丁希金,陳龍,劉富華,徐成,宋錦祥

(1.中國石油大慶鉆探工程公司測井一公司,黑龍江大慶163412;2.中國石油長城鉆探工程公司測井公司,北京100101)

采用三探測器并測方法提高碳氧比測量的效率

丁希金1,陳龍2,劉富華1,徐成1,宋錦祥1

(1.中國石油大慶鉆探工程公司測井一公司,黑龍江大慶163412;2.中國石油長城鉆探工程公司測井公司,北京100101)

根據(jù)碳氧比能譜測井的基本理論研制了SNP-5型碳氧比能譜測井儀器。與SNP-2型碳氧比能譜測井儀器進(jìn)行了對比性實驗。SNP-5型儀器設(shè)計了3個探測器的并列使用,有效解決了計數(shù)率效應(yīng)問題。3個探測器有著相同的源距、相同的權(quán)重。在數(shù)據(jù)采集中通過時間譜求得校正系數(shù)。儀器已經(jīng)調(diào)試成功,并在刻度地層進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明,儀器在36 m/h的測速條件下,對35%孔隙度砂巖地層的測量精度達(dá)到7%以內(nèi)。在現(xiàn)場72 m/h測速條件下,測井曲線的重復(fù)性與原來SNP-2型碳氧比能譜測井儀器在36 m/h測速條件下的重復(fù)性相當(dāng)。

碳氧比測井;數(shù)據(jù)采集;計數(shù)率效應(yīng);效率

0 引 言

大慶鉆探工程公司測井公司研制的直徑為102 mm的碳氧比能譜測井儀器(SNP-2)和直徑43 mm的過油管碳氧比能譜測井儀器(SNP-4)都不包含俘獲截面測量的功能,其能譜測量電路具有明顯的計數(shù)率效應(yīng),表現(xiàn)為在伽馬探頭計數(shù)率較高的情況下,硬件無法剔除信號疊加的影響,致使能譜的能量分辨率變差,引起儀器動態(tài)范圍的下降。雖然儀器的中子發(fā)射強度達(dá)到了較高的水平,但是因為能譜測量系統(tǒng)的計數(shù)率限制,儀器仍然不能工作在較高的計數(shù)率下。較低的計數(shù)率使儀器的測井速度局限在36 m/h左右,這對碳氧比能譜測井的應(yīng)用極為不利。新研制的SNP-5型碳氧比能譜測井儀器能在能譜測量電路沒有改進(jìn)的情況下增加能譜測量電路的套數(shù),通過多個探測器的并列使用,有效解決了計數(shù)率效應(yīng)問題,使儀器的中子發(fā)生器的性能發(fā)揮到正常水平,儀器的測量速度也提高到72 m/h以上。

1 SNP-5的技術(shù)思路

1.1 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

為了提高碳氧比能譜測井的測量效率和測量精度,儀器增加中子發(fā)生器對地層的作用。包括提高中子發(fā)生器的中子產(chǎn)額和優(yōu)化儀器的結(jié)構(gòu),使中子發(fā)生器的利用效率提高等2個方面的內(nèi)容。由此,探測器接收到了更多的伽馬射線,輸出的脈沖信號非常密集。

圖1 SNP-5探測器示意圖

當(dāng)脈沖的密集程度足以使脈沖放大器和脈沖幅度分析產(chǎn)生飽和現(xiàn)象時,能譜的質(zhì)量變差,結(jié)果是碳氧比值的靈敏度減低。所以,片面提高儀器的中子強度沒有起到好的效果。為了充分利用中子發(fā)生器的優(yōu)異性能,又不使能譜分析系統(tǒng)產(chǎn)生飽和現(xiàn)象,設(shè)計采用分解探測器的辦法,把1個探測器分成3個; 3個探測器并列放置,與靶有相同的距離。每個探測器的幾何結(jié)構(gòu)都相同(見圖1);每個探測器都比原來的體積小。體積減小使信號密度相對變小。探測器輸出的脈沖信號都能使為其配置的能譜分析系統(tǒng)正常地工作。能譜系統(tǒng)避免了過載現(xiàn)象,保證了碳氧比值的靈敏度。

每個探測器的計數(shù)率降低了,引起統(tǒng)計漲落的影響更大。但是3個探測器的總體效果會補償它。把每個探測器的測量數(shù)據(jù)相加的結(jié)果,比原來1個大探測器有更好的統(tǒng)計性。在測井速度提高1倍的情況下,仍能保持與原來單個探測器相當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計效率。

1.2 數(shù)據(jù)采集

對于每個探測器,能譜數(shù)據(jù)采集的過程都是一樣的。在中子發(fā)生器發(fā)射中子的時刻,采集的是以非彈性散射伽馬射線為主的總譜;在中子間歇時刻,采集的是俘獲伽馬射線的能譜(見圖2)。以中子脈沖的起始時刻為時間參考點,還可以獲得時間譜。

用能窗的分析方法計算碳氧比值?？傋V、俘獲譜和時間譜都參與碳氧比值的計算。用總譜計算的碳氧比值記為C/Ot。用俘獲譜計算的碳氧比值記為(C/O)c;輸出的碳氧比值記為(C/O)。

式中,k為校正系數(shù)。影響k值的因素有2個,即儀器本身的工作狀態(tài)和地層的特征。在儀器工作狀態(tài)穩(wěn)定的情況下k值是隨地層而變動的,由時間譜求得,采用面積比的算法(見圖3),k的計算公式為

圖2 數(shù)據(jù)采集順序示意圖

圖3 k值計算示意圖

在俘獲譜中,以硅窗的計數(shù)與鈣窗的計數(shù)之比作為Si/Ca,它用來粗略地指示巖性或作地層相關(guān)性對比。以氫窗的計數(shù)與硅、鈣2個窗的和計數(shù)之比作為H/(Si+Ca),它與孔隙度有較好的相關(guān)性。

以俘獲譜的總計數(shù)和總譜的總計數(shù)之比再除以k記為Nc/Ni,它可以用于尋找氣層和校對深度。

1.3 數(shù)據(jù)合并

每個探測器的能譜都可以計算出C/O、Si/Ca、 Nc/Ni等數(shù)據(jù)。把3個探測器數(shù)據(jù)的平均值作為儀器最終輸出的結(jié)果,供計算地層的含油飽和度。

2 測試結(jié)果

碳氧比能譜測井儀器的測量精度是最重要的性能指標(biāo)[1]。按照傳統(tǒng)的碳氧比能譜測井儀器分析精度的方法,可以根據(jù)儀器在已知刻度地層測量的數(shù)據(jù)分析測量精度。傳統(tǒng)的精度分析方法包含3個要素。

(1)某一孔隙度條件下儀器所測碳氧比值的動態(tài)范圍。動態(tài)范圍是在該孔隙度條件下油層碳氧比值減去水層碳氧比值所得的差值與水層的碳氧比值之比,以百分?jǐn)?shù)的形式表示。

(2)碳氧比值的相對漲落誤差。儀器所測的碳氧比值服從統(tǒng)計規(guī)律。表現(xiàn)為,對一個穩(wěn)定的地層,按照固定采樣間隔測量所得的碳氧比值圍繞1個值上下波動。對一個穩(wěn)定地層連續(xù)測量50個碳氧比值,采用標(biāo)準(zhǔn)誤差的計算公式,計算其標(biāo)準(zhǔn)誤差,把標(biāo)準(zhǔn)誤差與平均值之比所得的百分?jǐn)?shù)作為該層的碳氧比值的相對漲落誤差。

(3)每個點的采樣時間。采樣時間變短,碳氧比值的相對漲落誤差變大;采樣時間變長,碳氧比值的相對漲落誤差變小。傳統(tǒng)的碳氧比能譜測井儀器分析精度的方法認(rèn)為,在特定的采樣時間下,相對漲落誤差與動態(tài)范圍之比就是測量精度,其值越小越好。

3個探測器中的每個探測器都可以作為1支獨立的儀器分析。按照傳統(tǒng)的碳氧比能譜測井儀器分析精度的方法,可以根據(jù)儀器在刻度地層測量的數(shù)據(jù)分析每個探測器的測量精度和3個探測器總的測量精度。

精度與采樣時間有著明確的關(guān)系。采樣時間的長短受測井速度限定,而它的長短又影響碳氧比值的相對漲落誤差。測井速度變快,采樣時間變短,碳氧比值的相對漲落誤差變大;測井速度變慢,采樣時間變長,碳氧比值的相對漲落誤差變小。

如果采樣間距為10 cm,采樣間隔為10 s,對應(yīng)的測井速度是36 m/h。對每個地層測量50個點,用傳統(tǒng)的精度分析方法分析儀器的每個探測器在3種孔隙度條件下的測量精度,所得數(shù)據(jù)見表1、表2和表3。

把儀器的每個探測器測得的碳氧比值加起來取平均值,作為儀器測得的碳氧比值,再按著同樣的精度分析方法分析儀器在15%、25%、35%孔隙度條件下分別以36 m/h和72 m/h的測試測得的精度,結(jié)果見表4和表5。

從表4可以看出,儀器在36 m/h測速條件下對35%孔隙度的地層,測量含油飽和度的精度達(dá)到6.1%;從表5可以看出,儀器在72 m/h測速條件下對35%孔隙度的地層測量含油飽和度精度達(dá)到8.7%。

表1 儀器各探測器在35%孔隙度、36 m/h測速條件下的測量精度分析結(jié)果

表2 儀器各探測器在25%孔隙度、36 m/h測速條件下的測量精度分析結(jié)果

表3 儀器各探測器在15%孔隙度、36 m/h測速條件下的測量精度分析結(jié)果

表4 儀器在36 m/h測速條件下的測量精度分析結(jié)果

表5 儀器在72 m/h測速條件下的測量精度分析結(jié)果

3 現(xiàn)場試驗

實例1:對比測量。在一口現(xiàn)場井中,同時用單一探測器的SNP-2型碳氧比能譜測井儀器和SNP-5型碳氧比能譜測井儀器進(jìn)行對比測量。SNP-2型儀器的測井速度是36 m/h;SNP-5型儀器的測井速度是72 m/h。

圖4 SNP-2型碳氧比能譜測井曲線重復(fù)性對比

圖4展示了SNP-2型儀器的重復(fù)性,圖5展示了SNP-5型儀器的重復(fù)性。2個圖中,HAC和GR數(shù)據(jù)來自完井測井曲線,分別是高分辨率聲波和自然伽馬測井曲線;NCN I、CO、HSC、SICA來自碳氧比能譜測井,分別是俘獲非彈比(Nc/Ni)、碳氧比(C/O)、氫比硅加鈣[H/(Si+Ca)]、硅鈣比(Si/ Ca)。這些代號附加數(shù)字后代表非同次測量。對比圖4和圖5,兩者都有較好的重復(fù)性,碳氧比的平均重復(fù)差別小于0.01(1.9%),硅鈣比的平均重復(fù)差別小于0.02(1.2%)[2]。

圖5 SNP-5型碳氧比能譜測井曲線重復(fù)性對比

圖6 SNP-2型儀器和SNP-5型儀器的測量一致性對比

圖6是SNP-2型儀器和SNP-5型儀器的測量一致性對比結(jié)果。圖6中曲線的標(biāo)識規(guī)律與圖5相同,代號“AM”的表示由SNP-2型儀器測量的數(shù)據(jù)。2種儀器測量的曲線對地層有一致反映。紅線為SNP-5型儀器的曲線,黑線為SNP-2型儀器的曲線。

圖7 SNP-5型儀器在85 m/h測井速度條件下的重復(fù)性

實例2:更高速的測量。圖7為 SNP-5型儀器在測井速度為85 m/h的測量曲線。圖7中曲線的標(biāo)識規(guī)律與圖5相同,代號為“EM”的表示第1次測量,代號為“ER”的是重復(fù)測量。這次試驗是觀察曲線在更高測井速度條件下的重復(fù)性。

曲線與相關(guān)裸眼井測井曲線對比,是反映地層的變化規(guī)律的。

4 結(jié) 論

在刻度地層內(nèi)的測量數(shù)據(jù)和現(xiàn)場測井曲線的重復(fù)性表明,采用3探測器并列測量方法提高儀器的總體探測效率是成功的。

[1] 郭清生,謝進(jìn)莊.用多遍測量提高碳氧比測量精度[J].測井技術(shù),1998,22(3):172-174.

[2] 黃堅,張紅杰,趙衛(wèi)平,等.測井資料質(zhì)量控制與評價[J].工程地球物理學(xué)報,2005,2(2):134-138.

To Improve the Eff iciency of C/O Measurement Using Simultaneous Triple Detectors

D ING Xijin1,CHEN Long2,L IU Fuhua1,XU Cheng1,SONGJinxiang1
(1.Wireline Logging Company,Daqing Drilling&Exploration Corporation,CNPC,Daqing,Heilongjiang 163412,China; 2.GWDCWireline Company,CNPC,Beijing 100101,China)

Based on the theory of C/O spectral logging and independent innovation,Daqing Well Logging Company has developed an SNP-5 C/O syectral logging tool.A comparable test ismade betw een SNP-2 tool and SNP-5 tool.Through the parallel use of three detecto rs in the SNP-5 tool,the p roblem of count rate effect has been effectively solved,so that the performance of neutron generator can be played to a normal level.Three detectors have the same spacing and the same weight.In data collection,the correction factor is obtained from time spectrum.This tool has been debugged and tested in the scale formation.The test results show that w hen the tool is at the speed of 36 m/h,the measurement accuracy of 35%porosity sandstone formation is less than 7%.In field tests,the SNP-5 tool successfully acquires log data,and at the speed of 72 m/ h,its curves repeatability is co rrespond w ith the curves obtained from SNP-2 tool at the speed of 36 m/h.

C/O log,data acquisition,count rate effect,efficiency

P631.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

丁希金,男,1968年生,高級工程師,長期從事碳氧比能譜測井儀器研發(fā)工作。

2010-08-26 本文編輯 李總南)