脉冲中子全谱饱和度测井在储层评价中的应用

2016-05-07罗辉

测井技术 2016年6期

罗辉

(中国石化华东石油工程有限公司测井公司, 江苏扬州 225000)

0 引言

一些早期开发的油井受当时测井技术水平以及资料储存方法等条件的限制导致部分井完井资料缺少甚至完全丢失[1]。为完善油井纵向岩性剖面、横向剩余油分布情况以及储层孔隙度、渗透率等资料,从区域上整体分析剩余油分布状况,挖掘剩余油潜力,需要过套管测井。

全谱饱和度测井是为了满足以上需求,以核物理理论为基础的新型脉冲中子测井方法,其最突出的优势是集合了碳氧比、中子寿命、氧活化等多种能谱、时间谱测井和自然伽马、井温等常规测井[2],多测井技术互相验证,扬长避短,相互补充,从而更加准确地提供储集层的含油饱和度、孔隙度、渗透率、岩性及有效厚度等信息,为完善井的基础资料、确定潜力层、挖掘未动用储量、优化完善油藏动态管理提供准确数据。

1 全谱饱和度测井技术原理

利用脉冲中子源按照设计的脉冲时序向地层中发射能量为14 MeV的快中子,与地层原子核发生各种反应,生成具有一定能量和时间分布的伽马谱,然后利用设计的2个BGO探测器组合[3],分3个模式按时间和能量分别记录非弹性散射伽马能谱、俘获伽马能谱、伽马时间谱的全谱信息,实现碳氧比-中子寿命组合、中子寿命和氧活化水流测井[2]。

碳氧比-中子寿命组合测井可以获取非弹性散射伽马能谱、俘获伽马能谱和伽马时间谱[4],实现碳氧比和中子寿命交会技术确定含油饱和度。利用元素能谱测井功能实现地层岩性识别,利用中子寿命和氧活化水流测井可计算含水饱和度以及了解水流情况。利用采集的数据信息还可以实现孔隙度和中子-伽马密度等测量功能,真正实现多功能脉冲中子能谱测井。

2 全谱饱和度测井解释基础

2.1 静态解释模型[5]

利用自然伽马、自然电位以及全谱仪器长源距测量的总俘获/总非弹(NCNI)、俘获氯/对应非弹部分计数率(CLI)、俘获硅/对应非弹部分计数率(SII)、俘获氯硅比(CLSI)等曲线确定泥质含量;利用声波测井和全谱仪器长源距测量的NCNI、CLI、SII、CLSI等曲线确定钙质含量;利用声波测井、密度测井、中子测井取极小后为总孔隙度,再由体积模型计算有效孔隙度,若无孔隙度测井时,用与声波时差曲线相似度较高的全谱曲线确定孔隙度;利用粒度中值和孔隙度确定地层空气渗透率,并转化为相渗透率(相当于有效渗透率)。

2.2 动态解释模型[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为可动水饱和度;Sw为含水饱和度;Swir为不可动水饱和度;Som为可动油饱和度;So为含油饱和度;Soir为不可动油饱和度;S可动流体饱和度;Gw为可动水比例;Go为可动油比例。

3 全谱饱和度测井应用范围

2014年延长油矿要求利用过套管测井技术评价某井目的井段有效砂体渗透性,定性划分油水层,评价油、水层的分布特性;寻找潜力层、出水层、漏失层、窜槽层,为解决层间干扰,增产挖潜提供依据;同时定量计算储层层厚、泥质含量、有效孔隙度、含油饱和度(或剩余油饱和度)等地层特征参数,弥补测量井测井数据资料的短缺。综合分析全谱饱和度测井技术具有自成体系、测量资料具有相互验证的特点,能在无完井资料的条件下独立处理和解释分析全变饱和度测井与裸眼井测井技术对比见表1[2]。

表1 全谱饱和度测井与裸眼测井技术对比

3.1 计算泥质含量、划分储层

完井自然伽马除与全谱饱和度测井中自然伽马具有良好的一致性,还与长源距探测器所测量的NCNI、CLI、SII、CLSI具有较好的一致性(见图1)。NCNI、CLI、SII、CLSI比反映地层中孔隙度的情况,与自然伽马相关性较好。在大段砂岩段,4条曲线相关性变差是受到地层中水的影响,可优先选用一致性最好的全谱饱和度自然伽马计算泥质含量;部分井生产层自然伽马曲线出现变形和高值的现象需选用另外4条曲线中的任意一条计算泥质含量(见图1),如相关性较差,也可以采用俘获Fe与俘获Si比值曲线(FeSi)。

图1 自然伽马曲线与全谱饱和度套后测井自然伽马资料对比

图2 声波时差曲线与全谱饱和度测井孔隙度指示曲线对比

3.2 利用全谱饱和度资料计算孔隙度

俘获总计数与非弹总计数之比NCNI、俘获硅与对应非弹的计数之比SII、俘获氯与对应非弹的计数之比CLI都是孔隙度指示,原理与中子孔隙度测井相似,该比值与补偿中子相关系数较好,所以与声波孔隙度曲线相关性较好(见图2)。俘获与非弹的比值主要反映地层的俘获信息,非弹的作用是消除产额不稳因素。在没有裸眼测井孔隙度资料时,俘获与非弹的比值虽然相关性与孔隙度曲线较好,但是数值没有刻度,不能保证俘获与非弹的比值计算孔隙度的准确性,因此,最少需要有临井的致密层孔隙度资料刻度全谱饱和度测井的套后孔隙曲线才能准确计算孔隙度。

3.3 计算剩余油饱和度

当储层不含油时碳氧比数值不为0。动态范围相对其他测井方法较小。从实际生产过程中发现碳氧比曲线的泥岩值经常发生变化,不同仪器所测泥岩相差较大,同支仪器2次测量(重复)时泥岩经常有差别。在刻度井刻度时同支仪器不同次加电刻度时可能获得不同的刻度值。全谱饱和度测井解释采用归零化的方法提高动态范围及碳氧比数值稳定性。

碳氧比曲线动态范围:某孔隙度下的纯油层碳氧比COo与纯水层的碳氧比COw差值与纯水层碳氧比COw之比的百分数。

R=(COo-COw)/COw

(7)

碳氧比归零化模型

COC=(CO-COw)/COw

(8)

若地层或井筒中不含气,通常可用地层流体和矿物中碳与氧原子的浓度、地层孔隙度、含水饱和度、矿物体积,以及代表碳和氧井眼区域贡献的2个参数BO和BC直接表示。

碳氧比通用解释模型(赫尔佐格公式)

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

(9)

式中,a为单位体积油中碳原子数目,cm3;b为单位体积岩石骨架中碳原子数目,cm3;c为单位体积水中氧原子数目,cm3;d为单位体积岩石骨架中氧原子数目,cm3;A为碳和氧与快中子反应截面的比值;BC为井眼里碳密度的贡献;BO为井眼里氧密度的贡献。

3.4 计算相渗透率及产水率

渗透率的计算基本是以束缚水饱和度和有效孔隙度为基础的模型,例如Timur公式

式中,K为地层渗透率;C为渗透率系数;φ为有效孔隙度;Sirr为束缚水饱和度。

相渗透率解释模型

式中,Kw为水相渗透率;K为地层渗透率;Ko为油相渗透率;Sw为可动水饱和度;So为可动油饱和度;λ为校正系数。

产水率模型

Fw=1/[1+μwKo/(μoKw)]

(13)

式中,μw为水相黏度;μo为油相黏度。

全谱饱和度测井解释是以含油饱和度、渗透率、黏度确定相对渗透能力、相对产液能力、产能评价为核心;油层物理测井解释模式以产水率、渗透率为核心。该方法是真正评价产层出液能力的动态解释方法。

4 全谱饱和度测井与裸眼井解释成果对比

××1井2013年5月28日完井,6月10日对15号层进行射孔作业,产油4.6 m3/d,水4.2 m3/d,气10 m3/d。6月23日进行全谱饱和度测井(见图5)。除15号层外,其他层的全谱饱和度测井资料与裸眼井解释结论具备对比基础。2014年对13、1、2号层射孔作业。射孔前产油1.5 m3/d,水5.1 m3/d,气15 m3/d;射孔后产油3.6 m3/d,水5.4 m3/d,气36 m3/d。全谱饱和度测井与裸眼井解释结论差异较小。

通过××1井成果表对比(见表2),孔隙度除4号层比裸眼井数值大较多,其余层差异较小或轻微偏小。因为裸眼井解释参数中泥岩声波时差值选取偏小,导致裸眼孔隙度偏大,其中4号层解释参数中泥岩声波值参数突变导致裸眼孔隙度数值偏小较明显;另一方面,全谱饱和度测井孔隙度部分层轻微偏小,说明地层中含气,结论与采油结果吻合。全谱饱和度测井与声波的孔隙度对比可以等效为中子孔隙度与声波孔隙度的对比。同时,在全谱饱和度测井的解释模型当中,粉砂岩因为粒度中值较小,在粉砂岩的体积中认定为含有部分的束缚水体积,导致全谱饱和度测井有效孔隙度降低。

表2 ××1井全谱饱和度测井与裸眼井测井解释成果对比表

图3 ××1井孔隙度与渗透率对比图4 ××1井岩心核磁共振孔隙度与渗透率对比 *非法定计量单位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

图5 ××1全谱饱和度测井成果图

渗透率利用粒度中值(或者束缚水饱和度)和孔隙度确定地层空气渗透率,并转化为相渗透率。在束缚水饱和度一定的前提下,孔隙度与渗透率的对数成线性关系(见图3)。通过对比,裸眼井解释的渗透率与全谱饱和度测井差异较大,主要因为在渗透率的解释上选取的参数差异较大,但两者都基本满足孔隙度与渗透率的对应关系。在束缚水饱和度参数一定的前提下,相同的有效孔隙度对应的渗透率相同。因此无论是哪种方法计算渗透率都需要岩心资料刻度渗透率的函数。××1井岩心分析数据中,渗透率与有效孔隙度相关性较好(见图4)。

含油饱和度的计算因为2种测井方法原理不同,计算公式也不同,计算的含油饱和度数值差异性也较大,但解释结论基本相符。全谱饱和度测井计算含油饱和度偏高,主要原因是实验室的含油、水饱和度的结果分析不归一问题,即油水挥发问题。其一是根据是否水侵分别将其挥发部分归结到油或水,注水水淹几乎都是水侵;其二是按油水比例劈分到油水之中;其三挥发的全部加到含油饱和度中。第3种方法获得含油饱和度最高。全谱饱和度测井解释软件采用第3种方法。对于13、14、15号层2种方法计算的含有饱和度差异较大,主要是因为岩性的影响,3个层所在的××组以粉砂为主。在裸眼井的解释当中通过调整岩电实验参数避免岩性变化带来的影响,而粉砂岩具有的束缚水特性在全谱饱和度测井解释当中没有得到体现,导致含油饱和度偏高较大。从试油数据可以看出,含水率大于全谱饱和度测井计算的含水饱和度(见图5)。