采用三探測(cè)器并測(cè)方法提高碳氧比測(cè)量的效率

丁希金,陳龍,劉富華,徐成,宋錦祥

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

采用三探測(cè)器并測(cè)方法提高碳氧比測(cè)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(guó)石油大慶鉆探工程公司測(cè)井一公司,黑龍江大慶163412;2.中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程公司測(cè)井公司,北京100101)

根據(jù)碳氧比能譜測(cè)井的基本理論研制了SNP-5型碳氧比能譜測(cè)井儀器。與SNP-2型碳氧比能譜測(cè)井儀器進(jìn)行了對(duì)比性實(shí)驗(yàn)。SNP-5型儀器設(shè)計(jì)了3個(gè)探測(cè)器的并列使用,有效解決了計(jì)數(shù)率效應(yīng)問(wèn)題。3個(gè)探測(cè)器有著相同的源距、相同的權(quán)重。在數(shù)據(jù)采集中通過(guò)時(shí)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(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,儀器在36 m/h的測(cè)速條件下,對(duì)35%孔隙度砂巖地層的測(cè)量精度達(dá)到7%以內(nèi)。在現(xiàn)場(chǎng)72 m/h測(cè)速條件下,測(cè)井曲線的重復(fù)性與原來(lái)SNP-2型碳氧比能譜測(cè)井儀器在36 m/h測(cè)速條件下的重復(fù)性相當(dāng)。

碳氧比測(cè)井;數(shù)據(jù)采集;計(jì)數(shù)率效應(yīng);效率

0 引 言

大慶鉆探工程公司測(cè)井公司研制的直徑為102 mm的碳氧比能譜測(cè)井儀器(SNP-2)和直徑43 mm的過(guò)油管碳氧比能譜測(cè)井儀器(SNP-4)都不包含俘獲截面測(cè)量的功能,其能譜測(cè)量電路具有明顯的計(jì)數(shù)率效應(yīng),表現(xiàn)為在伽馬探頭計(jì)數(shù)率較高的情況下,硬件無(wú)法剔除信號(hào)疊加的影響,致使能譜的能量分辨率變差,引起儀器動(dòng)態(tài)范圍的下降。雖然儀器的中子發(fā)射強(qiáng)度達(dá)到了較高的水平,但是因?yàn)槟茏V測(cè)量系統(tǒng)的計(jì)數(shù)率限制,儀器仍然不能工作在較高的計(jì)數(shù)率下。較低的計(jì)數(shù)率使儀器的測(cè)井速度局限在36 m/h左右,這對(duì)碳氧比能譜測(cè)井的應(yīng)用極為不利。新研制的SNP-5型碳氧比能譜測(cè)井儀器能在能譜測(cè)量電路沒(méi)有改進(jìn)的情況下增加能譜測(cè)量電路的套數(shù),通過(guò)多個(gè)探測(cè)器的并列使用,有效解決了計(jì)數(shù)率效應(yīng)問(wèn)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(cè)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(cè)井的測(cè)量效率和測(cè)量精度,儀器增加中子發(fā)生器對(duì)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(gè)方面的內(nèi)容。由此,探測(cè)器接收到了更多的伽馬射線,輸出的脈沖信號(hào)非常密集。

圖1 SNP-5探測(cè)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(shí),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(qiáng)度沒(méi)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(jì)采用分解探測(cè)器的辦法,把1個(gè)探測(cè)器分成3個(gè); 3個(gè)探測(cè)器并列放置,與靶有相同的距離。每個(gè)探測(cè)器的幾何結(jié)構(gòu)都相同(見(jiàn)圖1);每個(gè)探測(cè)器都比原來(lái)的體積小。體積減小使信號(hào)密度相對(duì)變小。探測(cè)器輸出的脈沖信號(hào)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(guò)載現(xiàn)象,保證了碳氧比值的靈敏度。

每個(gè)探測(cè)器的計(jì)數(shù)率降低了,引起統(tǒng)計(jì)漲落的影響更大。但是3個(gè)探測(cè)器的總體效果會(huì)補(bǔ)償它。把每個(gè)探測(cè)器的測(cè)量數(shù)據(jù)相加的結(jié)果,比原來(lái)1個(gè)大探測(cè)器有更好的統(tǒng)計(jì)性。在測(cè)井速度提高1倍的情況下,仍能保持與原來(lái)單個(gè)探測(cè)器相當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)效率。

1.2 數(shù)據(jù)采集

對(duì)于每個(gè)探測(cè)器,能譜數(shù)據(jù)采集的過(guò)程都是一樣的。在中子發(fā)生器發(fā)射中子的時(shí)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(shí)刻,采集的是俘獲伽馬射線的能譜(見(jiàn)圖2)。以中子脈沖的起始時(shí)刻為時(shí)間參考點(diǎn),還可以獲得時(shí)間譜。

用能窗的分析方法計(jì)算碳氧比值?？傋V、俘獲譜和時(shí)間譜都參與碳氧比值的計(jì)算。用總譜計(jì)算的碳氧比值記為C/Ot。用俘獲譜計(jì)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(gè),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(dòng)的,由時(shí)間譜求得,采用面積比的算法(見(jiàn)圖3),k的計(jì)算公式為

圖2 數(shù)據(jù)采集順序示意圖

圖3 k值計(jì)算示意圖

在俘獲譜中,以硅窗的計(jì)數(shù)與鈣窗的計(jì)數(shù)之比作為Si/Ca,它用來(lái)粗略地指示巖性或作地層相關(guān)性對(duì)比。以氫窗的計(jì)數(shù)與硅、鈣2個(gè)窗的和計(jì)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(jì)數(shù)和總譜的總計(jì)數(shù)之比再除以k記為Nc/Ni,它可以用于尋找氣層和校對(duì)深度。

1.3 數(shù)據(jù)合并

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

2 測(cè)試結(jié)果

碳氧比能譜測(cè)井儀器的測(cè)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(cè)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(cè)量的數(shù)據(jù)分析測(cè)量精度。傳統(tǒng)的精度分析方法包含3個(gè)要素。

(1)某一孔隙度條件下儀器所測(cè)碳氧比值的動(dòng)態(tài)范圍。動(dòng)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(duì)漲落誤差。儀器所測(cè)的碳氧比值服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。表現(xiàn)為,對(duì)一個(gè)穩(wěn)定的地層,按照固定采樣間隔測(cè)量所得的碳氧比值圍繞1個(gè)值上下波動(dòng)。對(duì)一個(gè)穩(wěn)定地層連續(xù)測(cè)量50個(gè)碳氧比值,采用標(biāo)準(zhǔn)誤差的計(jì)算公式,計(jì)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(duì)漲落誤差。

(3)每個(gè)點(diǎn)的采樣時(shí)間。采樣時(shí)間變短,碳氧比值的相對(duì)漲落誤差變大;采樣時(shí)間變長(zhǎng),碳氧比值的相對(duì)漲落誤差變小。傳統(tǒng)的碳氧比能譜測(cè)井儀器分析精度的方法認(rèn)為,在特定的采樣時(shí)間下,相對(duì)漲落誤差與動(dòng)態(tài)范圍之比就是測(cè)量精度,其值越小越好。

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

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

如果采樣間距為10 cm,采樣間隔為10 s,對(duì)應(yīng)的測(cè)井速度是36 m/h。對(duì)每個(gè)地層測(cè)量50個(gè)點(diǎn),用傳統(tǒng)的精度分析方法分析儀器的每個(gè)探測(cè)器在3種孔隙度條件下的測(cè)量精度,所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2和表3。

把儀器的每個(gè)探測(cè)器測(cè)得的碳氧比值加起來(lái)取平均值,作為儀器測(cè)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(cè)試測(cè)得的精度,結(jié)果見(jiàn)表4和表5。

從表4可以看出,儀器在36 m/h測(cè)速條件下對(duì)35%孔隙度的地層,測(cè)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(cè)速條件下對(duì)35%孔隙度的地層測(cè)量含油飽和度精度達(dá)到8.7%。

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

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

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

表4 儀器在36 m/h測(cè)速條件下的測(cè)量精度分析結(jié)果

表5 儀器在72 m/h測(cè)速條件下的測(cè)量精度分析結(jié)果

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

實(shí)例1:對(duì)比測(cè)量。在一口現(xiàn)場(chǎng)井中,同時(shí)用單一探測(cè)器的SNP-2型碳氧比能譜測(cè)井儀器和SNP-5型碳氧比能譜測(cè)井儀器進(jìn)行對(duì)比測(cè)量。SNP-2型儀器的測(cè)井速度是36 m/h;SNP-5型儀器的測(cè)井速度是72 m/h。

圖4 SNP-2型碳氧比能譜測(cè)井曲線重復(fù)性對(duì)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(gè)圖中,HAC和GR數(shù)據(jù)來(lái)自完井測(cè)井曲線,分別是高分辨率聲波和自然伽馬測(cè)井曲線;NCN I、CO、HSC、SICA來(lái)自碳氧比能譜測(cè)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(hào)附加數(shù)字后代表非同次測(cè)量。對(duì)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(cè)井曲線重復(fù)性對(duì)比

圖6 SNP-2型儀器和SNP-5型儀器的測(cè)量一致性對(duì)比

圖6是SNP-2型儀器和SNP-5型儀器的測(cè)量一致性對(duì)比結(jié)果。圖6中曲線的標(biāo)識(shí)規(guī)律與圖5相同,代號(hào)“AM”的表示由SNP-2型儀器測(cè)量的數(shù)據(jù)。2種儀器測(cè)量的曲線對(duì)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(cè)井速度條件下的重復(fù)性

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

曲線與相關(guān)裸眼井測(cè)井曲線對(duì)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(cè)量數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井曲線的重復(fù)性表明,采用3探測(cè)器并列測(cè)量方法提高儀器的總體探測(cè)效率是成功的。

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

[2] 黃堅(jiān),張紅杰,趙衛(wèi)平,等.測(cè)井資料質(zhì)量控制與評(píng)價(jià)[J].工程地球物理學(xué)報(bào),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(shí)碼:A

丁希金,男,1968年生,高級(jí)工程師,長(zhǎng)期從事碳氧比能譜測(cè)井儀器研發(fā)工作。

2010-08-26 本文編輯 李總南)