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
探测对象的饱和度或孔隙度
等特征。
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
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
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
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； ★当源距增大时井眼影响虽缓 慢减小，但直到超过70cm时还存在。
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)。
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，
式中K与XIW根据试验求得，通常取K=O.8，XIW=2.3562。解释时 要进行孔隙度和泥质含量校正。
各油田根据地质特点，上述公式将各有变化。
4.碳氧比的计算、饱和度和孔隙度解释模型
(3)储层总孔隙度解释模型
碳氧比测井中的C/I曲线记录的是地层俘获伽马总计数率与非弹
性散射伽马总计数率之比值，它与补偿中子测井曲线相似，能较好的
同时测量俘获γ谱和计数率随时间的衰
减，解俘获γ能谱得元素产额，提供岩性、 孔隙度和视地层水矿化度，而由衰减曲线求 得地层热中子宏观俘获截面Σ。 C.SIGMA模式 快速(1800 ft／h)测
量热中子宏观俘获截面Σ。
(2) 典型仪器（RST）简介 ③ 探测深度 斯仑贝谢的RST双探测
器仪器，长、短源距探测范
4.碳氧比的计算、饱和度和孔隙度解释模型
(1)单位体积地层中的碳和氧原子数及其比值
① 纯砂岩 碳氧原子数比为
nc 3.74So no 3.35 (1 So ) 5.32(1 ) 从上式和右图可以看出： COR
A.当孔隙度大时，曲线的斜率大，测定
含油饱和度的灵敏度高； B.对孔隙度相同的地层，含油饱和度高
3.伽马能谱的数据采集和处理
(2)典型仪器（RST）简介
在碳氧比能谱测井仪器中，斯仑 贝谢双源距过油管碳氧比剩余油饱和
度测井仪较有代表性，现作简要介绍。
①下井仪结构
右图是外径63.5mm的RST下井仪结
构示意图。脉冲中子源重复周期100微 秒。两个GSO闪烁探测器，分别偏靠井 壁和井眼，源距和结构都使短源距探 测器对井眼流体敏感而长源距探测器
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
曲线④因地层和井内流体差别不
大，反映的只是比值的基值，无明显
变化。单探测器仪器主要考虑减小井 的影响，源距应在统计精度允许的前 提下尽量选大一些，如40～50 cm。 双探测器仪器：长源距探测器与 单晶仪器相同，主要反映地层的性质； 短源距探测器主要反映井眼内流体的 性质，源距应在仪器结构允许的条件 下尽可能短一些，如20cm。
(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
数目与水和岩石骨架中氧原子的数目之比，即碳、氧原子密度之比。
这个比值与含油饱和度、孔隙度有一定的关系。 在实际解释中是用模型井得出的经验公式。
SO
C / O (C / O)W (C / O) O (C / O)W
式中(C/O)W为水层中的碳氧比值； (C/O)O为油层中的碳氧比值； C/O为目的层测得的碳氧比值。
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
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
时灵敏度高；
C.孔隙度高和含油饱和度也高的地层对 碳氧比测井有利，可达到较高的精度；
D.低孔隙度高含水地层对测井不利，得
不到理想的效果。
(1)单位体积地层中的碳和氧原子数及其比值
②.74So 1.63(1 ) no 3.35 (1 So ) 4.89(1 )
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
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。
对应于同一含油饱和度，孔隙度大
的地层碳氧原子数比值高。 由以上分析可知，识别岩性对 做好碳氧比能谱测井定量解释非常 重要。
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
碳氧比能谱测井资料解释主要是求含油饱和度S0(亦即剩余油饱 和度)，其解释模型是建立在单位体积地层为油和岩石骨架中碳原子
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