碳氧比测井曲线水流影响校正

2017-05-14张鸥盟郑华张唯聪沈付建

测井技术 2017年5期

张鸥盟, 郑华, 张唯聪, 沈付建

(1.东北石油大学地球科学学院, 黑龙江大庆 163318; 2.大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司, 黑龙江大庆 163453)

0 引言

传统的碳氧比测井主要提供碳氧比与硅钙比或钙硅比曲线,含油饱和度(So)解释结论,以及指示岩性、孔隙度、泥质含量等参数的曲线。近年来国内新开发的脉冲中子全谱测井技术除具有双源距碳氧比测井功能外,还兼具中子寿命、连续氧活化等多项测井功能,其中连续氧活化测井提供氧活化指数IOA(Oxygen Activation Index,IOA)曲线。IOA基值接近0,当测井仪附近(套管内或外)出现向上的流动水时,IOA值常明显增大,指示产水层、管外窜槽,对综合评价地层水淹等级起辅助作用[1]。

图1 RMT测井解释成果指示产水层位

脉冲中子全谱测井过程中IOA值增大的现象比较普遍,且随着IOA值增大,碳氧比和硅钙比值相应减小,说明测井时遇到向上的水流,水流影响碳氧比和硅钙比曲线,造成含油饱和度解释精度下降。为了消除这种影响,本文利用脉冲中子全谱测井资料的IOA曲线,研究校正碳氧比和硅钙比曲线受水流影响的方法,并通过处理实测资料对提出的校正方法进行了验证。验证表明,利用碳氧比测井曲线解释含油饱和度,在评价地层水淹等级中IOA曲线起到关键的精度控制作用。

1 水流对碳氧比曲线的影响

RMT、PNST等脉冲中子全谱测井仪在碳氧比模式下测井时额外提供氧活化指数IOA曲线。该曲线可定性指示生产层中的主要产水层,找到大孔道导致含油性变化的层,也能识别因固井质量差造成的管外窜槽[2-3]。

图1和图2分别是RMT测井资料指示产水层和识别管外窜槽的实例。两图第1道中Vsh和φe分别是泥质含量和有效孔隙度曲线;第4道中C/O WET、C/OSo=1和C/O CORR分别是碳氧比水线、碳氧比油线和校正岩性与井眼环境影响后的碳氧比曲线;第5道是含油饱和度So。第6道中φe和Vw分别是有效孔隙度和有效孔隙内水体积分数。第7道是解释结果,数字是层号,字母表示水淹级别,A至E对应的水淹级别由高至低。

观察图1第2道中IOA曲线可见,30号层以下IOA值接近0,从30号层顶部开始IOA值明显增大,达到50(6 s)-1左右,从29号层底部开始IOA值继续增大,增幅30(6 s)-1左右,达到80(6 s)-1左右。IOA曲线指示测井时29号和30号层均产水且30号层产水量较高。测井段的岩性为砂泥岩,第3道中钙硅比Ca/Si曲线值几乎不变,指示地层中几乎不含钙质,岩性较纯净;随着IOA值增大,第3道中碳氧比曲线C/O值明显减小。当时没认识到水流对碳氧比曲线造成影响,导致29号层的含油饱和度解释值比30号层的小(见第5道)、29号层的解释水淹级别比30号层的高(见第7道),这与IOA曲线指示的30号层产水量更高相矛盾。

图2 RMT测井解释成果识别管外窜槽

图2第2道中的IOA曲线值自91号层底部开始增大,并在该层顶部又逐渐恢复到接近基值。91号层未射孔生产,可排除此处管内出现向上水流的可能性。复查该井固井质量测井资料得知,91号层固井质量不好,分析认为管外窜槽造成此处IOA值增大。第3道中钙硅比曲线几乎为直线,指示测井段岩性较纯;在91号层,随着IOA曲线升高,碳氧比曲线明显降低,且低于叠合显示的钙硅比曲线。若不作水流影响校正,第4道中校正岩性与井眼环境影响后的碳氧比曲线在91号层明显低于碳氧比水线,第5道中在此情况下计算的含油饱和度已不能真实反映储层的含油饱和度。

统计1 000余井RMT测井资料和1 200余井PNST测井资料显示,大约30%～40%的测井资料中IOA曲线有明显升高的变化,受水流影响碳氧比值相应地减小,说明水流影响是比较普遍的。只有校正水流对碳氧比测井曲线的影响,才能相应提高含油饱和度解释精度。

2 水流影响原因分析

碳氧比测井仪按照特定时序发射14 MeV中子,并用伽马射线探测器采集非弹性散射总能谱和俘获能谱[4]。脉冲中子全谱测井仪按特定比例分配时间,循环执行碳氧比、中子寿命、连续氧活化等测井任务;连续氧活化测井测量活化本底能谱,并提取IOA。在文献[5]和[6]中分别可见对RMT和PNST测井仪碳氧比模式工作时序的描述。

以PNST测井仪为例,它测量非弹性散射总谱和俘获谱的时间比例是18 μs∶62 μs,即0.290∶1,活化本底伽马射线计数按此比例混入上述两能谱。当出现向上水流时,由于氧活化伽马射线能量与氧非弹性散射的相同,上述两能谱中与非弹性散射O窗对应的计数相应增大。然而净谱系数是按减掉非弹性散射总谱中俘获伽马计数(常以减除氢峰为标准)来设置的,在充满淡水常规井眼中测井时净谱系数约0.264,小于0.290。这说明当非弹性散射总谱和俘获谱中含有水流引起的氧活化伽马射线计数时,在非弹性散射净谱中尚存一些没被彻底减净的氧活化伽马射线计数,造成氧产额增大、碳氧比和含油饱和度值减小。其他具有碳氧比功能的测井仪也存在同样的问题,由于脉冲中子全谱测井仪提供指示水流的IOA曲线,能清楚地暴露该问题。

从某井PNST测井数据IOA为基值(0.33 s-1)和IOA明显升高(9.16 s-1)的两处泥岩段中,分别提取长源距非弹性散射总谱、俘获谱及相应非弹性散射净谱(见图3)。图3中,横坐标道址与伽马射线能量呈线性关系,每道计数按能谱总计数归一化,为方便观察把非弹性散射总谱计数乘以2。IOA值增大表示测井仪附近有向上水流,此时测量的非弹性散射总谱氧窗与俘获谱Ca窗的计数均比无水流时相应值有明显增大。尽管获得非弹性散射净谱的数据处理过程会削弱水流对O窗计数的影响,但仍能观察到图中有水流时非弹性散射净谱O窗计数相应增大。

图3 非弹性散射总谱、俘获谱、非弹性散射净谱受水流影响情况

表1显示了图3能谱中相应能窗的计数(产额)。其中C产额变化不大,水流致使O产额增大约2.5%、碳氧比值减小约2.9%。该碳氧比值减小量可造成对20%孔隙度储层解释含油饱和度减小约21%。碳氧比曲线统计涨落误差一般略小于1.0%,若用碳氧比曲线与非弹性散射Ca/Si曲线正向叠合来校正岩性影响并解释含油饱和度,由于在校正公式中Ca/Si项系数约为碳氧比项系数的0.26倍,因此表3中水流所致的Ca/Si值变化对最终解释含油饱和度影响并不大,可不予校正。若以碳氧比曲线与俘获硅钙比曲线反向叠合来校正岩性影响,硅钙比项系数约为碳氧比项系数的0.47倍,表3中水流所致的硅钙比值变化对最终解释含油饱和度影响较大,需要校正。

表1 测井数据受水流影响情况

综上所述,若用碳氧比与Ca/Si曲线解释含油饱和度,只需校正水流对碳氧比曲线的影响;若用碳氧比与硅钙比曲线解释含油饱和度,则需要同时校正水流对碳氧比和硅钙比曲线的影响。由于净谱系数与测井仪周围物质的中子减速能力及热中子俘获能力相关,很难通过优化测量时序彻底解决上述问题,可以在资料处理解释过程中校正水流对碳氧比曲线、硅钙比曲线的影响。

3 水流影响校正方法

从非弹性散射净谱提取碳产额YC和氧产额YO,得到碳氧比值。受水流影响时,其中氧产额包括氧非弹性散射产额YOI和氧活化产额YOA,

(1)

碳产额YC与氧非弹性散射产额YOI的比值与含油饱和度So呈现一定函数关系

(2)

为了准确解释含油饱和度,根据碳氧比曲线和其他测井曲线计算出C/OI值。由公式(1)和(2)推导得

(3)

IOA是单帧活化本底谱中O能窗计数,理论上非弹性散射净谱中O活化产额YOA与IOA呈正比关系

YOA=kOA(IOA-IOA,min)

(4)

式中,kOA为常数,s;IOA,s-1;IOA,min是IOA基值(本底),s-1。对能提供O产额YO曲线的测井仪,可用下式校正水流对碳氧比曲线的影响

(5)

式中,C/O和C/OWFC为校正前和校正后的碳氧比值。若无法获得YO曲线,可假设测井时YOI基本不随深度变化,用式(6)校正水流对碳氧比曲线的影响

(6)

类似地,可推导出硅钙比曲线的水流校正公式

(7)

或

(8)

4 应用实例

图4 PNST测井资料校正水流影响的解释成果实例

图4显示了对PNST测井资料校正水流影响的解释实例。该井1至4号层是测井时的生产层位。第4道中长源距IOA曲线IOA,F和短源距IOA曲线IOA,N的数值在962.0 m之下维持在各自的基值附近,从962.0 m开始两曲线数值突然增大并在此深度之上一直保持一定的高值,其中IOA,F曲线变化更明显(IOA,F与IOA,N曲线的右刻度不同),说明与962.0 m对应的4号层是该井测井时的主要产水层。随着IOA曲线升高,第3道中长源距碳氧比曲线RCO,F、短源距碳氧比曲线RCO,N与第2道中长源距硅钙比曲线RSi/Ca,F、短源距硅钙比曲线RSi/Ca,N均相应降低,其中长源距测井曲线受水流影响更显著。若不作校正,就会把1至3号层解释为高水淹层、把4号层解释为中水淹层,这与IOA指示4号层是主产水层相矛盾,因此需要对碳氧比和硅钙比曲线作水流影响校正。在第2和3道中还显示了校正水流影响后的对应曲线,反映出校正前后测井曲线差异较明显,尤其是长源距曲线校正前后差异更明显。用校正后的曲线再解释含油饱和度与油水体积的结果见第5与第6道,解释1至3号层为中水淹层、4号层为高水淹层,与IOA指示相符。根据测井解释成果封堵了4号层,该井措施前产液9.22 m3/d、产油0.5 m3/d、含水94.6%,措施后产液6.6 m3/d、产油2.6 m3/d、含水降为60.6%,用PNST测井资料指导该井措施的增油控水效果明显。

在推导出碳氧比测井曲线的水流影响校正公式之前,我们曾参照IOA曲线把碳氧比测井曲线按深度划分多段平移,用以校正水流的影响。实测IOA曲线的变化形态多样,IOA曲线常反复波动、渐进性变化或在层内突变,这些情况对分段平移相关测井曲线造成困难,影响含油饱和度解释精度。采用公式校正受水流影响的相关曲线能很好地解决上述问题。