一种基于RPM测井的泥浆侵入校正方法

2020-02-11李跃林徐思慧王利娟

油气藏评价与开发 2020年1期

李跃林，徐思慧，王利娟，乐彪，曾桃，张宫

（1.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057；2.中国石油塔里木油田分公司勘探事业部，新疆库尔勒841000；3.贵州正业工程技术投资有限公司，贵州贵阳550000；4.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北武汉430100；5.长江大学地球物理与石油资源学院，湖北武汉430100；）

由于钻井液与地层流体存在压力差，在钻井过程中泥浆滤液侵入地层并造成周围地层岩石物理性质发生变化，因此泥浆侵入会影响测井响应值，降低测井解释精度[1-2]。据调研，泥浆侵入校正方法主要分为三种。较简单的校正方法是直接使用测井公司提供的解释图版或校正公式对泥浆侵入进行校正，主要有Schlumberger 的双感应—八侧向解释图版和双侧向—微球解释图版，Atlas 的双感应—浅聚焦测井综合图版[3-5]。潘和平等[6]使用双感应—浅聚焦综合图版校正泥浆侵入，但由于图版单一会导致测井解释结果精度降低。第二种校正方法是直接分析某区块测井资料得出校正公式，李长喜等[7]运用某区块实际测井资料分析泥浆侵入影响条件构建校正模型进行泥浆侵入校正。第三种校正方法是模拟泥浆侵入的主要影响因素，运用电阻率曲线直接求取校正深度，得出关于电阻率的校正模型。杨震[8]利用有限差分法对泥浆侵入进行数值模拟得出影响因素与泥浆侵入深度的关系再进行校正。范宜仁等[9-10]利用数值模拟法以及实验法分别对泥浆侵入进行研究，得到泥浆侵入影响因素以及关系图版。现阶段泥浆侵入校正方法都需要运用电阻率曲线。但在实际生产过程中，可能出现电阻率测井资料质量差或者资料缺失的情况，导致上述方法失去应用基础。同时存在部分套管井中电阻率测井资料都是通过随钻的方式得到，此时泥浆还没有完全侵入，该电阻率曲线只能反映泥浆未完全侵入时的电阻率信息，而实际资料处理需要利用泥浆完全侵入后的地层电阻率信息来进行泥浆侵入校正，由此获得储层真实电阻率，故不能使用常规泥浆侵入校正方法来进行定向井泥浆侵入的校正。结合泥浆侵入机理和体积模型得到侵入前后含水饱和度关系式，实现了对泥浆侵入后的含水饱和度的直接校正，并通过实际资料验证了该方法的有效性，可为无法使用电阻率曲线情况下泥浆侵入校正工作提供一定理论参考。

1 泥浆侵入机理

井眼形成瞬间泥浆及泥浆滤液向孔隙性地层渗透，泥浆侵入地层时会在地层内先形成内泥饼，随后内泥饼阻挡固体颗粒运移，侵入达到动态平衡之后在地层外形成一定厚度的外泥饼，泥浆滤液侵入地层时会驱替地层孔隙中原有的流体，被污染的地层为冲洗带和过渡带，没有被泥浆滤液污染的地层为原状地层[11-13]。图1为泥浆侵入模型。

图1 泥浆侵入模型Fig.1 Mud invasion model

假设泥浆滤液侵入地层时为径向流动，并且孔隙流体为互不相溶的油相及水相，则流体满足如下流动方程[14-15]：式（1）—（2）中：ρw、ρo分别为水、油的密度，kg/m3；Krw、Kro分别为水、油的相对渗透率；μw、μo分别为水、油的黏度，Pa·s；Pw、Po分别为水、油的流体压力，MPa；qw、qo分别为单位岩石体积水、油的流量初始值，m3/s；t为泥浆侵入时间，s；ϕ为地层孔隙度，%；Sw、So分别为含水饱和度、含油饱和度，%。

假设地层外边界封闭，则满足下面初始条件和边界条件[16-17]：

式（3）—（6）中：P0为原始地层压力，MPa；Sw0为原始地层含水饱和度，%；R为径向半径，m；r0为油井内边界，m；re为油井外边界，m；Pd为井内压力，MPa。

泥浆滤液侵入后，泥浆滤液与地层水混合满足下列扩散方程[18]：

其初始条件和边界条件为：

式（7）—（10）中：Cw0为原始地层水的矿化度；Cwr为混合后的矿化度；Cw为地层水的矿化度；Cmf为泥浆滤液的矿化度；rw为井径，m；re为油藏外边界，m。

结合图2所示的圆柱形储层泥浆侵入模型，则可以计算得到泥浆侵入深度。将地层近似为圆柱，圆柱中心轴为井轴，泥浆侵入过程近似看做水驱油过程[19-21]。

图2 圆柱形储层泥浆侵入模型Fig.2 Mud invasion model of cylindrical reservoir

根据物质平衡原理：

由于ΔR→0，Δt→0得到：

则：

式（15）中：rf为侵入深度，m；qf-av为平均泥浆滤液侵入的流量；ff为含滤液率可以通过岩心相对渗透率和流体性能计算得到；下标f表示侵入带。

2 校正模型建立

根据泥浆侵入机理，假设地层为均匀介质，泥浆侵入为均匀侵入，泥浆滤液与地层孔隙中的油互不混溶，并且侵入过程近似水驱油的过程，本文以RPM的碳氧比测井模式为例，提出校正方法。

图3 为RPM 在测量过程中的井下仪器及地层结构图。如图3 所示，RPM 测井仪器直径为4.3 cm，贴靠油管壁偏心测量，其探测深度为21.59 cm，油管直径为7.302 5 cm（2.875 in），套管直径为21.59 cm（8.5 in），水泥环厚度为3 cm，则仪器可以探测到的地层径向深度大约为9.295 cm。

图3 井下仪器及地层结构Fig.3 Downhole tools and stratigraphic structure

测井解释中体积模型法是将地层按照其物理特性划分成有限部分，并且仪器响应结果为这些部分的贡献总和。通常地层体积模型为图3 所示井眼纵向上的矩形，但考虑到在RPM测量过程中，仪器探测近似为点状向外发射伽马射线，假定泥浆滤液侵入为均匀侵入，在纵向上侵入没有变化，侵入地层体积比值等价于侵入面积之比，则建立如图4所示的以仪器探测器为原点的径向井眼分布体积模型，分别为仪器、油管、套管、水泥环、泥浆侵入带以及原状地层。图4中扇形顶点为探测点所在位置，仪器径向探测深度为21.59 cm；α为仪器探测范围夹角，（°）；水泥环的厚度为3 cm；仪器探测点到水泥环外壁的深度为12.295 cm；r为侵入带的径向长度，cm；L为仪器探测范围内地层的径向长度，cm。

如图4所示，则泥浆滤液侵入地层的面积Smf为：

原状地层的面积St为：

图4 径向井眼分布Fig.4 Distribution of radial well hole

根据体积模型，仪器测量值为泥浆侵入带以及原状地层贡献之和，则测量得到的含水饱和度与地层真实含水饱和度关系如公式（19）所示。

则：

式（19）—（20）中：S测为泥浆侵入后的地层含水饱和度，%；Sw为泥浆侵入前的地层含水饱和度，%。

通过计算泥浆侵入深度以及式（20），则可以得到地层真实含水饱和度与仪器测量得到的含水饱和度关系式，将该公式应用于泥浆侵入校正。

3 校正实例及效果分析

A 井2 360～2 379 m 层段被泥浆滤液侵入，图5为使用随钻电阻率曲线进行泥浆侵入校正的测井解释成果。图中SGFC 为地层剩余油地层俘获截面，CAL 为井径，GR 为自然伽马曲线，CCL 为磁定位曲线，ATR 为随钻衰减电阻率（深电阻率），PSR为随钻相移电阻率（浅电阻率），SW-oh为随钻电阻率计算的含水饱和度，SWC4为使用随钻电阻率进行校正的含水饱和度。根据常规裸眼井曲线（电阻率、井径、GR等），A 井解释层段岩性为砂岩，从图中可以看出，校正后的含水饱和度明显高于原始地层含水饱和度，并且差值幅度较大，根据该区域油层划分标准，该层解释为水层。

图5 A井解释成果Fig.5 Interpretation result of well-A

考虑到随钻过程中所测得的电阻率曲线不能反映泥浆侵入后的地层信息，用电阻率进行泥浆滤液侵入校正方法不适用于该情况，因此采用本文提出的体积模型对该层段进行侵入校正。图6 为使用改进体积模型的A井泥浆侵入校正后解释成果图。图中CO1j为第j次测量得到的C/O 曲线，SAVGCO为合并滤波后的平均C/O 曲线；SAVGSC为合并滤波后的平均Si/Ca曲线；SW为随钻电阻率计算的含水饱和度，SWCO为使用碳氧比测井资料计算的含水饱和度，SW侵入校正为泥浆侵入校正后的含水饱和度；VSH为泥质含量曲线，POR为孔隙度曲线。图中2 370 m处的异常尖峰是由于管柱结构（套管接箍、封隔器、滑套等）引起的。

根据该地区油层划分标准解释，该层段使用随钻电阻率计算的含水饱和度值较低，解释为油层；泥浆侵入后使用碳氧比测井资料计算的含水饱和度值明显增加，解释为油水同层。A井该层段存在泥浆侵入，使用改进体积模型校正后的含水饱和度值比校正前有所降低，解释为油层。

使用随钻电阻率曲线进行泥浆侵入校正的解释结果与使用改进体积模型进行校正的解释结果差异较大，因此需要结合产出资料进行验证。图7为A井2 360～2 379 m解释层段的产液图。图中可以看出，产出流体中含水率极低，因而证明2 360～2 379 m为油层，与使用改进体积模型的校正结果相符。因此验证了使用改进体积模型进行泥浆侵入校正的可行性。