13碳氧比能谱测井详解

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
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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)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
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。
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
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：
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
(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
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，
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
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
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
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
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