复杂，中原油田多采用分区分片和分采方式，射孔前十分有必要落实新射开层的水淹状况。
图2是M1-35井未射孔层碳氧比能谱解释成果图，从图中可以看出上部33号层底部已经1级水淹，但32号层的水淹级别在2-3级之间。
32号层孔隙度、渗透率较高，补孔将有明显增油效果。
3、评价薄、差油层剩余油
由于油田开发后期薄、差油层成为主力产油层，因此研究薄、差层的含油性是老油田采油的中心问题之一。
例如M1-35井存在较多薄、差层，这些层水淹后的剩余油分析是较困难的。
图3是M1-35井高精度碳氧比能谱解释结果成果图，从图中可以看出射开井段有效厚度小于0.8米的层较多，碳氧比曲线可以清楚反映含油性变化。
4、评价储集层的生产潜力
油层开采后，主力产油层的生产潜力对油井的寿命致关重要。
利用碳氧比测井的多次重复测量不仅确定剩余油变化，更重要的是评估各层的生产潜力和寿命，这对区内编制开发、调整方案有重要意义。
5、确定储集层的气油界面、油水界面
由于气层中碳元素密度相对较小，利用碳氧比确定气油界面非常清晰。
在油水界面上也有明显的差别，近年来研究的快、热中子俘获谱分析表明氢比硅加钙曲线对气体较敏感，在寻找二氧化碳气藏也见到一些效果。
6、在注水井中确定地层残余油饱和度。
八、结束语
碳氧比能谱测井是套后确定剩余油饱和度一种有效的测井方法。
它不受矿化度、地层含钙量和侵入等影响。
可对油井的注入、采出效果监测。
对于渗透性较好的储集层剩余油饱和度监测效果尤其明显，特别是观察层内剩余油分布有重要意义。
由于碳氧比测量的是侵入带恢复后含油饱和度，它可以直接反映地层可动油变化。
新型的碳氧比能谱测井仪还可以反映薄差层的含油性。
碳氧比能谱测井属于脉冲式放射性测井，它的统计起伏相对较大，因而在分层能力、测量精度、探测范围都有一定的限制。
随着技术的进步，碳氧比仪器会逐步得到完善。
图1HC7-47井射孔井段内高精度碳氧比能谱解释成果图
图2M1-35井碳氧比能谱测井解释成果图
图3M1-35井碳氧比能谱解释成果图
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