碳氧比测井解释培训教材.doc

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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、