CN105673006A - 一种用于确定剩余油饱和度的碳氧比值计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于确定剩余油饱和度的碳氧比值计算方法，首先利用高斯与线性双模型拟合实测非弹伽马能谱数据的碳、氧能峰，获取特征峰拟合系数；然后利用相同的拟合模型，拟合碳、氧标准伽马能谱对应能峰；利用测量谱碳峰高斯组成部分的高度与标准谱碳峰高斯组成部分的高度的比值乘以碳元素标准谱总计数，得碳元素产生非弹伽马计数；利用测量谱氧峰高斯组成部分的高度与标准谱氧峰高斯组成部分的高度的比值乘以氧元素标准谱总计数，得氧元素产生非弹伽马计数；最后二者相除生成碳氧比值。该方法降低了其他元素产生伽马射线对碳氧比值的影响，提高了碳氧比值相对含油饱和度的响应灵敏度。

Description

一种用于确定剩余油饱和度的碳氧比值计算方法

技术领域

本发明涉及石油天然气开发领域，具体涉及一种针对碳氧比测井的碳氧比值的方法。

背景技术

碳氧比能谱测井通过记录中子与地层元素原子核作用产生的非弹散射及俘获伽马射线，能够在未知矿化度及矿化度变化较大的地层条件下定量评价储层剩余油饱和度，在油田开发中后期的剩余油分布度动态监测、提高采收率方面发挥了重要作用。目前，通过处理测量非弹及俘获伽马能谱获取碳氧比值的主要方法是能窗法。

单能伽马射线的探测器响应能谱，主要由全能峰及康普顿平台等部分组成。利用能窗法计算碳氧比值时，碳能窗伽马计数会受其他高能伽马射线康普顿平台计数的影响，降低了复杂岩性及低孔隙度储层条件下，碳氧比测井响应灵敏度及饱和度计算精度。

发明内容

针对上述能窗法计算碳氧比值相对含油饱和度变化灵敏度低的问题，本发明提出了一种用于确定剩余油饱和度的碳氧比值计算方法，该方法能够降低干扰伽马对碳氧比值影响，明显提高低孔隙度条件下碳氧比值对含油饱和度的响应灵敏度。

其技术解决方案包括：

一种用于确定剩余油饱和度的碳氧比值计算方法，依次包括以下步骤：

a利用高斯函数及线性函数组合模型分别对测量非弹谱及标准伽马能谱的碳、氧能峰进行非线性拟合，使用Levenberg-Marquardt方法计算得到对应的特征系数，采用的拟合模型如下所示：

$C_1=a\×\exp (-\frac{{(x-b)}^2}{2\×c^2})---\left(1\right)$

C₂＝d×x+e(2)

C＝C₁+C₂(3)

式中：C₁为拟合能峰的高斯部分计数；C₂为拟合能峰的线性部分计数；a，b，c分别为高斯部分的高度、中心位置及标准方差拟合系数；d，e分别为线性部分的一次系数及常系数；C为测量伽马能谱的能道计数；x为道址对应能量，单位为MeV；

结合式(1)、(2)、(3)计算得到测量非弹谱及标准伽马能谱的碳、氧能峰高斯拟合系数a_c、a_o、a_sc及a_so；

b利用公式(4)、(5)计算碳、氧两种元素产生非弹伽马射线计数，

$C_{counts}=\frac{a_c}{a_{sc}}\·S_c---\left(4\right)$

$O_{counts}=\frac{a_o}{a_{so}}\·S_o---\left(5\right)$

式中：C_counts为测量谱中碳元素产生非弹伽马射线计数，O_counts为测量谱中氧元素产生非弹伽马射线计数，S_c、S_o分别为标准化后的碳、氧元素非弹标准伽马能谱总计数；

c根据公式(6)计算得到地层碳氧比值，

$C/O=\frac{C_{counts}}{O_{counts}}---\left(6\right).$

上述计算方法用于测量地层含油饱和度。

本发明首先利用基于高斯模型及线性模型的组合模型拟合实测非弹伽马能谱数据的碳、氧能峰，获取特征峰拟合系数，特征系数主要包括测量谱碳、氧能峰的的高斯部分高度、中心位置及标准方差；以及线性组成部分的一次系数及常系数；

然后利用相同的非线性拟合模型，拟合碳、氧标准伽马能谱对应能峰，获取其对应拟合系数，拟合系数同样包括氧能峰的的高斯部分高度、中心位置及标准方差；以及线性组成部分的一次系数及常系数；

利用测量非弹能谱碳峰高斯组成部分的高度与标准谱碳峰高斯组成部分的高度的比值乘以碳元素标准谱伽马能谱总计数，计算得到碳元素产生非弹伽马计数；

利用测量非弹能谱氧峰高斯组成部分的高度与标准谱氧峰高斯组成部分的高度的比值乘以氧元素标准谱伽马能谱总计数，计算得到氧元素产生非弹伽马计数；

最后，利用计算碳元素产生非弹伽马计数除以氧元素非弹伽马计数，生成碳氧比值，用于计算地层含油饱和度。

相比现有技术，本发明基于高斯模型及线性模型组合的计算方法，并结合碳、氧元素标准伽马能谱，降低了其他元素产生伽马射线对计算碳氧比值的影响，提高了碳氧比值相对含油饱和度响应灵敏度。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明计算方法确定地层碳氧比值的具体流程图；

图2为计算碳氧比过程中采用的碳、氧元素标准伽马能谱图；

图3为孔隙度为10％条件下本发明方法与常规能窗法计算碳氧比值对比图；

图4为孔隙度为15％条件下本发明方法与常规能窗法计算碳氧比值对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

对于碳氧比测井仪器使用的闪烁晶体探测器，具有特定能量的入射伽马射线能量沉积产生的可见光子数成高斯分布，其平均值为对应入射伽马光子能量；测量谱中某能量范围内若没有能峰贡献，可以利用线性模型近似反应康普顿及本底贡献。

实施例1：

本发明，一种碳氧比值的计算方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤1、利用高斯函数与线性函数组合模型对测量非弹谱的碳、氧特征能峰进行拟合，使用Levenberg-Marquardt方法计算得到相关参数，采用拟合模型如下所示：

$C_1=a\×\exp (-\frac{{(x-b)}^2}{2\×c^2})---\left(1\right)$

C₂＝d×x+e(2)

C＝C₁+C₂(3)

式中：C₁为拟合能峰的高斯部分；C₂为拟合能峰的线性部分；a，b，c分别为高斯部分的高度、中心位置及标准方差；d，e分别为线性部分的一次系数及常系数；C为测量伽马能谱道计数；x为道址对应能量，单位为MeV，拟合完成后得到特征峰非线性拟合系数。

利用上述相同方法，对碳、氧标准伽马能谱如图2所示，进行非线性拟合，得到非线性拟合系数，并计算碳、氧元素标准谱伽马计数。

采用上述方法分别计算得到仪器测量谱及标准伽马能谱的碳、氧能峰高斯拟合系数a_c、a_o、a_sc及a_so，测量谱是由单元素标准谱及本底贡献组成，测量谱的碳、氧能峰的高斯组成部分越大，说明碳、氧元素标准谱所占贡献越大，利用如下公式(4)(5)可以计算碳、氧两种元素产生非弹伽马射线总计数：

$C_{counts}=\frac{a_c}{a_{sc}}\·S_c---\left(4\right)$

$O_{counts}=\frac{a_o}{a_{so}}\·S_o---\left(5\right)$

式中：C_counts为测量谱中碳元素产生非弹伽马射线，O_counts为测量谱中氧元素产生非弹伽马射线，S_c、S_o分别为标准化后的碳、氧元素非弹标准伽马能谱总计数。进而可以计算得到地层碳氧比值：

$C/O=\frac{C_{counts}}{O_{counts}}---\left(6\right)$

利用上述具体实施方案，处理孔隙度为10％及15％条件下，含油饱和度分别为0％、20％、40％、60％、80％与100％地层的非弹伽马能谱，计算得到碳氧比值；并与常规能窗法进行对比，得到碳氧比值与含油饱和度关系如图3、4所示。可以看出孔隙度固定时，随着含油饱和度的增加，两种方法计算碳氧比值都基本呈线性增大。相对常规能窗法，本发明方法计算碳氧比值变化更加剧烈，对含油饱和度变化响应更加敏感。

利用公式(7)、(8)分别计算两种低孔隙度条件下，碳氧比动态变化范围及灵敏度如表1所示。

$D=\frac{C/O_o-C/O_w}{C/O_w}---\left(7\right)$

$S=\frac{1}{C/O}\×\frac{\∂\mathrm{\Ω}}{\∂S_o}---\left(8\right)$

表1碳氧比动态范围及灵敏度

与现有能窗法相比，新方法计算碳氧比值具有更大动态变化范围及更高灵敏度；在孔隙度为10％时，新方法计算碳氧比值的动态变化范围约为常规能窗法计算值的2.5倍；因此新方法计算碳氧比值在确定低孔隙度储层剩余油饱和度方面具有优势。

Claims (2)

1.一种应用于确定剩余油饱和度的碳氧比值计算方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

a利用高斯函数及线性函数组合模型分别对测量非弹谱及标准伽马能谱的碳、氧能峰进行非线性拟合，使用Levenberg-Marquardt方法计算得到对应的特征系数，采用的拟合模型如下所示：

$C_1=a\×\exp (-\frac{{(x-b)}^2}{2\×c^2})---\left(1\right)$

C₂＝d×x+e(2)

C＝C₁+C₂(3)

式中：C₁为拟合能峰的高斯部分计数；C₂为拟合能峰的线性部分计数；a，b，c分别为高斯组成部分的高度、中心位置及标准方差拟合系数；d，e分别为线性组成部分的一次系数及常系数；C为测量伽马能谱的能道计数；x为道址对应能量，单位为MeV；

结合式(1)、(2)、(3)计算得到测量非弹谱及标准伽马能谱的碳、氧能峰高斯拟合系数a_c、a_o、a_sc及a_so；

b利用公式(4)、(5)计算碳、氧两种元素产生非弹伽马射线计数，

$C_{counts}=\frac{a_c}{a_{sc}}\·S_c---\left(4\right)$

$O_{counts}=\frac{a_o}{a_{so}}\·S_o---\left(5\right)$

式中：C_counts为测量谱中碳元素产生非弹伽马射线计数，O_counts为测量谱中氧元素产生非弹伽马射线计数，S_c、S_o分别为标准化后的碳、氧元素非弹标准伽马能谱总计数；

c根据公式(6)计算得到地层碳氧比值，

$C/O=\frac{C_{counts}}{O_{counts}}---\left(6\right).$

2.根据权利要求1所述的碳氧比值计算方法，其特征在于：所述计算方法用于测量地层含油饱和度。