脈沖中子全譜飽和度測井在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

羅輝

(中國石化華東石油工程有限公司測井公司, 江蘇 揚(yáng)州 225000)

0 引 言

一些早期開發(fā)的油井受當(dāng)時(shí)測井技術(shù)水平以及資料儲(chǔ)存方法等條件的限制導(dǎo)致部分井完井資料缺少甚至完全丟失[1]。為完善油井縱向巖性剖面、橫向剩余油分布情況以及儲(chǔ)層孔隙度、滲透率等資料,從區(qū)域上整體分析剩余油分布狀況,挖掘剩余油潛力,需要過套管測井。

全譜飽和度測井是為了滿足以上需求,以核物理理論為基礎(chǔ)的新型脈沖中子測井方法,其最突出的優(yōu)勢是集合了碳氧比、中子壽命、氧活化等多種能譜、時(shí)間譜測井和自然伽馬、井溫等常規(guī)測井[2],多測井技術(shù)互相驗(yàn)證,揚(yáng)長避短,相互補(bǔ)充,從而更加準(zhǔn)確地提供儲(chǔ)集層的含油飽和度、孔隙度、滲透率、巖性及有效厚度等信息,為完善井的基礎(chǔ)資料、確定潛力層、挖掘未動(dòng)用儲(chǔ)量、優(yōu)化完善油藏動(dòng)態(tài)管理提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

1 全譜飽和度測井技術(shù)原理

利用脈沖中子源按照設(shè)計(jì)的脈沖時(shí)序向地層中發(fā)射能量為14 MeV的快中子,與地層原子核發(fā)生各種反應(yīng),生成具有一定能量和時(shí)間分布的伽馬譜,然后利用設(shè)計(jì)的2個(gè)BGO探測器組合[3],分3個(gè)模式按時(shí)間和能量分別記錄非彈性散射伽馬能譜、俘獲伽馬能譜、伽馬時(shí)間譜的全譜信息,實(shí)現(xiàn)碳氧比-中子壽命組合、中子壽命和氧活化水流測井[2]。

碳氧比-中子壽命組合測井可以獲取非彈性散射伽馬能譜、俘獲伽馬能譜和伽馬時(shí)間譜[4],實(shí)現(xiàn)碳氧比和中子壽命交會(huì)技術(shù)確定含油飽和度。利用元素能譜測井功能實(shí)現(xiàn)地層巖性識(shí)別,利用中子壽命和氧活化水流測井可計(jì)算含水飽和度以及了解水流情況。利用采集的數(shù)據(jù)信息還可以實(shí)現(xiàn)孔隙度和中子-伽馬密度等測量功能,真正實(shí)現(xiàn)多功能脈沖中子能譜測井。

2 全譜飽和度測井解釋基礎(chǔ)

2.1 靜態(tài)解釋模型[5]

利用自然伽馬、自然電位以及全譜儀器長源距測量的總俘獲/總非彈(NCNI)、俘獲氯/對(duì)應(yīng)非彈部分計(jì)數(shù)率(CLI)、俘獲硅/對(duì)應(yīng)非彈部分計(jì)數(shù)率(SII)、俘獲氯硅比(CLSI)等曲線確定泥質(zhì)含量;利用聲波測井和全譜儀器長源距測量的NCNI、CLI、SII、CLSI等曲線確定鈣質(zhì)含量;利用聲波測井、密度測井、中子測井取極小后為總孔隙度,再由體積模型計(jì)算有效孔隙度,若無孔隙度測井時(shí),用與聲波時(shí)差曲線相似度較高的全譜曲線確定孔隙度;利用粒度中值和孔隙度確定地層空氣滲透率,并轉(zhuǎn)化為相滲透率(相當(dāng)于有效滲透率)。

2.2 動(dòng)態(tài)解釋模型[5]

Swm=Sw-Swir

(1)

Som=So-Soir

(2)

Sw+So=1

(3)

S=Swm+Som=1-Swir-Soir

(4)

Gw=Swm/S

(5)

Go=Som/S

(6)

式中,Swm為可動(dòng)水飽和度;Sw為含水飽和度;Swir為不可動(dòng)水飽和度;Som為可動(dòng)油飽和度;So為含油飽和度;Soir為不可動(dòng)油飽和度;S可動(dòng)流體飽和度;Gw為可動(dòng)水比例;Go為可動(dòng)油比例。

3 全譜飽和度測井應(yīng)用范圍

2014年延長油礦要求利用過套管測井技術(shù)評(píng)價(jià)某井目的井段有效砂體滲透性,定性劃分油水層,評(píng)價(jià)油、水層的分布特性;尋找潛力層、出水層、漏失層、竄槽層,為解決層間干擾,增產(chǎn)挖潛提供依據(jù);同時(shí)定量計(jì)算儲(chǔ)層層厚、泥質(zhì)含量、有效孔隙度、含油飽和度(或剩余油飽和度)等地層特征參數(shù),彌補(bǔ)測量井測井?dāng)?shù)據(jù)資料的短缺。綜合分析全譜飽和度測井技術(shù)具有自成體系、測量資料具有相互驗(yàn)證的特點(diǎn),能在無完井資料的條件下獨(dú)立處理和解釋分析全變飽和度測井與裸眼井測井技術(shù)對(duì)比見表1[2]。

表1 全譜飽和度測井與裸眼測井技術(shù)對(duì)比

3.1 計(jì)算泥質(zhì)含量、劃分儲(chǔ)層

完井自然伽馬除與全譜飽和度測井中自然伽馬具有良好的一致性,還與長源距探測器所測量的NCNI、CLI、SII、CLSI具有較好的一致性(見圖1)。NCNI、CLI、SII、CLSI比反映地層中孔隙度的情況,與自然伽馬相關(guān)性較好。在大段砂巖段,4條曲線相關(guān)性變差是受到地層中水的影響,可優(yōu)先選用一致性最好的全譜飽和度自然伽馬計(jì)算泥質(zhì)含量;部分井生產(chǎn)層自然伽馬曲線出現(xiàn)變形和高值的現(xiàn)象需選用另外4條曲線中的任意一條計(jì)算泥質(zhì)含量(見圖1),如相關(guān)性較差,也可以采用俘獲Fe與俘獲Si比值曲線(FeSi)。

圖1 自然伽馬曲線與全譜飽和度套后測井自然伽馬資料對(duì)比

圖2 聲波時(shí)差曲線與全譜飽和度測井孔隙度指示曲線對(duì)比

3.2 利用全譜飽和度資料計(jì)算孔隙度

俘獲總計(jì)數(shù)與非彈總計(jì)數(shù)之比NCNI、俘獲硅與對(duì)應(yīng)非彈的計(jì)數(shù)之比SII、俘獲氯與對(duì)應(yīng)非彈的計(jì)數(shù)之比CLI都是孔隙度指示,原理與中子孔隙度測井相似,該比值與補(bǔ)償中子相關(guān)系數(shù)較好,所以與聲波孔隙度曲線相關(guān)性較好(見圖2)。俘獲與非彈的比值主要反映地層的俘獲信息,非彈的作用是消除產(chǎn)額不穩(wěn)因素。在沒有裸眼測井孔隙度資料時(shí),俘獲與非彈的比值雖然相關(guān)性與孔隙度曲線較好,但是數(shù)值沒有刻度,不能保證俘獲與非彈的比值計(jì)算孔隙度的準(zhǔn)確性,因此,最少需要有臨井的致密層孔隙度資料刻度全譜飽和度測井的套后孔隙曲線才能準(zhǔn)確計(jì)算孔隙度。

3.3 計(jì)算剩余油飽和度

當(dāng)儲(chǔ)層不含油時(shí)碳氧比數(shù)值不為0。動(dòng)態(tài)范圍相對(duì)其他測井方法較小。從實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)碳氧比曲線的泥巖值經(jīng)常發(fā)生變化,不同儀器所測泥巖相差較大,同支儀器2次測量(重復(fù))時(shí)泥巖經(jīng)常有差別。在刻度井刻度時(shí)同支儀器不同次加電刻度時(shí)可能獲得不同的刻度值。全譜飽和度測井解釋采用歸零化的方法提高動(dòng)態(tài)范圍及碳氧比數(shù)值穩(wěn)定性。

碳氧比曲線動(dòng)態(tài)范圍:某孔隙度下的純油層碳氧比COo與純水層的碳氧比COw差值與純水層碳氧比COw之比的百分?jǐn)?shù)。

R=(COo-COw)/COw

(7)

碳氧比歸零化模型

COC=(CO-COw)/COw

(8)

若地層或井筒中不含氣,通?？捎玫貙恿黧w和礦物中碳與氧原子的濃度、地層孔隙度、含水飽和度、礦物體積,以及代表碳和氧井眼區(qū)域貢獻(xiàn)的2個(gè)參數(shù)BO和BC直接表示。

碳氧比通用解釋模型(赫爾佐格公式)

COC=AaPSO+b(1-P)+BCcP(1-SO)+d(1-P)+BO

(9)

式中,a為單位體積油中碳原子數(shù)目,cm3;b為單位體積巖石骨架中碳原子數(shù)目,cm3;c為單位體積水中氧原子數(shù)目,cm3;d為單位體積巖石骨架中氧原子數(shù)目,cm3;A為碳和氧與快中子反應(yīng)截面的比值;BC為井眼里碳密度的貢獻(xiàn);BO為井眼里氧密度的貢獻(xiàn)。

3.4 計(jì)算相滲透率及產(chǎn)水率

滲透率的計(jì)算基本是以束縛水飽和度和有效孔隙度為基礎(chǔ)的模型,例如Timur公式

式中,K為地層滲透率;C為滲透率系數(shù);φ為有效孔隙度;Sirr為束縛水飽和度。

相滲透率解釋模型

式中,Kw為水相滲透率;K為地層滲透率;Ko為油相滲透率;Sw為可動(dòng)水飽和度;So為可動(dòng)油飽和度;λ為校正系數(shù)。

產(chǎn)水率模型

Fw=1/[1+μwKo/(μoKw)]

(13)

式中,μw為水相黏度;μo為油相黏度。

全譜飽和度測井解釋是以含油飽和度、滲透率、黏度確定相對(duì)滲透能力、相對(duì)產(chǎn)液能力、產(chǎn)能評(píng)價(jià)為核心;油層物理測井解釋模式以產(chǎn)水率、滲透率為核心。該方法是真正評(píng)價(jià)產(chǎn)層出液能力的動(dòng)態(tài)解釋方法。

4 全譜飽和度測井與裸眼井解釋成果對(duì)比

××1井2013年5月28日完井,6月10日對(duì)15號(hào)層進(jìn)行射孔作業(yè),產(chǎn)油4.6 m3/d,水4.2 m3/d,氣10 m3/d。6月23日進(jìn)行全譜飽和度測井(見圖5)。除15號(hào)層外,其他層的全譜飽和度測井資料與裸眼井解釋結(jié)論具備對(duì)比基礎(chǔ)。2014年對(duì)13、1、2號(hào)層射孔作業(yè)。射孔前產(chǎn)油1.5 m3/d,水5.1 m3/d,氣15 m3/d;射孔后產(chǎn)油3.6 m3/d,水5.4 m3/d,氣36 m3/d。全譜飽和度測井與裸眼井解釋結(jié)論差異較小。

通過××1井成果表對(duì)比(見表2),孔隙度除4號(hào)層比裸眼井?dāng)?shù)值大較多,其余層差異較小或輕微偏小。因?yàn)槁阊劬忉寘?shù)中泥巖聲波時(shí)差值選取偏小,導(dǎo)致裸眼孔隙度偏大,其中4號(hào)層解釋參數(shù)中泥巖聲波值參數(shù)突變導(dǎo)致裸眼孔隙度數(shù)值偏小較明顯;另一方面,全譜飽和度測井孔隙度部分層輕微偏小,說明地層中含氣,結(jié)論與采油結(jié)果吻合。全譜飽和度測井與聲波的孔隙度對(duì)比可以等效為中子孔隙度與聲波孔隙度的對(duì)比。同時(shí),在全譜飽和度測井的解釋模型當(dāng)中,粉砂巖因?yàn)榱６戎兄递^小,在粉砂巖的體積中認(rèn)定為含有部分的束縛水體積,導(dǎo)致全譜飽和度測井有效孔隙度降低。

表2 ××1井全譜飽和度測井與裸眼井測井解釋成果對(duì)比表

圖3 ××1井孔隙度與滲透率對(duì)比 圖4 ××1井巖心核磁共振孔隙度與滲透率對(duì)比 *非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

圖5 ××1全譜飽和度測井成果圖

滲透率利用粒度中值(或者束縛水飽和度)和孔隙度確定地層空氣滲透率,并轉(zhuǎn)化為相滲透率。在束縛水飽和度一定的前提下,孔隙度與滲透率的對(duì)數(shù)成線性關(guān)系(見圖3)。通過對(duì)比,裸眼井解釋的滲透率與全譜飽和度測井差異較大,主要因?yàn)樵跐B透率的解釋上選取的參數(shù)差異較大,但兩者都基本滿足孔隙度與滲透率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在束縛水飽和度參數(shù)一定的前提下,相同的有效孔隙度對(duì)應(yīng)的滲透率相同。因此無論是哪種方法計(jì)算滲透率都需要巖心資料刻度滲透率的函數(shù)?！痢?井巖心分析數(shù)據(jù)中,滲透率與有效孔隙度相關(guān)性較好(見圖4)。

含油飽和度的計(jì)算因?yàn)?種測井方法原理不同,計(jì)算公式也不同,計(jì)算的含油飽和度數(shù)值差異性也較大,但解釋結(jié)論基本相符。全譜飽和度測井計(jì)算含油飽和度偏高,主要原因是實(shí)驗(yàn)室的含油、水飽和度的結(jié)果分析不歸一問題,即油水揮發(fā)問題。其一是根據(jù)是否水侵分別將其揮發(fā)部分歸結(jié)到油或水,注水水淹幾乎都是水侵;其二是按油水比例劈分到油水之中;其三揮發(fā)的全部加到含油飽和度中。第3種方法獲得含油飽和度最高。全譜飽和度測井解釋軟件采用第3種方法。對(duì)于13、14、15號(hào)層2種方法計(jì)算的含有飽和度差異較大,主要是因?yàn)閹r性的影響,3個(gè)層所在的××組以粉砂為主。在裸眼井的解釋當(dāng)中通過調(diào)整巖電實(shí)驗(yàn)參數(shù)避免巖性變化帶來的影響,而粉砂巖具有的束縛水特性在全譜飽和度測井解釋當(dāng)中沒有得到體現(xiàn),導(dǎo)致含油飽和度偏高較大。從試油數(shù)據(jù)可以看出,含水率大于全譜飽和度測井計(jì)算的含水飽和度(見圖5)。

5 結(jié) 論

(1) 在地層滿足孔隙度要求的情況下,全譜飽和度測井通過碳氧比、熱中子俘獲伽馬能譜等技術(shù)劃分儲(chǔ)層、定量計(jì)算儲(chǔ)層泥質(zhì)含量、含油飽和度、滲透率、孔隙度、產(chǎn)水率等參數(shù)。

(2) 在裸眼井資料缺失或不足的情況下,只需要臨井資料刻度孔隙度以及黏度、滲透率等參數(shù)依然可以較好地計(jì)算剩余油測井各參數(shù),為油田部分老井及完井資料缺失的對(duì)外服務(wù)井提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn):

[1] 張洪, 邱金權(quán), 張智峰, 等. 脈沖中子全譜飽和度測井在青海油田的應(yīng)用 [J]. 測井技術(shù), 2014, 38(5): 627-633.

[2] 龍武, 陶碧娥, 馬立新, 等. PSSL全譜飽和度測井技術(shù)在塔河油田的應(yīng)用 [J]. 石油天然氣學(xué)報(bào), 2012, 34(8): 99-106.

[3] 李瑞豐, 李東旭, 劉憲偉, 等. 雙源距碳氧比測井在完井資料缺失井評(píng)價(jià)中的應(yīng)用 [J]. 測井技術(shù), 2010, 34(1): 74-78.

[4] 李剛, 郭娜, 王姍, 等. 全譜剩余油測井在文中-文東油田的應(yīng)用 [J]. 內(nèi)蒙古石油化工, 2012(11): 150-151.

[5] 鄭華. 脈沖中子伽馬綜合測井 [J]. 大慶石油地質(zhì)與開發(fā), 2007, 26(6): 124-126, 130.