沈付建, 劉開天, 張唯聰, 鄭?？?/p>

(大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司, 黑龍江 大慶 163453)

0 引 言

大慶喇嘛甸油田位于大慶長垣最北端,是一個(gè)含有氣頂?shù)臉?gòu)造油氣田。其儲(chǔ)集層以砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為主,縱向上與泥質(zhì)巖交互呈層狀分布。氣頂油藏中油區(qū)和氣區(qū)的流體在開發(fā)中可能相互竄流,天然氣竄入油區(qū),對(duì)天然氣自身的采收率沒有什么影響,而原油侵入氣頂,原油的采收率卻要受到影響。室內(nèi)物理試驗(yàn)表明,喇嘛甸油田原油侵入氣頂后油量損失巨大,開采進(jìn)入含氣砂巖中的原油,當(dāng)用100倍孔隙體積的氣驅(qū)油時(shí),驅(qū)油效率只有30%左右,氣驅(qū)后再用10倍孔隙體積的水驅(qū)替,最終驅(qū)油效率也只有50%左右[1]。因此,在喇嘛甸油田層狀氣頂油田的開發(fā)中,要嚴(yán)格控制油氣界面的移動(dòng),特別是要防止油侵現(xiàn)象發(fā)生。

為實(shí)現(xiàn)油區(qū)和氣區(qū)的壓力平衡,維持油氣界面的相對(duì)穩(wěn)定,在油區(qū)、氣區(qū)及氣區(qū)外沿布署了一系列監(jiān)測(cè)井,通過生產(chǎn)測(cè)井資料確定氣頂、油氣界面以及油水界面位置,判斷油區(qū)、氣區(qū)壓力是否平衡,為開發(fā)方案的調(diào)整提供依據(jù)。目前主要采用中子-中子測(cè)井方法對(duì)氣液界面進(jìn)行監(jiān)測(cè),該技術(shù)發(fā)射快中子并測(cè)量經(jīng)地層減速后的熱中子,利用目的層與泥巖段(與目的層同地層組)的中子-中子測(cè)井計(jì)數(shù)率比值判斷氣層。通過統(tǒng)計(jì)分析得到測(cè)井計(jì)數(shù)率比值大于1.30時(shí)為氣層[2]。

自應(yīng)用以來,中子-中子測(cè)井技術(shù)很好地解決了喇嘛甸油田氣液界面監(jiān)測(cè)的問題。但是,這種方法也存在缺陷。①放射性源傷害人體并污染環(huán)境。中子-中子測(cè)井儀使用活度為1.7×1011Bq的Am-Be中子源,這是一種化學(xué)源,在運(yùn)輸、測(cè)井及保存過程中有可能對(duì)環(huán)境造成污染,不能滿足綠色環(huán)保要求。②解釋受人為影響較大。在測(cè)井資料解釋計(jì)算計(jì)數(shù)率比值時(shí),需要人工讀取泥巖段中子值,受解釋人員讀值經(jīng)驗(yàn)的影響。為克服中子-中子測(cè)井存在的缺陷,需要研究一種新的使用脈沖中子源的熱中子多門衰減巖性(TMD-L)測(cè)井識(shí)別氣層方法,實(shí)現(xiàn)氣頂監(jiān)測(cè)目的。

1 TMD-L測(cè)井氣層識(shí)別方法研究

哈里伯頓公司熱中子多門衰減巖性(TMD-L)測(cè)井儀[3]是一種中子壽命測(cè)井儀,它使用脈沖中子源。與化學(xué)源相比,脈沖中子源可控,只有供電才能產(chǎn)生中子,能夠避免對(duì)人體的傷害并且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。TMD-L測(cè)井時(shí)中子發(fā)生器先發(fā)射0.10 ms中子脈沖,停歇1.18 ms。這個(gè)過程中中子發(fā)生器產(chǎn)生的14.1 MeV的快中子進(jìn)入地層,先與地層核素發(fā)生非彈性散射(同時(shí)釋放非彈性散射伽馬射線)損失掉大量能量,經(jīng)彈性散射繼續(xù)減速成為能量為0.025 eV的熱中子,熱中子被地層元素俘獲釋放出俘獲伽馬射線。該儀器采用近遠(yuǎn)2個(gè)源距的BGO(鍺酸鉍)晶體作為探測(cè)器,對(duì)整個(gè)過程記錄隨時(shí)間變化的伽馬射線強(qiáng)度,同時(shí)記錄非彈伽馬時(shí)間譜、俘獲伽馬時(shí)間譜。中子與地層的相互作用是中子測(cè)井的物理基礎(chǔ),靶核對(duì)快中子的減速能力與原子核的質(zhì)量數(shù)有關(guān),質(zhì)量數(shù)越大,對(duì)快中子的減速能力越差。H核的質(zhì)量數(shù)最小,對(duì)快中子的減速能力最強(qiáng),H是所有元素中最強(qiáng)的中子減速劑,這是中子測(cè)井法測(cè)定地層含H量及解決與含H量有關(guān)的各種地質(zhì)問題的依據(jù)?；赥MD-L測(cè)井獲得的曲線信息,主要研究了2種解釋方法[4]。

1.1 曲線疊合法

天然氣的密度值比石油和水的密度值小,相同巖性和孔隙度下含氣巖石的密度值比含油、水巖石密度值小,因此密度測(cè)井資料可用于識(shí)別氣層。傳統(tǒng)的密度測(cè)井利用了伽馬射線在地層中的康普頓散射與地層電子密度相關(guān)的原理,可以把脈沖中子與地層元素非彈性散射產(chǎn)生的非彈伽馬射線云作為密度測(cè)井源來反映地層密度值,TMD-L測(cè)井資料中近遠(yuǎn)探測(cè)器非彈計(jì)數(shù)率比曲線RIN對(duì)密度敏感,密度降低時(shí)RIN變小。

由于天然氣的含氫指數(shù)比石油和水的含氫指數(shù)小,因此利用中子含氫指數(shù)測(cè)井能夠識(shí)別氣層。熱中子俘獲伽馬射線計(jì)數(shù)率與地層元素的減速能力有關(guān),TMD-L測(cè)井資料中近探測(cè)器俘獲計(jì)數(shù)率NTMD、遠(yuǎn)探測(cè)器俘獲計(jì)數(shù)率FTMD及近遠(yuǎn)探測(cè)器俘獲計(jì)數(shù)率比RTMD對(duì)含氫指數(shù)敏感,儲(chǔ)層含氫指數(shù)變小時(shí),NTMD和FTMD都增大,且FTMD增大更顯著,RTMD相應(yīng)變小。

當(dāng)儲(chǔ)層含氣時(shí),儲(chǔ)層具有密度變小、H元素含量降低的特點(diǎn)。因此,可以通過RTMD曲線與RIN曲線疊合、FTMD曲線與NTMD曲線疊合識(shí)別氣層。

(1)RTMD曲線與RIN曲線疊合。氣層與水層(油層)相比,地層密度降低。在氣層處,TMD-L測(cè)井的近遠(yuǎn)非彈計(jì)數(shù)比RIN和近遠(yuǎn)俘獲計(jì)數(shù)率比RTMD均降低,因此,可以通過疊合這2條曲線識(shí)別氣層。將RTMD曲線與RIN曲線反向刻度,并使之在水層(油層)處重合。若在儲(chǔ)層處2條曲線出現(xiàn)鏡像幅度差,可判別為氣層。

(2)FTMD曲線和NTMD曲線疊合。水層(油層)TMD-L測(cè)井的近、遠(yuǎn)俘獲計(jì)數(shù)率曲線均為低值,氣層近、遠(yuǎn)俘獲計(jì)數(shù)率曲線均為高值,在巖性均勻的同一儲(chǔ)集層中,水層(油層)的近、遠(yuǎn)俘獲計(jì)數(shù)率曲線差異小,而含氣層段的近、遠(yuǎn)俘獲計(jì)數(shù)率曲線差異大。利用近、遠(yuǎn)俘獲計(jì)數(shù)率曲線疊合可以定性區(qū)分氣層與油水層。將遠(yuǎn)俘獲計(jì)數(shù)率曲線FTMD與近俘獲計(jì)數(shù)率曲線NTMD疊合(通常遠(yuǎn)、近計(jì)數(shù)率刻度比例為1∶4),在水層(油層)處2條曲線基本重合,若疊合曲線出現(xiàn)明顯的正分離(FTMD高于NTMD),可定性判別地層為氣層或者致密層(致密層類似于氣層,H元素含量較少)。

1.2 建立定量解釋標(biāo)準(zhǔn)

曲線疊合法能直觀指示氣層,但疊合時(shí)需要經(jīng)驗(yàn)確定曲線的左右刻度。綜合考慮TMD-L測(cè)井中SGFM、NTMD、FSIN等對(duì)氣層敏感的曲線,構(gòu)造出1條氣層指示曲線GI[5]

(1)

式中,FSIN是遠(yuǎn)探測(cè)器非彈計(jì)數(shù)率;SGFM是通過近、遠(yuǎn)俘獲時(shí)間譜獲得的地層宏觀俘獲截面,反映地層巖性。使用式(1)時(shí)不需要人工讀值,消除了人為讀值經(jīng)驗(yàn)誤差,當(dāng)?shù)貙雍瑲鈺r(shí),GI值明顯增大。

TMD-L測(cè)井原始曲線中有1條中子孔隙度曲線PHIT,PHIT曲線反映了地層的含H量,當(dāng)?shù)貙雍瑲鈺r(shí),PHIT曲線為低值。利用喇嘛甸油田12個(gè)層的PHIT、GI曲線數(shù)值做交會(huì)圖(見圖1),得出定量識(shí)別喇嘛甸氣層的標(biāo)準(zhǔn),從圖1中可以看出,當(dāng)GI>3.2、PHIT<0.15時(shí)為氣層。

圖1 喇嘛甸油田PHIT與GI交會(huì)圖

2 TMD-L測(cè)井監(jiān)測(cè)氣液界面應(yīng)用實(shí)例

利用以上2種方法,對(duì)喇7-××井進(jìn)行TMD-L測(cè)井氣液界面監(jiān)測(cè)。圖2為喇7-××井TMD-L氣頂監(jiān)測(cè)測(cè)井解釋成果圖。圖2中第3道為近遠(yuǎn)探測(cè)器非彈計(jì)數(shù)率比RIN和近遠(yuǎn)探測(cè)器俘獲計(jì)數(shù)率比RTMD反向刻度疊合曲線,在氣層處,RIN、RTMD都顯著變小,具有較大的疊合面積。第4道為近探測(cè)器俘獲計(jì)數(shù)率NTMD和遠(yuǎn)探測(cè)器俘獲計(jì)數(shù)率FTMD疊合曲線,FTMD曲線的刻度為1 000～6 000,NTMD曲線的刻度為4 000～24 000,2條曲線在油層處基本重合,在氣層處出現(xiàn)明顯的正分離。曲線疊合法顯示氣液界面為918.4 m。第5道為氣層指示曲線GI和中子孔隙度曲線PHIT,在氣層處,GI值顯著增大,PHIT值變小。根據(jù)定量解釋標(biāo)準(zhǔn)PHIT<0.15和GI>3.2,氣液界面位置為918.4 m,與曲線疊合法的解釋結(jié)論一致,符合該區(qū)塊目前的開發(fā)狀況。

圖2 喇7-××井TMD-L測(cè)井氣頂監(jiān)測(cè)解釋成果圖

3 結(jié) 論

(1) 儲(chǔ)層含氣時(shí),近遠(yuǎn)探測(cè)器非彈計(jì)數(shù)率比值RIN變小,近遠(yuǎn)探測(cè)器俘獲計(jì)數(shù)率比值RTMD也降低,將RIN曲線與RTMD曲線反向刻度疊合,并使之在水層(油層)處重合,含氣儲(chǔ)層出現(xiàn)鏡像幅度差。

(2) 水層(油層)處近探測(cè)器和遠(yuǎn)探測(cè)器俘獲計(jì)數(shù)率(NTMD和FTMD)曲線為低值,氣層處NTMD和FTMD值均為高值,且FTMD增大得更明顯。將FTMD與NTMD曲線按1∶4刻度比例正向疊合,水層(油層)基本重合,而氣層出現(xiàn)明顯的正分離(FTMD高于NTMD)。

(3) 氣層指示曲線GI和中子孔隙度曲線PHIT能用于定量識(shí)別氣層,統(tǒng)計(jì)分析表明,喇嘛甸油田氣頂油藏的氣層解釋標(biāo)準(zhǔn):GI>3.2和PHIT<0.15。該解釋標(biāo)準(zhǔn)所使用曲線由測(cè)井儀測(cè)井時(shí)直接獲取,消除了解釋時(shí)人為干預(yù)的影響因素,解釋精度較高。

參考文獻(xiàn):

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[2] 喬賀堂. 生產(chǎn)測(cè)井原理及資料解釋 [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 1992: 315-321.

[3] Halliburton Energy Services, Inc. Thermal Multigate Decay Lithology Tool (TMD-L) Field Operations Manual [Z]. 1994.

[4] 沈付建. TMD-L測(cè)井儀氣層評(píng)價(jià)技術(shù) [J]. 油氣田地面工程, 2010, 29(10): 92-93.

[5] Jacobson L A, Wyatt D F. Application of Pulsed Neutron Logs for Through-casing Evaluation of Gas, Oil, and Lithology [C]∥SPE 35652, 1996.