[发明专利]碳／氧化能谱测井系统

说明书

本发明涉及碳/氧比(C/O)能谱测井领域。

碳/氧(C/O)比能谱测井是在低矿化度、高孔隙度(＞20％)地层的套管井中用来探测油层、水层、油水含量及岩性的一种重要方法。它的基本原理之一是：用14MeV的快中子轰击矿层，矿层中的C和O分别放出4.43和6.13MeV的非弹特征γ射线；测量γ射线的能谱和强度可以得到矿层中C含量与O含量的比值。油中多C，水中多O，由C/O比值以及其它测量数据可以确定油井周围矿层的含油情况。

但是，利用现有测井装置所测得的C/O比值具有很大的不确定性。这是因为(参看附图1)在测井装置中，紧贴闪烁探头的最灵敏区，有约6cm厚的水、铁、水泥等非矿层物质，其中含有大量C、O、Si、Ca。水泥套管外的矿层实测厚度大约20cm。近似计算表明，在总的特征γ计数中，水泥套管等非矿层物质的贡献占一半左右，它们的作用相当于本底，必将给C/O比值带来很大的不确定性。

利用特征非弹γ射线确定C/O比时，俘获γ射线形成本底。利用″双门法″或″三门法″扣除本底也不可避免地引入误差。此外，很强的Compton效应也是产生C/O比值不确定性的重要因素。

公开号为0346260的一个欧洲专利(公开日1989年12月27曰)描述了一种目的在于修正井眼物质干扰的C/O比测井仪和数据测量与处理方法。该仪器的特点是配有脉冲中子发生器，一个离中子发生器较近的闪烁γ探测器，一个离中子发生器较远的闪烁γ探测器。专门设置的屏蔽体使近的γ探测器对井眼物质产生的γ射线较灵敏，使远的γ探测器对矿层物质产生的γ射线灵敏度增强，对井眼物质产生的γ射线灵敏度降低。在实验室里用该仪器在多种不同元素组成的模拟井上，预先系统地做好两个探测器的非弹γ标准谱。以该标准谱为基准，分析比对实际测量到的非弹γ谱，可以分别得到近的和远的两个探测器所测量区域的C和O的代表量。将两组代表量结合在一起可以得到井眼/矿层物质灵敏矩阵，进而得到修正了井眼物质影响的矿层物质含油饱和度。

根据该专利的详细论述，有关仪器和方法也许可以部分修正井眼物质的影响，但是其实施过程比较困难和复杂。一是所涉及的测量量较多，每个量都带有误差；二是地层结构于变万化，用有限的标准谱去比对分析测量数据必然引入系统误差；三是数据处理过程比较复杂必将引起误差累积。这些因素综合起来将使最终结果带有较大的不确定性。

总之，在现有的测井装置中，上述本底在测量上是不可避免的；虽用多种措施减少这种影响，引入较大的不确定性也是不可避免的，并且带来很大的复杂性。针对上述技术的不足，本发明提出一种伴随α粒子快中子飞行时间碳/氧比能谱测井系统，可以大大压低本底，显著提高所测C/O比值的准确性。

本发明——碳氧比能谱测井系统，它包括有产生中子的中子管，测量中子所诱发的直接非弹γ射线的γ探测器，处在所述中子管和γ探测器之间的中子屏蔽体，与γ探测器相联的线性电子学部件，为中子管和电子学部件供电的高压和低压电源，以及耐高压密封钢壳和通过电缆与所述线性电子学部件相连接的地面数据获取、处理和控制计算机；其特征在于，所说的中子管带有α粒子信号获取装置，还包括有与所述α粒子信号获取装置和γ探测器快信号输出端匹配连接的快电子学定时部件。上述氘氚反应中子管与伴随α信号获取装置构成一体；上述的α粒子信号获取装置可由多个α粒子探测器环绕氘氚反应中的入射离子束而构成，其中每个α粒子探测器由无机闪烁体。光导和快光电倍增管构成；上述的快电子学定时部件，可由快恒比定时器，时幅变换器，单道分析器顺序组合而成；所说的中子屏蔽体，由铜圆锥体、钨圆柱体和铅圆台体沿中子出射方向顺序排列组成；上述的γ探测器可由测量γ射线能量的无机闪烁体与快光电倍增管构成。

利用本发明的系统，测量井下直接非弹γ射线能谱时，碳/氧比的信号本底比要比现有的类似装置高出5-10倍，所测饱和油砂和饱和水砂的碳/氧比值略高于0.3，相对变化大于18％，因此在确定矿层含油、含水信息时，具有相当高的准确度。

附图及附图的简要说明

图1为碳/氧比能谱测井装置示意图

1．中子管高压电源

2．带伴随α粒子信号获取装置的中子管

3．环形伴随α粒子探测装置

4．氘氚反应靶头

5．关联中子束流

6．铜屏蔽体

7．钨屏蔽体

8．铅屏蔽体

9．BaF，晶体

10．快光电倍增管

11．快电子学定时部件

12．线性电子学部件

13．电缆

14．数据获取、处理和控制计算机和地面电源