碳氧比能谱测井的基本原理
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
第四章快中子非弹性散射能谱碳氧比测井讲解
中子与原子核的作用也不是库仑力的作 用，而是中子与原子核的碰撞和复合。 2、 中子的质量 中子的质量可由实验来确定，静止 质量为
mn 1.008665u 1.6749543 10 939.5731Mev c 2
27
kg
3 、中子的寿命
中子的静止质量大于质子和电子的静 止质量之和。因而，中子是不稳定的，会 自发地发生β¯衰变：
n p v Q
Q 782 13Kev
中子的半衰期为：
T1 / 2 11.7 0.3分
4、 中子的自旋
无论是自由中子还是原子核的束缚 中子，都存在着自旋运动，它们的自旋 量子数I=1/2（单位为ħ=ħ/2π,h为谱朗克 常数）。中子的自旋犹如原子核的自旋 运动一样，不能简单地理解为一个质点 绕子身轴的转动，因为中子有其复杂的 结构。
当 180 时
0
显然向后发射的粒子b动能最小。
（2）核反应的阈能 当Q<0时，由于反应是吸能的， 只有当入射的粒子的动能大于一定数 值时，反应才能实现，在实验室坐标 系（L系）中，能够引起核反应的入 射粒子所必须具有的最低能量，称核
反应的阈能, 用Eth 表示. 显然，Eka Q ，反应不会发生，
4.1.2中子按能量分类 根据中子动能的大小，可将中子分为如 下几类（详见表4.1）
1、 慢中子
慢中子包括：冷中子、热中子、超热中 子、共振中子。在核测井中，常要测量 的是热中子和超热中子。（如中子孔隙 度测井，补偿中子测井）。
（1）热中子
当快中子慢化而达到与周围介质原 子处于热平衡状态的中子，称为热中子。 因此，从这种意义上说，热中子是 中子速度（能量）分布近似服从麦克斯 韦分布的中子群的总称。 麦克斯韦分布：
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
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
SMY—50碳氧比能谱测井仪原理及应用
SMY—50碳氧比能谱测井仪原理及应用【摘要】介绍了西部钻探测井公司SMY-50长时效碳氧比测井仪器的组成及技术性能特点。
实际推广和应用证明，该套仪器具有良好的一致性、重复性和稳定性，各项技术性能参数达到油田要求，符合质量控制标准。
所测近30口井的资料解释结果为克拉玛依油田的老井开发提供了可靠的依据。
【关键词】碳氧比能谱测井仪器中子发生器非弹性散射产额SMY-50碳氧比能谱测井仪器，能够连续长时间测井。
该仪器的中子发生器使用自成靶中子管、高压倍加器和高压变压器，以及部分附件装入外径为76mm 的不锈钢管中构成一个密封短节，管内充六氟化硫作为绝缘介质。
它发射的14.1MeV中子可以穿透钢套管和水泥环，在地层中激发出伽马射线，使用探测器记录这些伽马射线并对它们进行时间和能量分析，可以得到地层岩性，含油饱和度，孔隙度等信息。
目前该仪器在克拉玛依油田已经测井近30口，取得了较好的效果。
1 SMY-50碳氧比能谱测井仪器原理C/O测井是利用脉冲中子源向地层发射14MeV高能快中子，测量这些快中子与地层物质的核素发生非弹性散射放出的伽马射线的能谱的一种测井方法。
高能快中子与地层中不同核素发生非弹性散射放出具有不同特征能量的伽马射线，对其进行能量分析，就可以确定层中存在的核素和它们各自的浓度。
岩石内常见的核素中，碳和氧都具有较大的快中子非弹性散射截面，并且所产生的非弹性散射伽马射线均有较高的能量。
碳和氧又分别为油气和水的很好的指示核素。
所以选择测量地层中的碳和氧产生的非弹性散射伽马能谱，取其计数率比值来确定储层的含油饱和度。
SMY-50中子发生器外壳下部接有高压控制、阳极电源和接口控制，干扰抑制等电子线路单元组成的非密封控制和接口短节，它们组合在一起构成中子发生器主体部件。
在其上部配接屏蔽体与连接滑环，装入外径为90mm的2727井下仪器外壳中。
2 现场应用SMY-50碳氧比仪器已在克拉玛依油田测井近30口，其中有12口测量段在500m以上，每井次连续工作时间超过12小时，充分体现了该仪器的长时效特点。
地球物理测井碳氧比测井
了解”中子”
原子核由质子和中子构成。由于中子不 带电荷，因此没有库仑势垒，易与原子核 发生核反应，这就使中子成为研究原子核 结构和性质的有力工具。 在应用地球物理中，中子与物质相互作 用的性质成为研究地层、岩性、矿物成分 的有效手段。
中子的基本性质
1.由于中子不带电荷，它与电子相互作用时，不能使物质电 离，因此中子在物质中的穿透力很强。 2.它与核相互作用时，不用克服库仑势垒，易接进原子核发 生核反应。其反应截面与原子序数无关，仅与质量数有关。 3. 质量:
碳氧比能谱测井的影响因素
碳氧比能谱测井需要考虑到一些影响因素,它同其 他的测井方法一样,也要考虑到具体的测井环境
(1) 孔隙度的影响
(2) 岩性的影响
(3) 矿化度的影响
(4) 油的密度的影响
(5) 井眼条件的影响
(1) 孔隙度的影响
碳氧比值是地层介质中碳元素的响应，当岩性不 变，地层孔隙度由小变大时，纯油砂岩或纯油石 灰岩的碳氧比值都相应地增大。碳氧比曲线只反 映地层含油量的多少，要确定含油饱和度，就要 考虑孔隙度的大小。孔隙度越大，碳氧比求得的 含油饱和度结果的可信度就越高。一般地: 当孔隙度大于12％时，用碳氧比能基本确定含 油饱和度； 当孔隙度小于12％时，定量解释有误差，只能 定性判断油水层。
在地球物理测井，地层经中子非弹性散射 后，地层中的一些核素就会发出特征γ射线， 测量γ射线的能谱，进行能谱分析，就可以得 出地层中元素的含量，或含量比，从而达到 划分地层的目的。 例如，不同地层中各元素的含量是各不相 同的，测量地层碳、氧元素的比例大小，就 可以划分地层是油层还是水，因油层与水层 的碳元素与氧元素的比例是不同的。
M n 1.008665 1.674950 10 27 Kg 939.5492Mev
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
几年来，先后在吉林；辽河；胜利；中原；海拉尔和大港等油田从事测井技术服务，在这些油田累计测井数百口，为当地油田做出了贡献，受到了广泛好评。
2.2仪器的主要技术指标
工作温度: -25℃ ~ 150℃
测量速度：36m/h
压力: 80MPa
冲击: 50g 三维(11ms)
振动: 5g 三维(10 ~ 60Hz)
供电电源: 180V
±10%
DC
外型尺寸: 外径94mm±0.5mm，长度4110mm±20mm
仪器的碳氧比统计起伏涨落：小于0.015
仪器碳窗+氧窗计数率之和：大于1000/S（在35﹪孔隙度标准模型井）
仪器测量动态范围：不小于18%（在35﹪孔隙度标准模型井）
3 碳氧比能谱测井作业条件
3.1测井小队具备的设备和工具
①数控测井地面系统、数据采集箱和双路直流稳压电源。
②吊车、天地滑轮和法兰盘。
③示波器、数字万用表和勾头扳手等。
3.2测井施工条件
①测井作业前要取出油管，并对老井进行洗井刮蜡。
①井场平整，20M×20M范围内可以摆放车辆。
②测井通知单数据齐全，掌握井筒内一般状况。
③备有裸眼井蓝图。