高温高压碳氧比测井仪的研制与应用
高精度碳氧比能谱测井在柳赞油田的应用
时为制定各种 调整 方 案提 供 可靠 的依 据 ， 而改 善 从
油 田的开发效 果 。
１ 技 术优 势
测 量 点／ 个
高精 度碳氧 比能谱测 井是 目前 中国较 先进 的剩 余油饱 和度 测 井 技 术 ＿ 。相 对 于 常 规 碳 氧 比能谱 ４ ｊ
老井作业效果不理想。为 了正确认识储层 ， 寻找剩余油饱和度相对 富集层位 ，０ ８年 ８月 以来应用 高精度碳 氧比 ２０ 能谱 测井仪 ， 对该油 田 １ ５口井进行 了测井分 析。应用 结果表 明， 利用高精度碳 氧比能谱测 井资 料， 能够 重新对某 些储 层进行正确评价 ， 确定 剩余油分布并判断水淹层级别， 经解释 ， 赞一 柳 １井 ２ ７号层为剩余油 富集 区， 柳赞一 ２井 ２ ２号层为上油水 同层下水层 ， 柳赞一 ３井 ｌ ４号层为上 中水淹层下较强水淹层， ９口井采取 了新的生产措施 ， 累积增
图１ 可见 ， 在孔 隙度 为 ３ ％ 的情 况 下 ， 和 水 的碳 ５ 油 氧 比数值相 差 较 大 ； 孔 隙度 为 １ ％ 的情 况 下 ， 在 ５ 油
，
发 育于柏各 庄断 层 下 降盘 ， 其北 、 部 以柏 各 庄 东
断层 为界 ， 与高 尚堡 构造 相连 ， 临柳 南 次 凹， 西 南 构
油 量 为 ２５０ ， 合 含 水 率 下 降 了 ３ ．％ 。据 此 ， ６ ｔ综 ０６ 重新 作 业 井 的解 释 符 合 率达 １０ 。 ０％
关键词： 高精度碳 氧比； 储层评价 ； 剩余油 ； 水淹层 ； 柳赞油 田
中 图分 类 号 ：６ １８９ ５ Ｐ ３ ．２ ． 文 献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ９ ９０ （０ ０ ０ － ０ ０ ０ １０ － ６ ３ ２ １ ）３ ０６ — ３
超高温高压井测井技术及应用探讨
65在油气藏资源的勘探开发过程中，超高温及超高压是一个必须充分考虑的因素，根据相关经验可知，做好测前设计与准备工作在很大程度上决定了测井能否取得成功。
但伴随储层实际埋深的不断增加，储层各项性质都将产生很大变化，使储层的评价面临极大挑战。
1 测井难点分析某井属于风险探井，同时也是地区内深度最大的井。
对其进行钻探的目的在于确定含油气性，为构造格架及地质格局等的分析研究提供可靠参考资料，包括压力和温度等。
该井的井身结构主要包含以下几部分，其中，一开借助直径660.4mm的钻头持续钻进到500m深，然后下入直径508.0mm的套管；二开借助直径499.97mm的钻头持续钻进到4463m深，然后下入直径339.7mm的套管；三开借助直径311.2mm的钻头持续钻进到6422m深，然后下入直径251mm的套管；四开借助直径215.9mm的钻头持续钻进到7500m深，然后下入直径139.7mm 的套管。
对于一开和二开，因井眼相对较大，会使测井曲线产生失真的问题；三开压力较大，温度为137℃，压力为141MPa；而四开的温度和压力都很大，温度为185℃，压力为149MPa。
由于井深为7500m，已经超出现有测井仪器有效使用范围，所以要用具有耐高温高压特性的仪器。
另外，因储层的埋藏深度也很大，而且地层压实比较严重，所以无论是求取储层参数，还是评价流体性质，都存在很大的困难。
2 测井设计2.1 仪器校验考虑到测井时压力与温度相对较大，所以测井仪器必须具备良好一致性与稳定性，这就要求在测井开始前对仪器进行认真且全面的校验，包括电缆张力特性，同于保证测井能够一次性完成，且深度检测结果准确无误，将误差控制在允许范围之内[1]。
2.2 岩心实验利用与地层水矿化度相适应的氯化钠溶液对岩心进行实验，通过实验确定常规条件下的温度、压力及地层温度，以及压力条件下的各项地层因素。
分析温度与压力可能对岩石孔渗造成的影响，进而确定岩石参数与骨架值，最终为测井资料的分析和解释评价奠定良好基础，提供必要的基础参数。
高温高压环境下的测井工具性能研究
高温高压环境下的测井工具性能研究随着石油勘探深入海洋和陆地极端环境，如高温高压条件下的油气藏中，测井工具在定量评估地下储层资源方面起着至关重要的作用。
因此，研究高温高压环境下测井工具的性能表现和问题成为了当今石油工程领域的热点之一。
本文将就这一主题展开论述，探讨高温高压环境下测井工具的性能研究。
一、高温高压环境对测井工具性能的挑战在高温高压环境中，测井工具面临着多重挑战，包括材料选择、封装与密封、工作稳定性等方面。
首先，高温高压环境对测井工具的材料选择提出了高要求。
传统材料在高温高压环境下容易发生氧化、腐蚀、疲劳等现象，导致工具失效。
因此，研发耐高温高压的材料成为了迫切的需求。
其次，封装与密封技术是高温高压环境下测井工具性能的另一个重要方面。
工具中的电子元件、传感器等需要受到良好的密封保护，以防止外部介质侵入，从而保持工具的正常运行。
最后，高温高压环境对测井工具的工作稳定性提出了更高的要求。
工具在极端环境下需要具备高度的可靠性和稳定性，以保证测量结果的准确性和可信度。
二、高温高压环境下测井工具性能研究方法为了研究高温高压环境下测井工具的性能，需要采用一系列的实验方法和数值模拟方法。
实验方法主要包括搭建高温高压环境模拟系统，对测井工具进行实验测试。
通过监测工具的电气性能、机械性能等指标，评估工具在高温高压环境下的表现，并发现问题所在。
数值模拟方法主要通过建立数学模型，利用计算机模拟高温高压环境对测井工具的影响。
通过改变参数和条件，模拟不同高温高压环境下的工具性能，并分析其变化规律。
三、高温高压环境下测井工具性能改进方案在研究高温高压环境下测井工具的性能时，需要针对前述的挑战提出相应的改进方案。
对于材料选择方面，可以采用新型高温高压材料，如高温陶瓷、高温合金等，以增强工具的耐受能力。
对于封装与密封技术方面，可以采用新型密封材料和密封结构，如高温橡胶、密封胶带等，以提高工具的密封性能。
对于工作稳定性方面，可以改进工具的结构设计，加强工具的抗震、抗振动能力，以提高工具的可靠性。
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
碳氧比测井
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）。
4. 碳氧比测井仪器
碳氧比测井仪器的发展：
仪器的试验，国外是从20世纪50年代开始的。我 国是从20世纪60年代开始才对该方法进行研究。 大庆测井公司先后研制了NP-4、NP-5、NP-6、 NP-7、SNP．1、SNP．2等型号的碳氧比能谱测井仪 及高精度碳氧比能谱测井仪、双探头碳氧比测井仪、 伴随粒子碳氧比测井仪和小井眼碳氧比测井仪。仪器 经历了由点测到连续测量、由模拟传输到数字传输、 由浅井到深井、由低温到高温的不断完善和发展过 程。
钨屏蔽体; NaI晶体; 光电倍增管及电源; 信号传 输系统的电子线路
地面仪器: 多道脉冲幅度分析器; 信号处理单元; 电
源,示波器和记录设备.
(1)当脉冲中子射入地层 后在10-6秒左右，非弹性 散射是主要的核反应。 快中于非弹性散射伽马 射线就是在这一时间间 隔里发射的。 (2)经过减速，快中子 将变为热中子。快中子 经弹性散射变为热中子 及热个子被俘获的过程， 大致发生在快中于进入 地层后10-8秒的时间间隔 里。俘获伽马射线就是 在这一时间间隔中发生 的。 (3)再往后，活化了的 原于核陆续衰变并发射 伽马射线。
13
中子源的靶物质(轻核)
8 4
6 12 25 27 Be, 3 Li,10 B , C , Mg , 5 12 13 Al
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
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足 ， 仪器 的应用受 到 限制 。随着钻 井不 断加深 ， 使 测 井难 度增 大 ， 以进 行 耐 高 温 、 高 压 ＣＯ测 井 仪 所 耐 ／
的研 制可 以在一定 程度 上解决 目前 和将来 在施 工 中
遇到 的这些 问题 。
ｌ 仪器 的基 本 原 理 和 结构
１１ 碳氧 比测 井原 理 ．
图 １ 各 元素 非 弹 射 射 线谱 （ Ｇ Ｂ Ｏ）
１ 仪器 结构 ． ２
碳氧 比能谱测 井方 法是用 来在 生产 井 中确 定剩
碳 氧 比测井 仪 由中子发 生器 屏蔽体 、 、 探测 器 、 电子线 路 、 温瓶 组成 ， 保 并置 于一根 独立 的外壳 内 。
关键 词 ： 氧 比测 井仪 ； 碳 高温 高压 ； 剩余 油饱和 度 ； 器研 制 仪
Ｏ 引言
油 田的开发 中后期 ，要想 使原 油产 量在相 当长 的一 段时 间 内保持 稳产 、 增产 、 提高 采收率 及开 发效
果 ， 且将储 量充分 挖 掘出来 ， 并 这对 油井储 层评 价提 出了更高 的要求 ，因此测 井仪 器也 就要做 出相 应 的
片机 系统 向地 面传送 的数据曼彻斯 特码 编码 。单片 机 系统 的核心是一 片 ＭＣ ４ ８５ ２单片机 ，系统还 ６ ０Ｅ １ 主 要 包 括 一 片 Ｅ Ｒ Ｍ 和一 片 ６ １ 据 存 储 器 。 ＰＯ １６数 ６１ １６数据存储 器用来存 放俘获谱 信息 。 系统将有 多 种 控制 能力 使 以上 六 个部 分有 机地 组合 在一 起 ， 完
２１年第 ２ ０１ 期 总 第 １２期 ８
・
围 外 测 井 技 术
ＷＯＲＬ Ｗ ＥＬ Ｌ ＧＩ Ｄ Ｌ ＯＧ ＮＧ ＴＥ ＨＮＯ ＯＧＹ Ｃ Ｌ
Ａｐｒ２ ．０１１
Ｔｏａ ８ ｔｌ１ ２
５ ９
综合应 用 ・
高温 高 压碳 氧 比测 井 仪 的研 制 与应 用
栾 一 秀 郭 帅
渤海钻 探测 井公 司
摘
要： 由于测 井深度 的增加 ， 引起 的 井温和压 力的升 高限制 了 Ｃ／ 测 井的应 用 ， Ｏ 以往 的 Ｃ／ 仪 Ｏ
器不能 满足 目前 日益 复杂 井况的 测量 ， 为此进 行 了高 温高压 Ｃ／ 测并仪 器的研 制。根 据碳 氧 比测 Ｏ
井原理 ， 过 高温 高压技 术 的应 用 ， 通 设计 了高温 高压 碳氧 比测 井仪 。 实验 和 实例 结果表 明 ， 器在 井 仪 深 ４０ ５ ０米 ， 温度 约 １５ 的条 件 下 可 以稳 定 工作 ， 量 结 果 与地 层 资料 相 符 ， 明 该仪 器设 计 合 ７℃ 测 证 理， 达到技 术要 求 ， 可以在 复 杂境 况 下可靠 工作。
中子热 化并 产生俘 获辐 射 ， 射弹性 射线 。碳 氧 发 比能 谱测 井 ，就是对 地层 中先 后产 生 的这两 种 ｒ 射 线做 能谱分 析 ， 出碳 氧 比值 ， 求 进而 确定含 油饱 和度
的测井 方法 。
改进 。ＣＯ测井 是 目前套 管井 评 价地层 剩余 油 饱和 ／ 度 的一种重 要方法 ，具 有受地 层水 矿化 度影 响小 的 优点 ， 以定 量地对 地层储 量 和水 淹度进 行解释 。 可 以
幅度满 足上 、 阈要求 的 ＾ 下 ｙ电子脉 冲信号进 行模 ／
数 变换 ，给 出脉 冲到达标 志 和模 ／数 变换结 束标 志
作者简介 ： 栾一 秀（９ ３ ）女 ， １ ８ 一 ， 工程 师， 现从事仪 器管￣ ＿ ， ｙｚ 作 参与过 国家自然基金项 目《 ｒ 旋转钻柱与钻 井液耦合动力学分析》 。
基本原 理是 ，通过 脉 冲 中子源 以一定 的脉 冲宽 度和
重复 周期 向地层 发射 中子束 ， 能量 为 １Ｍｅ ４ Ｖ的 中子 进入 地 层 ， 与地 层 中的 １ Ｃ １ ０、８ ｉ ０ ａ发 生非 ２ 、６ ２ Ｓ、 Ｃ ４ 弹散射 ， 并发 射非 弹性 射线 ， 图 １ 示１ 如 所 ３ １ 中 。在 子 发射后 的脉 冲 间隔里 ， 主要作 用过 程是 弹性散 射 ，
温 （ 或温度缓 慢变化）就 非常必要 。通 过改变吸热
剂 的配方 ，采用 高质量 的金属保温瓶并增 大几何尺 寸 ，考 虑到仪 器较长 ，在 两端分别 加入 吸热剂 以 保证其 内部温度 的平衡 ， 使其 达到更好 的保 温效果 ， 使 晶体 和 电路 连 续工 作 ８小 时 ，温 度 升 高不 超 过
国 外 测 井 技 术
２ １ 年 ４月 ０１
与 脉冲幅度模 ／数变 换值 ，通过谱分类 系统 和数 据 存 储器将所 获得 的对 应幅度 的脉 冲信 号存 储 、 累加 ， 数码 编译器完成 对地 面下发 的曼彻斯特码 信息 的译 码， 把译 码后 的数 据送 给单 片机 系统 ， 同时完成对单 ０ ｃ恒温 ６ ＝ 小时的情况下 ， 保温瓶内部温 度不超过 １０（，晶体的能量分辨率不发生太大变 ５￣ ２ 化， 确保 晶体 在测井过程 中充分发挥其优 越 的性能 。
另 外 ， 了尽 量降低探测器受 温度 的影 响 ， 为 采用 了杜 瓦瓶 的结构 ，在探测 器周 围充人 了压强 为 １ Ｐ Ｍ ａ的
余油饱 和度 的一种 脉 冲中子测 井方 法 ，从 实 际应用
至今 已经有 近 ２ ０多年 的历 史㈣ ， 碳氧 比能 谱测 井 的
仪 器通 过控制 电路 使 中子发生 器 以一 定 的时序 发 射 中子 ， 中子轰 击地层 后 ， 生能 量级不 同 的各种 产
射线。 探测 器完 成对 ＾ ｙ射线 的探测 ， 照吸收 按 射线能 量 的高低 ， 出相 应 幅度 的电子脉 冲信号 。 输 对
Ｓ６ Ｆ 气体 。
３ 中子 发生器控 制部分的 实现 ． ３