采用三探测器并测方法提高碳氧比测量的效率

丁希金,陈龙,刘富华,徐成,宋锦祥

(1.中国石油大庆钻探工程公司测井一公司,黑龙江大庆163412;2.中国石油长城钻探工程公司测井公司,北京100101)

采用三探测器并测方法提高碳氧比测量的效率

丁希金1,陈龙2,刘富华1,徐成1,宋锦祥1

(1.中国石油大庆钻探工程公司测井一公司,黑龙江大庆163412;2.中国石油长城钻探工程公司测井公司,北京100101)

根据碳氧比能谱测井的基本理论研制了SNP-5型碳氧比能谱测井仪器。与SNP-2型碳氧比能谱测井仪器进行了对比性实验。SNP-5型仪器设计了3个探测器的并列使用,有效解决了计数率效应问题。3个探测器有着相同的源距、相同的权重。在数据采集中通过时间谱求得校正系数。仪器已经调试成功,并在刻度地层进行了测试。测试结果表明,仪器在36 m/h的测速条件下,对35%孔隙度砂岩地层的测量精度达到7%以内。在现场72 m/h测速条件下,测井曲线的重复性与原来SNP-2型碳氧比能谱测井仪器在36 m/h测速条件下的重复性相当。

碳氧比测井;数据采集;计数率效应;效率

0 引 言

大庆钻探工程公司测井公司研制的直径为102 mm的碳氧比能谱测井仪器(SNP-2)和直径43 mm的过油管碳氧比能谱测井仪器(SNP-4)都不包含俘获截面测量的功能,其能谱测量电路具有明显的计数率效应,表现为在伽马探头计数率较高的情况下,硬件无法剔除信号叠加的影响,致使能谱的能量分辨率变差,引起仪器动态范围的下降。虽然仪器的中子发射强度达到了较高的水平,但是因为能谱测量系统的计数率限制,仪器仍然不能工作在较高的计数率下。较低的计数率使仪器的测井速度局限在36 m/h左右,这对碳氧比能谱测井的应用极为不利。新研制的SNP-5型碳氧比能谱测井仪器能在能谱测量电路没有改进的情况下增加能谱测量电路的套数,通过多个探测器的并列使用,有效解决了计数率效应问题,使仪器的中子发生器的性能发挥到正常水平,仪器的测量速度也提高到72 m/h以上。

1 SNP-5的技术思路

1.1 结构创新

为了提高碳氧比能谱测井的测量效率和测量精度,仪器增加中子发生器对地层的作用。包括提高中子发生器的中子产额和优化仪器的结构,使中子发生器的利用效率提高等2个方面的内容。由此,探测器接收到了更多的伽马射线,输出的脉冲信号非常密集。

图1 SNP-5探测器示意图

当脉冲的密集程度足以使脉冲放大器和脉冲幅度分析产生饱和现象时,能谱的质量变差,结果是碳氧比值的灵敏度减低。所以,片面提高仪器的中子强度没有起到好的效果。为了充分利用中子发生器的优异性能,又不使能谱分析系统产生饱和现象,设计采用分解探测器的办法,把1个探测器分成3个; 3个探测器并列放置,与靶有相同的距离。每个探测器的几何结构都相同(见图1);每个探测器都比原来的体积小。体积减小使信号密度相对变小。探测器输出的脉冲信号都能使为其配置的能谱分析系统正常地工作。能谱系统避免了过载现象,保证了碳氧比值的灵敏度。

每个探测器的计数率降低了,引起统计涨落的影响更大。但是3个探测器的总体效果会补偿它。把每个探测器的测量数据相加的结果,比原来1个大探测器有更好的统计性。在测井速度提高1倍的情况下,仍能保持与原来单个探测器相当的统计效率。

1.2 数据采集

对于每个探测器,能谱数据采集的过程都是一样的。在中子发生器发射中子的时刻,采集的是以非弹性散射伽马射线为主的总谱;在中子间歇时刻,采集的是俘获伽马射线的能谱(见图2)。以中子脉冲的起始时刻为时间参考点,还可以获得时间谱。

用能窗的分析方法计算碳氧比值。总谱、俘获谱和时间谱都参与碳氧比值的计算。用总谱计算的碳氧比值记为C/Ot。用俘获谱计算的碳氧比值记为(C/O)c;输出的碳氧比值记为(C/O)。

式中,k为校正系数。影响k值的因素有2个,即仪器本身的工作状态和地层的特征。在仪器工作状态稳定的情况下k值是随地层而变动的,由时间谱求得,采用面积比的算法(见图3),k的计算公式为

图2 数据采集顺序示意图

图3 k值计算示意图

在俘获谱中,以硅窗的计数与钙窗的计数之比作为Si/Ca,它用来粗略地指示岩性或作地层相关性对比。以氢窗的计数与硅、钙2个窗的和计数之比作为H/(Si+Ca),它与孔隙度有较好的相关性。

以俘获谱的总计数和总谱的总计数之比再除以k记为Nc/Ni,它可以用于寻找气层和校对深度。

1.3 数据合并

每个探测器的能谱都可以计算出C/O、Si/Ca、 Nc/Ni等数据。把3个探测器数据的平均值作为仪器最终输出的结果,供计算地层的含油饱和度。

2 测试结果

碳氧比能谱测井仪器的测量精度是最重要的性能指标[1]。按照传统的碳氧比能谱测井仪器分析精度的方法,可以根据仪器在已知刻度地层测量的数据分析测量精度。传统的精度分析方法包含3个要素。

(1)某一孔隙度条件下仪器所测碳氧比值的动态范围。动态范围是在该孔隙度条件下油层碳氧比值减去水层碳氧比值所得的差值与水层的碳氧比值之比,以百分数的形式表示。

(2)碳氧比值的相对涨落误差。仪器所测的碳氧比值服从统计规律。表现为,对一个稳定的地层,按照固定采样间隔测量所得的碳氧比值围绕1个值上下波动。对一个稳定地层连续测量50个碳氧比值,采用标准误差的计算公式,计算其标准误差,把标准误差与平均值之比所得的百分数作为该层的碳氧比值的相对涨落误差。

(3)每个点的采样时间。采样时间变短,碳氧比值的相对涨落误差变大;采样时间变长,碳氧比值的相对涨落误差变小。传统的碳氧比能谱测井仪器分析精度的方法认为,在特定的采样时间下,相对涨落误差与动态范围之比就是测量精度,其值越小越好。

3个探测器中的每个探测器都可以作为1支独立的仪器分析。按照传统的碳氧比能谱测井仪器分析精度的方法,可以根据仪器在刻度地层测量的数据分析每个探测器的测量精度和3个探测器总的测量精度。

精度与采样时间有着明确的关系。采样时间的长短受测井速度限定,而它的长短又影响碳氧比值的相对涨落误差。测井速度变快,采样时间变短,碳氧比值的相对涨落误差变大;测井速度变慢,采样时间变长,碳氧比值的相对涨落误差变小。

如果采样间距为10 cm,采样间隔为10 s,对应的测井速度是36 m/h。对每个地层测量50个点,用传统的精度分析方法分析仪器的每个探测器在3种孔隙度条件下的测量精度,所得数据见表1、表2和表3。

把仪器的每个探测器测得的碳氧比值加起来取平均值,作为仪器测得的碳氧比值,再按着同样的精度分析方法分析仪器在15%、25%、35%孔隙度条件下分别以36 m/h和72 m/h的测试测得的精度,结果见表4和表5。

从表4可以看出,仪器在36 m/h测速条件下对35%孔隙度的地层,测量含油饱和度的精度达到6.1%;从表5可以看出,仪器在72 m/h测速条件下对35%孔隙度的地层测量含油饱和度精度达到8.7%。

表1 仪器各探测器在35%孔隙度、36 m/h测速条件下的测量精度分析结果

表2 仪器各探测器在25%孔隙度、36 m/h测速条件下的测量精度分析结果

表3 仪器各探测器在15%孔隙度、36 m/h测速条件下的测量精度分析结果

表4 仪器在36 m/h测速条件下的测量精度分析结果

表5 仪器在72 m/h测速条件下的测量精度分析结果

3 现场试验

实例1:对比测量。在一口现场井中,同时用单一探测器的SNP-2型碳氧比能谱测井仪器和SNP-5型碳氧比能谱测井仪器进行对比测量。SNP-2型仪器的测井速度是36 m/h;SNP-5型仪器的测井速度是72 m/h。

图4 SNP-2型碳氧比能谱测井曲线重复性对比

图4展示了SNP-2型仪器的重复性,图5展示了SNP-5型仪器的重复性。2个图中,HAC和GR数据来自完井测井曲线,分别是高分辨率声波和自然伽马测井曲线;NCN I、CO、HSC、SICA来自碳氧比能谱测井,分别是俘获非弹比(Nc/Ni)、碳氧比(C/O)、氢比硅加钙[H/(Si+Ca)]、硅钙比(Si/ Ca)。这些代号附加数字后代表非同次测量。对比图4和图5,两者都有较好的重复性,碳氧比的平均重复差别小于0.01(1.9%),硅钙比的平均重复差别小于0.02(1.2%)[2]。

图5 SNP-5型碳氧比能谱测井曲线重复性对比

图6 SNP-2型仪器和SNP-5型仪器的测量一致性对比

图6是SNP-2型仪器和SNP-5型仪器的测量一致性对比结果。图6中曲线的标识规律与图5相同,代号“AM”的表示由SNP-2型仪器测量的数据。2种仪器测量的曲线对地层有一致反映。红线为SNP-5型仪器的曲线,黑线为SNP-2型仪器的曲线。

图7 SNP-5型仪器在85 m/h测井速度条件下的重复性

实例2:更高速的测量。图7为 SNP-5型仪器在测井速度为85 m/h的测量曲线。图7中曲线的标识规律与图5相同,代号为“EM”的表示第1次测量,代号为“ER”的是重复测量。这次试验是观察曲线在更高测井速度条件下的重复性。

曲线与相关裸眼井测井曲线对比,是反映地层的变化规律的。

4 结 论

在刻度地层内的测量数据和现场测井曲线的重复性表明,采用3探测器并列测量方法提高仪器的总体探测效率是成功的。

[1] 郭清生,谢进庄.用多遍测量提高碳氧比测量精度[J].测井技术,1998,22(3):172-174.

[2] 黄坚,张红杰,赵卫平,等.测井资料质量控制与评价[J].工程地球物理学报,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 文献标识码:A

丁希金,男,1968年生,高级工程师,长期从事碳氧比能谱测井仪器研发工作。

2010-08-26 本文编辑 李总南)