13碳氧比能谱测井详解
碳氧比能谱测井综合解释系统使用说明
碳氧比测井综合解释系统使用说明为提高碳氧比测井的计算精度，需要从建立解释模型开始，形成一套具有服务能力的碳氧比测井综合解释系统。
基于这一目标，充分考虑到目前我们的碳氧比测井系列，并考虑到碳氧比测井技术的发展，确定以下具体内容：●碳氧比测井响应机理研究●碳氧比测井解释模型●利用碳氧比测井资料对水淹层进行合理的解释主要技术特点●该解释软件采用微软Visual 工具开发。
●采用交会图和曲线覆盖技术，使用简单方便，功能强大。
●具有多种数据接口，可加载LAS、TEXT、LA716、LIS等多种数据格式。
●图形打印可以使用EPSON打印机和各种绘图仪，成本低，使用方便。
附件1 主要地层参数的计算碳氧比测井的解释一般是建立在主要地层参数由裸眼井测井资料确定的基础上，在常规裸眼井测井解释中我们做以下假设：▪输入曲线都是做过深度匹配和环境校正，曲线都反映地层的实际响应情况。
▪模型分为内部模型（隐含模型）和外部模型，除了Rt曲线外，其它曲线都反映地层冲洗带的状况；中子、密度是一个例外，即能反映冲洗带又能反映原状地层。
▪在冲洗带特性中，包括残余油气等，冲洗带的岩性和原状地层相比没有变化。
▪固体包括：石英、长石、方解石、伊利石等矿物；▪流体包括油、气和水。
▪ 水包括粘土束缚水、自由水和泥浆滤液（其中自由水可分为束缚水和可动水两种）。
▪ 固体和流体的联系用阿尔奇公式，阿尔奇公式可认为基本上是线性的，考虑到粘土等诸多因素对导电机理的影响，有许多改进的方程。
▪ 对流体参数的选取一定要考虑温度的影响。
对于原状地层，矿化度在同一单元应该是连续的，而电阻率是变化的。
考虑到测井仪器的不准确性。
取纯水层的参数最合理。
1、 孔隙度孔隙度曲线主要是单声波曲线，故采用威利公式计算孔隙度。
式中： △t ─ 储层声波时差值(μs/m)；△t ma ─ 岩石骨架的声波时差值，砂岩数值为180μs/m ；△tf ─ 流体声波时差值，数值为620μs/m ；cp ─ 压实校正系数。
13碳氧比能谱测井详解
5.碳氧比能谱测井资料的应用
应用分为5点
由于碳氧比能谱测井能在套管井中较好地区分油层和水层，确 定油层剩余油饱和度，评价水淹层，因而它在油田开发中得到广泛 应用。
(1)定量计算含油饱和度(剩余油饱和度) 不同的含油饱和度，碳氧比能谱测井得到的C、O比值是不一样
的，所以根据含油饱和度与C/O的关系式来定量计算含油饱和度(剩 余油饱和度)。
3.伽马能谱的数据采集和处理
(1) 源距选择和谱数据的采集
右图为用MCNP程序(Monte Carlo中子一伽马输运程序)模拟碳 氧比能谱测井得出的C/O与源距的 关系（模拟模型为高1m的均质地层 等）。
从图中①、②和③三条曲线可以 看出：
★当源距小于25cm时，碳氧比 值受井眼内流体性质影响很大；
(2)快中子非弹性散射γ射线 ① 非弹性散射γ射线
表中第一列给出的γ射线能量，就是非弹性散射γ初始数据谱。从表中 可以看出，油气储层中最显著的谱线是6.13MeV、4.43MeV、3.73MeV和 1.78MeV,它们分别是16O,12C,40Ca和28Si的特征谱线。在测井中，选用这四种核 素分别作为碳、氧、钙和硅元素的指示核素，因而这四条谱线也就是对应的 几种元素的特征谱线，见右上图。
2.脉冲中子源在地层中激发的伽马射线
(3)俘获γ能谱
脉冲中子源在地层中激发的各种γ射线的时间分布图。 从图中可知，测量时要用时间门控制测量快中子非弹性散射γ射线，然 后再根据能谱分析来确定射线的引起元素种类和元素含量。
碳氧比能谱测井
学习内容
1.方法特点 2.脉冲中子源在地层中激发的伽马射线 3.伽马能谱的数据采集和处理 4.碳氧比的计算、饱和度和孔隙度解释模型 5.碳氧比能谱测井资料的应用
碳氧比能谱测井技术与应用
碳氧比能谱测井技术与应用【摘要】本文简单介绍了碳氧比能谱测井的测量原理、技术特点、主要用途和操作步骤。
同时针对碳氧比测井资料在现河的应用进行了分析，阐述了应用碳氧比测井资料解决油藏的剩余油分布问题。
【关键词】饱和度；剩余油0.引言现河辖区包括两带、一洼、一地区，发现了馆陶-奥陶等8套含油层系。
已投入开发现河庄等六个油田。
探区构造复杂，油藏类型多样，是集“小断块、薄油层、窄条带、深埋藏、低渗透、稠油”于一体的复式油气集聚区。
进入“十五”以来，油田进入高含水开发期，普遍存在着平面及纵向剩余油分布不清、含水分布不清等主要问题。
因此，寻找剩余油分布，预测产层能力和寻找新的潜力层成为主要的挖潜方向。
1.碳氧比能谱测井技术概述碳氧比测井技术引入了快中子非弹性散射理论，解决了低矿化度地层水条件下测量的问题，但是孔隙度对碳氧比能谱测量影响巨大。
理论研究表明，只有在地层孔隙度大于15%的条件下，碳氧比测井可以获得较可靠的结果，可以根据C/O值确定含油饱和度，区分开油层、水层。
2.碳氧比能谱测井技术原理及特点2.1测量原理能量为14.1MeV的快中子轰击地层，与地层中的各种元素发生非弹性散射后减速，受轰击的原子核处于激发态，之后放出具有一定能量的伽马射线。
因此分析所测得的能量与伽马射线计数率组成的光谱即可确定地层所含元素的种类和数量。
因为原油中含有大量的C元素，水中含有大量的O元素，若测量出相应的元素的非弹性散射伽马射线的强度（计数率），即可确定出地层中碳和氧的含量，从而可导出油和水含量（饱和度）。
因为C/O比能谱测井是快中子非弹性散射基础之上建立的，所以其不受氯离子即矿化度的影响，由于伽马射线穿透能力很强，因此既可在裸眼井中测量，又可在套管井中测量。
2.2主要技术指标⑴探测器类型：NaI。
⑵耐压：70MPa。
⑶耐温：125℃。
⑷尺寸：Φ91×6000mm。
⑸测速：54m/h。
⑹在125℃环境条件下连续工作4小时以上。
碳氧比测井资料应用
SNP碳氧比测井资料的应用情况分析
羊4-21井是1993年羊三木油田8井
区的一口生产井。该井于2009年2
月进行了SNP碳氧比能谱测井，通 过碳氧比处理解释1、2、5号层解 释为水淹层。该井测井前1、2、5 合采日油2.72吨，水143.51方，含 水达98%，测井后调整生产层位， 2009年4月对1、2号层合采，日产
该快中子与地层物质的原子核将发生非弹性散射、弹性散射和辐射俘获及活化反 应，并且伴随会产生能表征元素类别和丰度的不同强度和能量的伽玛射线。这些
伽玛射线为光子探测器所接收后，仪器将记录和分析以下三种谱：即非弹性散射、
辐射俘获伽玛射线两种能量谱和伽玛射线的到达时间谱。并根据不同核素诱发伽 玛射线有不同能量的特征峰选择合适的“能窗”预以检测和记录，碳氧比能谱测 井主要选择碳元素、氧元素作为油和水的指示元素，硅元素和钙元素作为岩性的 指示元素。因为油中主要含碳,水中主要含氧,通过碳氧比测井可以求出地层中碳 氧相对含量比例,可以在已经下了套管的井中发现遗漏的油气层,在已采油的油井 中确定油层的剩余饱和度等。
SNP(HPT)
符号 曲线名 俘获总计数与非弹性反射 总计数比 元素名 地层响应 与电性曲线具有相关性
NCNI
Si+Ca C+O
CO
SICA HSC
非弹性碳氧比
俘获硅钙比 俘获氢比硅加钙
C
Si
O
Ca
用来计算含水饱和度
岩性指示
H/(Si+Ca) 反映孔隙度
一、碳氧比能谱测井技术简介 二、SNP碳氧比测井资料的适应性分析 三、SNP碳氧比测井资料的应用情况分析 四、SNP碳氧比测井解释标准的建立 五、认识与总结
3.67
51 230 0.34 1.85
报告1：精准碳氧比测井原理、解释方法操作共24页
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同Байду номын сангаас 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
报告1：精准碳氧比测井原理、 解释方法操作
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
碳氧比测井
2. c/o测井核物理基础
c/o测井的定义:
碳氧比测井是利用脉冲中子源向地层发射能量 为14MeV的高能快中子脉冲,分别测量地层中原子 核与快中子发生非弹性散射时放出的伽马射线,以 及原子核俘获热中子时放出的伽马射线,不同的原 子核产生的非弹性散射伽马射线和俘获伽马射线 的能量不同,记录这些不同能量的非弹性散射伽马 射线和俘获伽马射线,就可以分析地层中的各种元 素及其含量.
在应用地球物理中，所用的加速器中子源是脉冲 中子源 所谓脉冲中子源用直流电压，被加速粒子的能 量在50Mev以下。它们大都加速氘粒子，用（d， n）反应获得中子，中子的能量是单色的，其中子 强度可高达10 /秒。 氘核引起的反应都是放能反应，因此可用低能 加速器工作，选用氢的同位素做靶材料易实现 （d,n）反应，（d,n）反应有两种： 氘—氘反应 氘—氚反应
Am z
X A zX
应用：中子与靶核发生非弹性散射，使靶核处于 激发态，在退激时要发出γ射线。 由于这些γ射线的能量反映靶核的能级特性。 而靶核能级又决定靶核的性质，这些γ射线叫做特 征γ射线。特征γ射线与靶核的性质有关。 利用特征γ射线可以研究核的能级结构。反过 来，若已知核素的特征γ射线能量，就可以利用中 子非弹性后靶核发出的γ射线分析靶物质中所含的 核素的多少（元素）。
主要内容
1. 2. 3. 4. 5. 6.
c/o测井简介 碳氧比测井核物理基础 c/o测井原理 碳氧比测井仪器简介 解释及应用 新技术及发展
1. c/o测井是用来做什么的
主要用于: c/o测井是套管井评价地层岩性,含油性和孔 隙度的新方法,可以在套管井中较好的划分 油层和水层 可以过套管确定油层的剩余油饱和度 评价水淹层 复查老井,寻找被遗漏的油层 在注水开发过程中监视油水运动状态
13 碳氧比能谱测井
4.碳氧比的计算、饱和度和孔隙度解释模型
(2)含油饱和度解释模型
SO C / O (C / O)W (C / O) O (C / O)W
上式仅对油水层孔隙度与岩性基本一致时适用。 在储集层孔隙度与岩性变化时，应考虑测得的 Si/Ca，可按下式 求 SO
SO C / O K ( Si / Ca ) XIW (C / O) O (C / O)W
看到各自的全 能峰、单逃逸
峰和双逃逸峰，
而硅和钙的谱 图特征峰不够
显著。
(2)快中子非弹性散射γ射线 ②非弹性散射γ射线仪器谱 实际测量时候， 可选取四个特征 谱段（能窗）， 使每个谱段的计 数尽可能多地反 映其中一种核素 的贡献，以便于
处理。
2.脉冲中子源在地层中激发的伽马射线
(3)俘获γ能谱
的含量比含油岩层多。因此可选取碳元素及氧元素分别作为油和水 的指示元素。 当快中子与碳元素和氧元素原子核发生非弹性散射时，这两种
元素不但具有较大的宏观非弹性散射截面，而且放射出非弹性散射
伽马射线能量较高，差别也较大(碳的散射伽马射线能量4.43MeV， 氧的散射伽马射线能量为6.13MeV)，有利于作能谱分析。
从上式和右图可以看出：
A.当含油饱和度为零时，碳氧原子
数比为O.333，比孔隙度为35％和含油 饱和度高达90％的纯砂岩还要高； B.当含油饱和度达到20％时，孔隙 度不同的各条曲线交于一点，将曲线簇
分成两部分；
(1)单位体积地层中的碳和氧原子数及其比值
②纯石灰岩
C.当含油饱和度小于20％时， 对应于同一含油饱和度，孔隙度大 的地层碳氧原子数比值低； D.当含油饱和度大于20％时，
围有一定的差别。见右图。 双探测器仪器解释模型 是一组联立方程，通过解此 方程来确定不同探测深度的
碳氧比能谱测井的基本原理
1 碳氧比能谱测井的基本原理碳氧比能谱测井的基本原理是：向地层发射快中子（14MeV），同时记录分析快中子与地层中元素发生非弹性散射作用而产生的γ射线能谱。
碳氧等多种元素受快中子非弹性散射作用后，将以发射γ射线的形式使自己的能级退降到原来的稳态。
因为每种元素发射的γ射线的能量不同，我们可以根据接收到的γ射线的能量，来确定某种元素的存在，此能量的γ射线称为该元素的特征γ射线。
如：n + 12C →12C★ + n，∣→12C + γ（4.43MeV）n + 16O →16O★ + n，∣→12O + γ（6.13MeV）碳的特征γ射线能量是4.43MeV，氧的特征γ射线能量是6.13MeV，如此的能量差别很容易将两种γ射线区分开来。
其它元素如硅、钙、氮等受快中子非弹性散射作用也将发射γ射线，但它们或是特征γ射线能量与碳、氧的不同，或是反应几率小，或是地层中含量少，所以分析非弹性散射γ射线的能谱，便可以知道碳、氧两种元素的相对含量，而得到C/O值，油中含碳不含氧，水中含氧不含碳，这样由C/O值的高低可以推知含油饱和度的大小。
2 仪器介绍2.1仪器简介碳氧比能谱测井方法是上个世纪五十年代在世界兴起的一种脉冲中子测井方法。
在我国，以大庆为代表的测井工作者从六十年代开始进行了该方法的研究，经过数十年的不懈努力，刻苦攻关，获得了一大批技术成果，碳氧比能谱测井仪不断得到改进和发展。
大庆测井公司自成立以来，先后研制了NP系列碳氧比能谱测井仪，COR型高精度碳氧比能谱测井仪，COR-D双源距碳氧比能谱测井仪，伴随粒子碳氧比能谱测井仪和小直径碳氧比能谱测井仪。
仪器经历了由点测到连续测量；由耐低温到耐高温；由模拟电路到数字电路；由单晶到双晶的不断发展和完善过程。
仪器实现了系列化、标准化。
碳氧比能谱测井仪是我公司比较重要的拳头产品之一。
特别是COR型高精度碳氧比能谱测井仪，仪器具有较强的工作稳定性和较高的探测精度，具有国内领先水平。
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进而确定含油饱和
度。
2.脉冲中子源在地层中激发的伽马射线
(2)快中子非弹性散射γ射线
① 非弹性散射γ射线
地层中能与
快中子发生非弹 性散射而产生γ
射线的核素主要
是12C、160、28Si 和40Ca。右表给
出这四种核素的
有关数据。
(2)快中子非弹性散射γ射线
① 非弹性散射γ射线
表中第一列给出的γ射线能量，就是非弹性散射γ初始数据谱。从表中 可以看出，油气储层中最显著的谱线是6.13MeV、4.43MeV、3.73MeV和 1.78MeV,它们分别是16O,12C,40Ca和28Si的特征谱线。在测井中，选用这四种核 素分别作为碳、氧、钙和硅元素的指示核素，因而这四条谱线也就是对应的 几种元素的特征谱线，见右上图。
1.方法特点
碳氧比能谱测井是一种脉冲中子测井方法。其探测深度较浅，约 21.3 cm。主要用于套管井测井，克服了目前电测井不能用于评价套管 井中地层含油性的困难，它是套管井评价地层岩性、含油性和孔隙度 的新方法。其理论基础是快中子的非弹性散射理论。 当高能快中子射入地层之后，与地层中元素的原子核发生非弹性 散射，致使原子核处于激发状态。当原子核从激发状态恢复到稳定状
(2)快中子非弹性散射γ射线 ②非弹性散射γ射线仪器谱
地层快中子非弹性散射γ射线计数，主要包括碳、氧、硅、钙的贡献。 下图分别给出能量为14 MeV的中子与12C、160、28Si、40Ca发生非弹性散射产 生的γ射线谱，谱图是用NaI(TI)闪烁计数γ谱仪测定的。 图中所示 碳和氧的能谱
图中可明显地
损失的主要方式。
2.脉冲中子源在地层中激发的伽马射线
(1)快中子激发的γ射线序列
可以认为：非弹性散射和由此引发的光子发射是在发射中子的持续期内 进行的，并且当中子发射停止时这一过程也立即终止。在随后的脉冲间隔里， 即在中子发射后的10-6～10-3s的时间内，主要作用过程是弹性散射，中子热 化并产生俘获辐射。所以利用时间门可以把非弹性散射γ射线与俘获辐射γ 射线区别开。 碳氧比γ能谱 测井，就是对地层 中先后产生的这两 种γ射线做能谱分 析，求出碳氧比值，
(1)快中子激发的γ射线序列
脉冲中子源以一定脉冲宽度和重复周期向地层发射中子束。能量 为14MeV的中子进入地层，首先与地层中某些核素原子核发生非弹性散 射，并发射非弹性散射γ射线，不同元素原子核的非弹性散射伽马射 线的能量不一样。 在中子发射后的10-8～10-6s时间间隔内，非弹性散射是中子能量
下图是用BGO闪烁晶体，测到的俘获伽马能谱图。
图中纵线可分出H、Si、Ca、CI和
Fe的计数窗。可知：氢特征峰在2.23 MeV处显示清楚；硅两个全能峰位分别 在3.54MeV和4.93MeV；钙在6.42MeV和 4.42MeV处的两个峰也较明显；如地层
水为盐水，则氯的最明显的全能蜂在
6.11MeV，强烈影响钙能窗计数，从而 干扰用硅钙比区分砂岩和石灰岩。谱分
碳氧比能谱测井
Carbon/oxygen (C/O) spectral logging
碳氧比能谱测井
学习参考书
1.丁次乾. 矿场地球物理[M].东营,中国石油大学出版社,1996
2.<<测井学>>编写组. 测井学[M]. 北京,石油工业出版社,1998
3.黄隆基. 核测井原理[M].东营，石油大学出版社，2000
碳氧比能谱测井
学习内容 1.方法特点 2.脉冲中子源在地层中激发的伽马射线 3.伽马能谱的数据采集和处理 4.碳氧比的计算、饱和度和孔隙度解释模型 5.碳氧比能谱测井资料的应用
碳氧比能谱测井
学习内容 1.方法特点 2.脉冲中子源在地层中激发的伽马射线 3.伽马能谱的数据采集和处理 4.碳氧比的计算、饱和度和孔隙度解释模型 5.碳氧比能谱测井资料的应用
看到各自的全 能峰、单逃逸
峰和双逃逸峰，
而硅和钙的谱 图特征峰不够
显著。
(2)快中子非弹性散射γ射线 ②非弹性散射γ射线仪器谱 实际测量时候， 可选取四个特征 谱段（能窗）， 使每个谱段的计 数尽可能多地反 映其中一种核素 的贡献，以便于
处理。
2.脉冲中子源在地层中激发的伽马射线
(3)俘获γ能谱
析将严重受地层水矿化度影响。
2.脉冲中子源在地层中激发的伽马射线
(3)俘获γ能谱
脉冲中子源在地层中激发的各种γ射线的时间分布图。 从图中可知，测量时要用时间门控制测量快中子非弹性散射γ射线， 然后再根据能谱分析来确定射线的引起元素种类和元素含量。
碳氧比能谱测井
学习内容 1.方法特点 2.脉冲中子源在地层中激发的伽马射线 3.伽马能谱的数据采集和处理 4.碳氧比的计算、饱和度和孔隙度解释模型 5.碳氧比能谱测井资料的应用
的含量比含油岩层多。因此可选取碳元素及氧元素分别作为油和水 的指示元素。 当快中子与碳元素和氧元素原子核发生非弹性散射时，这两种
元素不但具有较大的宏观非弹性散射截面，而且放射出非弹性散射
伽马射线能量较高，差别也较大(碳的散射伽马射线能量4.43MeV， 氧的散射伽马射线能量为6.13MeV)，有利于作能谱分析。
Байду номын сангаас
基于上述原理，分别对不同地层进行能谱分析，就可以由碳元
素和氧元素的含量及其比值来划分水淹层、确定油和水的含量。
碳氧比能谱测井
学习内容 1.方法特点 2.脉冲中子源在地层中激发的伽马射线 3.伽马能谱的数据采集和处理 4.碳氧比的计算、饱和度和孔隙度解释模型 5.碳氧比能谱测井资料的应用
2.脉冲中子源在地层中激发的伽马射线
态时，将会放射出具有一定能量的伽马射线。对于不同元素的原子核
来说，其非弹性散射伽马射线的能量不一样。因此可对地层中的非弹 性散射伽马射线进行能量和强度分析(即能谱分析)，来确定地层中存
在那些元素及含量。
1.方法特点
石油是碳氢化合物，不含氧元素；而水是氢氧化合物，不含碳
元素。故在含油岩层中碳的含量比含水岩层要多，而含水岩层中氧
3.伽马能谱的数据采集和处理
(1) 源距选择和谱数据的采集
右图为用MCNP程序(Monte
Carlo中子一伽马输运程序)模拟碳
氧比能谱测井得出的C/O与源距的 关系（模拟模型为高1m的均质地层
等）。
从图中①、②和③三条曲线可 以看出：