1、1高精度碳氧比能谱测井原理与应用【摘要】本文论述了高精度碳氧比能谱测井基本原理、主要技术指标、电路原理、机械结构、缆芯使用与检测及仪器的刻度。 【关键词】高精度 碳氧比能谱 测井 碳氧比能谱测井方法是上个世纪五十年代在世界兴起的一种脉冲中子测井方法。在我国，以大庆为代表的测井工作者从六十年代开始进行了该方法的研究，经过数十年的不懈努力，获得了一大批技术成果，碳氧比能谱测井仪不断得到改进和发展。特别是 COR 型高精度碳氧比能谱测井仪，仪器具有较强的工作稳定性和较高的探测精度，具有国内领先水平。几年来，先后在吉林、辽河、胜利、中原、海拉尔和大港等油田从事测井技术服务，在这些油田累计测井数百口，为
2、当地油田做出了贡献。 一、基本原理 碳氧比能谱测井的基本原理是：向地层发射快中子（14MeV） ，同时记录分析快中子与地层中元素发生非弹性散射作用而产生的射线能谱。碳氧等多种元素受快中子非弹性散射作用后，将以发射射线的形式使自己的能级退降到原来的稳态。因为每种元素发射的射线的能量不同，我们可以根据接收到的射线的能量，来确定某种元素的存在，此能量的射线称为该元素的特征射线。碳的特征射线能量是 4.43MeV，氧的特征射线能量是 6.13MeV，如此的能量差别很容易将两种射线区分开来。其它元素2如硅、钙、氮等受快中子非弹性散射作用也将发射射线，但它们或是特征射线能量与碳、氧的不同，或是反应几率小，
3、或是地层中含量少，所以分析非弹性散射射线的能谱，便可以知道碳、氧两种元素的相对含量，而得到 C/O 值，油中含碳不含氧，水中含氧不含碳，这样由 C/O 值的高低可以推知含油饱和度的大小。 二、主要技术指标 工作温度： -25150；压力：50MPa；供电电源：180VDC10%（马龙头） ；外型尺寸：外径 94mm0.5mm，长度4110mm20mm；仪器的碳氧比统计起伏涨落：小于 0.015；仪器碳窗+氧窗计数率之和：大于 1000/S（在 35孔隙度标准模型井） ；仪器测量动态范围：不小于 18%（在 35孔隙度标准模型井） ；横向探测距离：20-30cm；纵向探测距离：60-80cm；中
4、子管气压：0.5-1.2MPa；使用的套管尺寸：5 1/27。 三、电路原理 仪器由电源电路、数传电路、探测器电路、中子发生器电路四部分组成。井下仪上电后，微机固化程序首先对各单元电路进行初始化，然后进行系统通信自检，如果自检正常，则向地面数控平台发送“通信正常”信息，等待接收地面平台发送的参数设置和测井开始命令。测井时，中子发生器向地层发射频率为 10KHz 能量为 14Mev 脉冲中子束，每次发射时间约为 14.8us。探测器接收井眼及地层中各种元素的原子核退激时所产生的各种能量的特征伽马射线，整形和放大后送到数传电路进行幅度分析、射线到达时间分析，最终获得非弹谱、俘获谱和时间谱，在微3机
5、控制下再将这些数据传送到地面数控测井平台。 四、机械结构 仪器接头、外壳和尾帽选用钛合金为仪器外壳材料，仪器外径 94 毫米，外壳内径 80 毫米，壁厚 11 毫米，长度为 4069 毫米。仪器接头直接与七芯电缆相连，接口方式是 28 芯的 3700 标准。仪器尾帽材料为 45 号钢，带有挂加重的结构。仪器内部部件包括中子发生器、屏蔽体、金属保温瓶、低压电源短节。 五、缆芯使用与检测 缆芯使用。仪器内部是否有开路或短路现象的检查方法是。R=23K（仪器头） 。R=510（仪器头） 。用万用表（二极管挡）量仪器头 2 芯、5 芯与 7 芯（接红表笔）之间应有二极管特性显示。检查电缆外皮与缆芯 7
6、 应连导通良好。 六、仪器的刻度 刻度的目的：确定仪器的测量系统是否正常。给出仪器的供电电压、供电电流、靶压、靶流、探头高压控制 PHA、灯丝供电控制 LLD、中子产额、H、Fe 峰峰位等参数（作为野外测井作业的参考数据） 。确定仪器在199.7mm 井眼、139.7mm 套管、30mm 水泥环、孔隙度为 35%条件下石英砂地层中，含油饱和度为 100S.（即纯油层）和含油饱和度为 0 S.（即纯水层）中的碳氧比值及二者的差值。据此计算出仪器测量的动态范围。 刻度条件：在 199.7mm 井眼、139.7mm 套管、30mm 水泥环、孔隙度为 35%、含油饱和度为 100S.（即纯油层）条件下
7、石英砂地层中。在4199.7mm 井眼、139.7mm 套管、30mm 水泥环、孔隙度为 35%、含油饱和度为 0S.（即纯水层）条件下石英砂地层中。 刻度过程。连接好仪器后，将仪器放入刻度井（纯水层）中（测量点正对目的层的中点） ；给仪器加供电电压，测量方式采用时间驱动，输入仪器各项参数，调整好仪器各项参数直到阳极电流符合要求且保持稳定（大约需要 1020 分钟） ；缓慢给仪器靶压供电直到中子产额（C+O 伽马计数）达到 1000NS-1（稳定 5 分钟） ；连续记录碳氧比值 50 个。 （同时记录供电电压、电流、靶压、靶流、PHA、LLD、中子产额、H、Fe 峰峰位等参数） ；记录完毕后，退出时间驱动，关掉电源（先管靶压，后关供电）。将仪器提出并放入刻度井（纯油层）中；重复（1）（5）过程；根据下面公式计算出纯水层碳氧比平均值和纯油层碳氧比平均值。 根据公式计算油水差值 C： 根据公式计算测量的动态范围 M：
