碳氧比测井的讨论有哪些?
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发布时间：2022-04-25 11:56
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时间：2023-07-13 14:51
一、碳氧比测井目前存在的问题1.碳氧比差值小（1）在标准模型井刻度，纯油、水层碳氧比无论是绝对变化，还是相对变化都小。
①碳氧比模型井：纯石英砂油（饱和柴油）、水（饱和淡水）层孔隙度φ＝35%，套管5.5in，水泥环厚度2.5cm，层厚度1.5m，直径1.5m，井内充满清水。
碘化钠探测器：纯油砂层C/O＝1.72，纯水砂层C/O＝1.45，ΔC/O＝0.27，相对变化0.27/1.45＝18.6%。
锗酸铋探测器：纯油砂层C/O＝0.7199，纯水砂层C/O＝0.5727，ΔC/O＝0.1472，相对变化0.1472/0.5727＝26%。
②碳氧比测井仪器灵敏度：
式中 η——碳氧比测井仪器的灵敏度；So——地层含油饱和度；φ——地层孔隙度；（C/O）o——油层的碳氧比；（C/O）w——水层的碳氧比。
（2）解决的办法有：
①研制新型中子管：带阿尔法粒子探测器的中子管实行定时定位测量；研制只发射中子能量为7MeV的中子管，只与碳元素发生作用，不与氧元素发生作用。
②研究更好的屏蔽体，使中子向地层发射的比例占到95%以上，把射向井眼及附近介质的中子及伴生的伽马射线的95%以上屏蔽掉。在清水压井的套管井中测碳氧比。双探测器碳氧比与单探测器碳氧比比较，并没有显示多大的优越性。近探测器占据了一定的空间，使屏蔽效果变差，使远探测器区分油、水层灵敏度降低。因此笔者认为，油井正常生产采油时，测双探测器碳氧比效果较好（仪器φ42～50mm）；在清水压井的套管井测单探测器碳氧比效果较好（仪器φ90～102mm），因为仪器直径粗排开的井内液体多，屏蔽好，所以ΔC/O大。
③选择比BGO更好的晶体做探测器。BGO闪烁体探测器在标准模型井刻度，纯油、水层碳氧比相对变化为26%；碘化钠闪烁体探测器在同一标准模型井刻度，纯油、水层碳氧比相对变化为18.6%。BGO比碘化钠提高了7.4%。
2．测速低碳氧比测井测速目前只有30～50m/h。解决问题的办法是：
（1）适当缩短源距，由50～60cm缩短为30～50cm；根据探测器计数率与中子源距离平方成反比的原理，可使计数率增加一倍以上。
（2）增大闪烁晶体体积，BGO由φ50mm×100mm增至φ60mm×140mm，体积由196.35cm3增至395.84cm3，碘化钠由φ50mm×120mm增至φ60mm×170mm，体积由235.62cm3增至481cm3，也可使计数率增加近一倍。
（3）研究更好的测井数据处理方法，编制更好的测井软件。
3.受强磁场影响在碳氧比测井时，有个别井的套管存在剩余强磁场，无论怎样屏蔽光电倍增管，也测不好γ射线能量谱。
在碳氧比能谱测井仪器或其他核测井仪器中，以往使用盒栅型、直线聚焦型、百叶窗型这三种光电倍增管。这三种光电倍增管特别容易受磁场的干扰。细网型（FM）光电倍增管采用封闭的精密组合网状倍增极，几乎是平行电场加速光电子、二次电子，使其具有极强的耐磁性、一致性和输出大的脉冲电流的特性。另外，当采用交叠阳极或多阳极情况下，细网型光电倍增管还具有位置探测功能。利用位置探测功能，可以试验γ射线来自井轴、地层，两个方向的数量比例。
环型聚焦型光电倍增管（光阴极侧窗式）结构紧凑，体积小，快速时间响应，用作近探测器的光电倍增管，可以接受高计数率，减小统计起伏误差，有利于提高纵向分层能力。因其体积小，远探测器可向近探测器靠近，远探测器源距可减小,也有利于提高远探测器计数率。
光阴极侧窗型光电倍增管有利于近探测器接收地层γ射线，减小井内液体、套管、水泥环等井眼附近介质的影响，增大区分油、水层的灵敏度。
4.近探测器闪烁体不能增大对于碳氧比测井，有两个问题始终困扰着人们。一是模型井纯油、水砂层ΔC/O差值小，区分油、水层灵敏度低；二是碳能区、氧能区计数率低，放射性统计起伏误差大。根据误差理论，提高探测器计数率是减小放性统计起伏误差的有效方法。
在研制双探测器碳氧比能谱测井仪器时，近探测器源距为32～34cm时发现中子—时间谱、非弹性散射总谱、俘活谱，γ射线计数率非常高；闪烁体尺寸超过φ30mm× （25～30mm）时，光电倍增管、线性放大器输出脉冲波形开始发生畸变，即开始出现脉冲搭边、堆积、叠加。选择闪烁体尺寸为φ30mm×（25～30mm）是为了赶科研进度做出的决定。笔者认为可从下列几个方面入手研究近探测器闪烁体：一选用高速、超高速、分辨率高、稳定性好的光电倍增管；二选用快速响应型分压器；三研究高速、线性好、分辨率高的放大器；四选用荧光衰减时间短的闪烁体,按衰减时间长短排序,由长至短BGO→NaI（Tl）→GSO,在未发现荧光衰减时间更短的之前,首选GSO闪烁体,并与光电倍增管配合好。近探测器计数率提高若干倍,放射性统计起伏误差减小了，重复性好了，测量精度提高了或者测速提高2～3倍，对整个碳氧比项目也是一个大发展。
5.中子发生器偶尔出故障碳氧比能谱测井仪器的测井成功率主要决定于井下脉冲中子发生器，其偶尔出故障的部分是：
（1）控制电路。延迟和成形单稳态六反相器CD4069和阳极脉冲产生器的高反压大功率场效应晶体管IRFPE50偶尔损坏。解决问题的办法：在保留CD4069、IRFPE50情况下，+12V稳压二极管电源改为三端稳压MC7808电源，由+12V降为+8V，CD4069由工业级改为带自动保护的军用级片子，在CD4069前面加一个晶体管跟随器，对CD4069进行保护，IRFPE50由D、S两极耐压500V改为耐压为1000～1500V的场效应晶体管，并在G极对地反接一个几伏的稳压管。若想彻底解决问题，来自数控测量系统的打中子信号（10kHz 或20kHz方波）输入给跟随器→延迟单稳态（CD4069）→成形单稳态（CD4069）→驱动器→IRFPE50。跟随器、两个单稳态、驱动器全部用NPN、PNP高温晶体管分离元件做成，或者委托微电子公司、半导体研究所把上述几部分全部用NPN、PNP高温晶体管芯子做成一个专用集成块。用高温高反压大功率（NPN）晶体管（高β值）代替IRFPE50，即杜绝使用MOS片子和场效应晶体管。出故障的原因是：这部分联结中子管的内部、120kV高压电源由于某种原因打火，通过公用地线高于+18V的电压都会串到CD4069、IRFPE50上导致它们损坏。这种打火不会造成NPN、PNP晶体管的损坏。
（2）120kV高压电源。倍加器第二次倍压电容、8000V高压线圈偶尔出故障。采用自激推挽直流变换器，高反压大功率晶体管和高压变压器初级绕组在任何时候都不会出故障，不足之处就是中子管放气太多，靶流太大时，会停振。克服的办法：在室内调120kV高压电源时，靶流调为200～300μA。打中子时出现停振，把氘贮藏器电流降低，让气压适当，就会恢复正常。倍加器第二次倍压电容耐压是其他电容耐压的1.5～2倍即可。8000V高压线圈只要抽好真空，再灌油或充SF6，保证线圈内部无气泡（空气）即可。
二、套管井含油饱和度测井系列随着油田开发后期的到来，在套管井中确定含油饱和度显得十分重要，要想把含油饱和度确定准，单纯依靠碳氧比是不行的，必须以碳氧比为主形成系列才能达到目的。形成系列应有如下测井项目。
（1）研制碳氧比、中子寿命一次下井同时测量综合（N、γ全谱）测井仪，在中子管两端的一端放两个BGO闪烁体探测器，另一端放两个氦三计数管，一次下井测量一遍，获得碳氧比资料：非弹性散射总谱、非弹性散射净谱、俘获谱、中子—时间谱，两个探测器共8张谱。中子寿命资料：两个BGO闪烁体探测器：中子—时间谱、非弹性散射谱（打中子频率最高1kHz不用减本底）、俘获谱，共6张谱；两个氦三计数管：中子—时间谱、热中子能量谱，共4张谱。两个项目总共获取18张谱。可以输出各种元素、各种能段、时间段曲线数十条，资料极为丰富。可以应用含油饱和度和含水饱和度两个参数解决地层含油饱和度问题。
碳氧比测井仪器、中子寿命测井仪器在孔隙度模型井标定好，还可以代替补偿中子测井仪器求孔隙度。根据经验，中子寿命测井在淡水油田老开发区测量的俘活总计数率曲线与自然电位曲线相似，只要标定好，可以当作自然电位求泥质含量。这样一来，其本身就形成了一个含油饱和度测井小系列。
（2）井温梯度曲线。在出水层或水淹层温度低，可以大致划分出出水层段，提醒解释工程师在该层段要特别注意。
（3）声波测井。在套管井内充满流体，套管与地层之间水泥胶结良好或径向上某一部分胶结牢固。用长源距声波测井仪或阵列声波测井仪测量声波时差。用距发射探头8ft和10ft或者10ft和12ft的接收探头接收的信号求出地层的纵波时差和横波时差，确定地层的孔隙度。还可以和中子测井曲线重叠判断气层。
（4）补偿中子、补偿密度、岩性密度确定孔隙度。
（5）活化硅测井、活化铝测井求泥质含量比自然电位、自然伽马、自然伽马能谱精确得多。
（6）自然伽马测井、自然伽马能谱测井求泥质含量。
（7）磁性定位：确定深度。压力曲线：在射孔井段分析井内液柱压力是否大于地层压力，井内液体是否进入地层。仪器测量虽然正确，由于受探测深度限止，资料未能反映地层情况，要说清楚。碳氧比测量已射孔井段，最好应用小直径双探测器仪器，在油井正常生产情况下测井，能取得较好结果；在套管压井情况下，测量射孔井段，碳氧比测井仪器无论粗、细，还是单、双探测器都不会取得满意效果，即使效果好，也属于偶然，其好的效果概率是很小的。
根据近几年的探讨，研制碳氧比和中子寿命综合测井仪，研制磁性定位、温度、压力、持水率计、自然伽马、自然伽马能谱、长源距声波综合测井仪，研制补偿中子、活化硅、活化铝综合测井仪，研制这三种综合测井仪，便可形成套管井含油饱和度测井系列。随着科技进步，按实际需要，经过一段实践，定会产生更好的测井系列组合仪器。
三、水淹层特点以大庆油田水淹层特点为例。
（1）原始地层水：绝大多数油田原始地层水都含有机盐类，只有极少数油田水是淡水。油田水中含有的矿物质大部分金属盐类——钠、钾、钙、镁等。某些油田水含有溴、碘等。根据苏林分类法可分为硫酸钠型、碳酸氢钠型、氯化镁型、氯化钙型四种。大庆油田地层水为碳酸氢钠型。总矿化度为6000～9000mg/L，氯离子含量为2000～3000mg/L。
（2）油田水淹层的特点。
①水淹层的渗透率比较高，一般大于1000mD；其岩性比较均匀，颗粒比较粗。岩石表面性质由原来的亲油性变为亲水性。
②水淹层剩余油饱和度比较高。根据检查井14个单层试油及密闭取心资料分析，单层含水率小于20%时，其含油饱和度仅下降10%左右；含水率大于60%时，其含油饱和度下降一般大于30%，即低含水层的剩余油饱和度在70%以上。高含水层剩余油饱和度一般在50%～60%，这说明水淹层剩余油饱和度较高。中、低含水层剩余油饱和度与中、低渗透率的非水淹层原始含油饱和度相近。
③水淹层的电阻率在原始油层电阻率范围内变化。由于水淹层剩余油饱和度比较高，注入水是矿化度低于1000mg/L的淡水，所以水淹层电阻率降低不明显（萨中油层地层电阻率下限为30Ω?m、葡油层为25Ω?m）。油层和水淹层相比，水淹层侵入带电阻率接近地层真电阻率，如图5-2-1所示。
④地层水矿化度随着水淹程度（含水率表示）的增加而迅速下降。在注入淡水情况下，水淹层含水率从0上升到100%时，水的矿化度从6000mg/L降为1000mg/L，地层水的电阻率相应地由0.71Ω?m变化到3.9Ω?m（45℃）。萨中地区原始地层水矿化度为6200～8100mg/L，电阻率为0.69～0.54Ω?m（45℃），仍低于初见水的电阻率。
⑤水淹层在射孔眼滤积着放射性物质，如果测量自然伽马曲线，将其与裸眼井自然伽马曲线比较，读数高，便可认定该部位已水淹。
⑥水淹层经过多年的出水冲刷，孔隙度应有所增加，泥质含量应有所降低。
