羅輝

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

0 引 言

一些早期開(kāi)發(fā)的油井受當(dāng)時(shí)測(cè)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(guò)套管測(cè)井。

全譜飽和度測(cè)井是為了滿(mǎn)足以上需求,以核物理理論為基礎(chǔ)的新型脈沖中子測(cè)井方法,其最突出的優(yōu)勢(shì)是集合了碳氧比、中子壽命、氧活化等多種能譜、時(shí)間譜測(cè)井和自然伽馬、井溫等常規(guī)測(cè)井[2],多測(cè)井技術(shù)互相驗(yàn)證,揚(yáng)長(zhǎng)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(cè)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(cè)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(cè)井[2]。

碳氧比-中子壽命組合測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量功能,真正實(shí)現(xiàn)多功能脈沖中子能譜測(cè)井。

2 全譜飽和度測(cè)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(zhǎng)源距測(cè)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(xiàn)確定泥質(zhì)含量;利用聲波測(cè)井和全譜儀器長(zhǎng)源距測(cè)量的NCNI、CLI、SII、CLSI等曲線(xiàn)確定鈣質(zhì)含量;利用聲波測(cè)井、密度測(cè)井、中子測(cè)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(wú)孔隙度測(cè)井時(shí),用與聲波時(shí)差曲線(xiàn)相似度較高的全譜曲線(xiàn)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(cè)井應(yīng)用范圍

2014年延長(zhǎng)油礦要求利用過(guò)套管測(cè)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(cè)量井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)資料的短缺。綜合分析全譜飽和度測(cè)井技術(shù)具有自成體系、測(cè)量資料具有相互驗(yàn)證的特點(diǎn),能在無(wú)完井資料的條件下獨(dú)立處理和解釋分析全變飽和度測(cè)井與裸眼井測(cè)井技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表1[2]。

表1 全譜飽和度測(cè)井與裸眼測(cè)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(cè)井中自然伽馬具有良好的一致性,還與長(zhǎng)源距探測(cè)器所測(cè)量的NCNI、CLI、SII、CLSI具有較好的一致性(見(jiàn)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(xiàn)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(xiàn)出現(xiàn)變形和高值的現(xiàn)象需選用另外4條曲線(xiàn)中的任意一條計(jì)算泥質(zhì)含量(見(jiàn)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(xiàn)(FeSi)。

圖1 自然伽馬曲線(xiàn)與全譜飽和度套后測(cè)井自然伽馬資料對(duì)比

圖2 聲波時(shí)差曲線(xiàn)與全譜飽和度測(cè)井孔隙度指示曲線(xiàn)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(cè)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(xiàn)相關(guān)性較好(見(jiàn)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(méi)有裸眼測(cè)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(xiàn)較好,但是數(shù)值沒(méi)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(cè)井的套后孔隙曲線(xiàn)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(cè)井方法較小。從實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)碳氧比曲線(xiàn)的泥巖值經(jīng)常發(fā)生變化,不同儀器所測(cè)泥巖相差較大,同支儀器2次測(cè)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(cè)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(xiàn)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)井(見(jiàn)圖5)。除15號(hào)層外,其他層的全譜飽和度測(cè)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(cè)井與裸眼井解釋結(jié)論差異較小。

通過(guò)××1井成果表對(duì)比(見(jiàn)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(cè)井孔隙度部分層輕微偏小,說(shuō)明地層中含氣,結(jié)論與采油結(jié)果吻合。全譜飽和度測(cè)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(cè)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(cè)井有效孔隙度降低。

表2 ××1井全譜飽和度測(cè)井與裸眼井測(cè)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(cè)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(xiàn)性關(guān)系(見(jiàn)圖3)。通過(guò)對(duì)比,裸眼井解釋的滲透率與全譜飽和度測(cè)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(mǎn)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(wú)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(jiàn)圖4)。

含油飽和度的計(jì)算因?yàn)?種測(cè)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(cè)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(wèn)題,即油水揮發(fā)問(wèn)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(cè)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(guò)調(diào)整巖電實(shí)驗(yàn)參數(shù)避免巖性變化帶來(lái)的影響,而粉砂巖具有的束縛水特性在全譜飽和度測(cè)井解釋當(dāng)中沒(méi)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(cè)井計(jì)算的含水飽和度(見(jiàn)圖5)。

5 結(jié) 論

(1) 在地層滿(mǎn)足孔隙度要求的情況下,全譜飽和度測(cè)井通過(guò)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(cè)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。

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