碳氧比测井PPT课件

1、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第1页/共67页c/o测井有哪些优点 可以用于套管井地层评价(比较电法测井) 所计算的So,等参数受地层水矿化度影响小 (中子寿命测井不能在低矿化度地层水地区使用) 是目前唯一不受地层水矿化度影响,在套管井中测定含油饱和度的测井方法第2页/共67页c/o测井的发展历史 国外从20世纪50年代初期开始研究,20世纪70年代初投入现场试验,schlumberger

2、公司称此法为次生伽马能谱测井GST Atlas公司称为碳氧比(C/O)测井,其测量原理相同,测量项目略有差别. 我国从20世纪80年代引进了Atlas公司的碳氧比测井仪,大庆油田研制的仪器于1982年通过鉴定,投产应用.第3页/共67页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

3、.第4页/共67页了解”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。第5页/共67页中子的基本性质 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: 4. 中子是不稳定的核子，可以自发衰变成质子，发生衰变为: 中子的半衰期为 分钟。因此自然界中不存在自由中子。M

4、evKgMn5492.93910674950.1008665.127KevQQPn13728 3 .07 .1121T第6页/共67页中子源产生中子的方法 为了研究中子与物质相互作用的性质，必须具备中子源。由于自然界中不存在自由中子，故必须用一定的方法制备中子源。按制备的方式不同中子源可分为： 1.（，n）中子源同位素中子源 2. 光激中子源（，n） 3. 自发裂变中子源 4. 加速器中子源 5. 反应堆中子源第7页/共67页加速器中子源(脉冲中子源 ) 加速器是用人工方法使带电粒子获得较高能量的装置。利用加速器所加速的带电粒子轰击靶核，引起发射中子的核反应，就是所谓加速器中子源。 加速器中子

5、源的优点： 中子强度高 可以在很宽的能量范围内获得单能中子 中子的发射是可控的，在不需要中子时，不运 行加速器就可以不发射中子，因此加速器中子源没有很强的放射性。第8页/共67页 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1013 /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 中子源的靶物质(轻核)AlMgCBLiBe27132512121056

6、384,第9页/共67页中子的分类 中子与物质相互作用的性质与中子的动能有关。按中子动能的大小可将中子分为：（1）热中子：0.01ev左右（2）超热中子：1ev0.01ev（3）慢中子：1kev1ev（4）中能中子：500kev1kev（5）快中子: 0.5Mev以上第10页/共67页中子与物质的相互作用 宏观物质由原子和分子组成。而原子又是由核和核外电子组成，当我们考察中子与物质相互作用时，就要考察中子与电子和原子核的作用。1、中子与核外电子的作用 :忽略不计 2、中子与靶核的作用(即使能量很低的中子也 能引起核反应 )第11页/共67页中子核反应的分类 对于不同能量的中子，可以产生不同类型

7、的核反应 对于能量低于50Mev的中子来说，中子与核的反应。按出射粒子的不同，可以分为： 1.弹性散射（n,n）：包括形状弹性散射、 复合核弹性散射。 2.非弹性散射：（n,n） 3.辐射俘获：（n,） 4.其它各种活化核反应第12页/共67页第13页/共67页非弹性散射（n,n） 入射中子被靶核吸收后，形成复合核，然后放出一个中子来，如果复合核放出一个中子后处于激发态，则这个过程称为复合非弹性散射。（入射中子的动能，有一部分转化为余核的激发能，因此入射中子与靶核作为一个体系在反应前后动能不再守恒，故称为复合非弹性散射）。 反应式：XXnXnXAzAmzAmzAz1010第14页/共67页 应

8、用：中子与靶核发生非弹性散射，使靶核处于激发态，在退激时要发出射线。 由于这些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，这些射线叫做特征射线。特征射线与靶核的性质有关。 利用特征射线可以研究核的能级结构。反过来，若已知核素的特征射线能量，就可以利用中子非弹性后靶核发出的射线分析靶物质中所含的核素的多少（元素）。 第15页/共67页 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射线，测量射线的能谱，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

9、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。第16页/共67页辐射俘获 靶核吸收中子后形成复合核，复合核若处于激发态，也可以通过放出一个或多个射线而衰变，回到基态，把这种过程称为辐射俘获。 注意点：复合核一旦放出射线到基态后，就不能再放出其它粒子而衰变了；反应中所放出的射线称为辐射俘获射线。在测井中称为中子射线；射线的能量与余核的结构有关，不同的靶核与中子发生辐射俘获反应，会形成不同的余核，因而也就有不同的射线放出。ynXAzAz110第17页/共67页 应用：原子俘获中子后放出的射线与余核的性质有关，而余核又取决于靶核。因此，分析余核放出的射线，就可以反推靶核的特性，例如反

10、推靶核的含量？这个前提是在已知一些元素俘获射线的能量。第18页/共67页3. c/o测井原理 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.第19页/共67页第20页/共67页第21页/共67页 第22页/共67页第23页/共67页第24页/共67页第25页/共67页第26页/共67页第27页/共67页碳氧比能谱测井的影响因素

11、 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) 井眼条件的影响第28页/共67页(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

12、。第29页/共67页(2) 岩性的影响 实验室的测量结果表明碳氧比测井对碳的响应是灵敏的，但一般在单独使用碳氧比参数时，却分不清岩石孔隙中所含的碳与岩石骨架中的碳。如水饱和的石灰岩层中，尽管岩石孔隙中充满了水而不含碳，但在岩石骨架中却含有大量的碳，所以测得的碳氧比值仍然很高，与高孔隙度饱和油砂具有相似的碳氧比值，为此必须分辨出地层岩石骨架中的碳和孔隙流体中的碳。 砂岩的主要成分SiO2 ，石灰岩的主要成分是CaCO3 ，显然，石灰岩中含有大量的碳元素，这正是石灰岩地层的碳氧比值高的原因。然而，硅和钙却是砂岩和石灰岩所分别独有的，并且硅和钙的非弹性散射伽马与俘获伽马射线能量有较明显的差别。因此，

13、利用这一特性就可以将砂岩地层与石灰岩地层区分开。第30页/共67页(3) 矿化度的影响 碳氧比能谱测井最有意义的特点是对地层水矿化度不灵敏。因为这一特点使其能在地层矿化度很低的油田中确定储集层的含油饱和度。但对于砂泥岩剖面其分辨率较低，而俘获SiCa的大小受到地层水矿化度的影响 所以选择地层水矿化度在30000ppm 一50000ppm之间，所反映的地层真实性效果较好。第31页/共67页(4) 油的密度的影响 油的密度对碳氧比值的测量有较明显的影响。孔隙度一样，含油体积相同，但因为油的密度不同，单位体积的油里含有的碳原子核数不一样，重油含碳原子核多而轻油含碳原子核少。 因而在孔隙度相同时，重油

14、比轻油的饱和油砂的碳氧比要高。第32页/共67页(5) 井眼条件的影响 若套管中装满淡水，随着井径的增大，井眼内水的影响越来越大，测得的碳氧比值越来越小； 若井内流体为油，则随着井径的增大，井眼内油的影响越来越大，因而测得的碳氧比值也越来越高。第33页/共67页4. 碳氧比测井仪器 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、SNP1、SNP2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

15、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。第34页/共67页 目前碳氧比测井仪有单源距CO能谱测井仪、双源距CO能谱测井仪。双源距CO能谱测井仪能够消除环境因素对测量结果的影响、在不需洗井的情况下准确确定剩余油饱和度，提高了资料解释精度。第35页/共67页仪器结构 C/O测井仪器包括井下仪器和地面仪器两部分.井下仪器: 中子管控制电路; 高压电源; 中子管; 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.第36页/共67页 (1)当脉冲中子射入地层后在10-6秒左右，非弹性

16、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。第37页/共67页4. C/O测井资料解释和应用测井资料解释模型:根据线性体积模型,元素含量和孔隙度、含油饱和度、岩性等地层参数的关系为: 式中 地层中碳原子的浓度; 地层中氧原子的浓度; 含油饱和度; 烃中碳原子核密度; 水中氧原子核密度; 钙化合物中氧原子核密度; 骨架化合物中碳原子核密度;

17、孔隙度。MAWCahCOoOCaCoOCnnSnVnSYY)1 ()1 ()1 (CYOYOShCnwOnCaOnmaCn第38页/共67页为什么不直接采用碳或氧的计数? 1. 采用C/O值是由于氧的特征伽马射线能量大 ,在介质中经康普顿散射软化后,有可能被碳窗记录,比如含水砂岩(不含碳)的C 窗计数率也很大. 2. 可消除中子产额的不稳定对碳能窗和氧能窗计数率的变化造成的影响. 第39页/共67页第40页/共67页第41页/共67页第42页/共67页CO值和流体饱和度关系的图版。交绘孔隙度和CO值可确定饱和度点。第43页/共67页Ca/Si值和孔隙度关系的图版。交绘孔隙度和Ca/Si值可确定

18、岩性第44页/共67页第45页/共67页应用实例 碳氧比能谱测井的主要用途是：在孔隙水矿化度低、不稳定或未知的条件下，在套管井中测定地层含油饱和度。 碳氧比测井的探测深度只有22cm,无法克服侵入带的影响,在套管井中也只能在下套管10天以后测. 按线性体积模型，地层中碳和氧的原子密度比为：第46页/共67页岩性指数比测量俘获和非弹性散射伽马计数比，可用来区分砂岩和 碳酸岩地层，并估计砂岩地层中的碳酸岩含量，还可以用来估计地层的孔隙度。孔隙度指数测量俘获伽马计数比，可用来指示地层的孔隙度。泥质指数测量俘获伽马射线计数比，可用来指示套管和节箍的存在及地层中含铁矿物或泥质的含量。第47页/共67页第

19、48页/共67页 成功进行CO测井解释的关键因素之一就是作解释计划。开展任何工作前，必须考虑地层水矿化度、井眼状况、井眼流体的再侵入、电阻率对比度、孔隙度、去垢酸化、套管状况、水泥胶结和完井限制等因素。第49页/共67页碳氧比能谱测井资料的应用举例1 . 确定油田注水开发期剩余油饱和度，判断水淹程度2 . 在老油井中寻找漏失油层3 . 寻找高含水层，进行堵水作业4 . 挖掘薄层中产油潜力5 . 在勘探开发中为射孔提供依据第50页/共67页 在多年注水开发的老油田，多数井的部分层位已出现不同的水淹。利用碳氧比能谱测井资料能够判断水淹层位，为油井补孔、堵水挖潜提供依据。 X29314井于1985年

20、完井。一直生产的有34、40、45和46层，产油2t，产水87m3，含水已达979，碳氧比能谱测井资(见图2)表明，原生产井段已严重水淹，而4l到43层水淹程度较弱，故封住原生产井段，射开42、43层，结果产油199t，水16 m3含水73，达到了挖潜增效的目的。1 . 确定油田注水开发期剩余油饱和度，判 断水淹程度第51页/共67页 利用碳氧比能谱资料判别水淹层位，为堵水提供依据。表2为部分高含水油井，根据碳氧比能谱资料封堵严重水淹层后，油井效果对比情况，由表中数据可以看出封堵效果明显。第52页/共67页2. 在老油井中寻找漏失油层 碳氧比能谱测井是寻找遗漏油层有效的测井方法。 庙1814井

21、位于冀东油田MIO1区块的较低部位，处于油水边界，油层薄。1990年投产，投产时日产油297t，含水率为76，几年后含水上升到969。为挖掘油井潜力进行了碳氧比能谱测井，测井资料解释15I(1758317624m)层为潜力油层，见右图第53页/共67页3. 寻找高含水层，进行堵水作业 大庆大部分采油井目前已进入高含水状态，但有的层位仍具有生产能力。利用碳氧比能谱测井寻找高含水层，然后根据测井结果进行堵水作业。表1为在大庆采油十厂8口井堵水结果。第54页/共67页4. 挖掘薄层中产油潜力 2000年在大庆采油二厂和采油四厂测了6口井，所测层位都是02 m左右的薄层。根据碳氧比测井结果补射一些有生

22、产潜力的薄层，从搜集到的5口井的结果看，有4口井取得了增油降水的效果(表2)。第55页/共67页5. 在勘探开发中为射孔提供依据 碳氧比能谱测井由于基本不受地层水矿化度的影响，因而可用来进行油水层的判别。 如在卫星油田的卫1井的7号层和卫2的8号层进行单层投产，碳氧比能谱测井资料解释均为油水同层，与实际投产结论相吻合；卫3井碳氧比测井解释为：1号层为差油层，4号层为油水同层，与投产结论相吻合。卫4井的2号、3号、5号和7号层与投产结论吻合，6号层岩性、物性较好，碳氧比曲线值低，接近泥岩基线，从其响应上看，反映的流体性质以水为主，综合分析为含油水层，但第6层砂岩厚度06 m，层较薄，而碳氧比仪器

23、垂向分辨率约为08 m，因而碳氧比解释结论与投产结果稍有差别(表3)。第56页/共67页碳氧比测井新技术 目前使用的单探测器仪器要求测井前必须进行洗井和刮蜡, 使得施工的难度大, 费用高, 用户难以承受。双探测器碳氧比能谱测井仪器的研制正是为了突破这种限制。双探测器碳氧比能谱测井仪器是在单探测器的基础上增加了一个短源距的探测器。与旧仪器相比, 新仪器可以多测量一个短源距碳氧比值, 可以增加井眼中的测井信息, 使得确定井筒内的持水率成为可能, 可提高碳氧比能谱测井的测量精度。 由于这个特点, 取出油管(如修井) 时,在井筒流体是泥浆、清水、石油的混合物以及套管壁上粘有石蜡和石油的情况下进行测量,

24、 而不需要洗井、刮腊和替清水等作业。这种技术简化了作业施工的程序,节约了成本, 为大范围应用碳氧比能谱测井建立坚实的技术基础。第57页/共67页 最近十年，研制出了几种新型脉冲能谱仪。比如斯伦贝谢的储层饱和度仪(RSTPro)、哈里伯顿的储层监测仪(RMTElite)和贝克阿特拉斯的储层性能监测仪(RPM) 等。尽管这些仪器的工作原理相同，它们在设计和实现方面也会有明显的不同。第58页/共67页 国外最有代表性的当属斯伦贝谢公司的饱和度测井仪RST。 RST 仪器分为RST 2A 和RST 2B 两种。A 型仪器直径为43mm ,B 型仪器直径为63 mm。B 型仪器可以确定井眼内流体的持水率

25、, 得到的地层饱和度比A 型的准确。A 型仪器虽然测量远近源距的各种计数率, 但是要求在已知井眼流体的持水率时计算出地层饱和度。因为A 型仪器的近探测器测量信息中地层信息占了近一半。RST 2B型仪器贴井壁, 远近探测器设在仪器的轴心上, 近探器靠近井轴, 测量井眼流体。远探测器紧贴套管井壁,测量地层信息。2 个探测器都偏离仪器轴心, 且加上屏蔽, 使得近探测器几乎测量的全部是井眼内的信息。第59页/共67页RMT RMT(Reservoir Monitoring Tool, 油藏监测仪) 是目前各种碳氧比测井仪器中计数率和测量精度最高的一种新型双源距脉冲中子综合测井仪 工作模式: 非弹性散射

26、、俘获和氧活化三种 突出的优点: 小直径、双源距、大晶体、多参数、多模式组 合测井. 各种实际应用效果表明，油藏动态监测( RMT )测井技术在老井饱和度计算、水淹层判断、汽驱效果评价、剩余油饱和度评价等多方面发挥了重要的作用.第60页/共67页仪器简介RMT储层评价测井仪器串由3部分组成，包括伽马遥测短节、电源、RMT仪器部分，仪器串总长8. 9 m.RMT是有双探测器，直径54 mm的脉冲中子能谱仪器。选择54 mm直径可以使用较大直径的探测器，同类仪器相比，可以得到更高的计数率和更好的能谱分辨率，它所使用的探测器是直径为1. 4 in( 35mm)的锗酸晶体，近源距探测器长度为1 in，

27、晶体中心和源相距11. 5 in，远源距探测器长度为6 in，晶体中心和源相距20. 5 in。该仪器将锗酸秘晶体放置于特殊保温容器中，可以保证在温度为150环境中，6h内，使探测器温度保持在可接受的范围内(小于70)。第61页/共67页仪器特点 仪器外径为54 mm，可过油管测量，节省了作业工序，减少地层浸泡时间。仪器探测器采用BGO(锗酸)晶体，比采用NaI(碘化纳)晶体的探测灵敏度高出3倍以上。测井时仪器的远近探测器同时记录非弹谱、俘获谱、氧活化谱、本底谱等，为有效地分析地层元素提供了依据。3种工作模式(非弹、俘获、氧活化)同时测量,一次下井可获得3支不同仪器3次测量得到的参数。第62页/共67页工作原理 RMT