沈付建, 劉開天, 張唯聰, 鄭?？?/p>

(大慶油田測試技術(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,是一個含有氣頂?shù)臉?gòu)造油氣田。其儲集層以砂巖和泥質(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,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,特別是要防止油侵現(xiàn)象發(fā)生。

為實現(xiàn)油區(qū)和氣區(qū)的壓力平衡,維持油氣界面的相對穩(wěn)定,在油區(qū)、氣區(qū)及氣區(qū)外沿布署了一系列監(jiān)測井,通過生產(chǎn)測井資料確定氣頂、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-中子測井方法對氣液界面進(jìn)行監(jiān)測,該技術(shù)發(fā)射快中子并測量經(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-中子測井計數(shù)率比值判斷氣層。通過統(tǒng)計分析得到測井計數(shù)率比值大于1.30時為氣層[2]。

自應(yīng)用以來,中子-中子測井技術(shù)很好地解決了喇嘛甸油田氣液界面監(jiān)測的問題。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,在運輸、測井及保存過程中有可能對環(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。在測井資料解釋計算計數(shù)率比值時,需要人工讀取泥巖段中子值,受解釋人員讀值經(jīng)驗的影響。為克服中子-中子測井存在的缺陷,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)測井識別氣層方法,實現(xiàn)氣頂監(jiān)測目的。

1 TMD-L測井氣層識別方法研究

哈里伯頓公司熱中子多門衰減巖性(TMD-L)測井儀[3]是一種中子壽命測井儀,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,能夠避免對人體的傷害并且不會對環(huán)境造成污染。TMD-L測井時中子發(fā)生器先發(fā)射0.10 ms中子脈沖,停歇1.18 ms。這個過程中中子發(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個源距的BGO(鍺酸鉍)晶體作為探測器,對整個過程記錄隨時間變化的伽馬射線強(qiáng)度,同時記錄非彈伽馬時間譜、俘獲伽馬時間譜。中子與地層的相互作用是中子測井的物理基礎(chǔ),靶核對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,對快中子的減速能力越差。H核的質(zhì)量數(shù)最小,對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,這是中子測井法測定地層含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,因此密度測井資料可用于識別氣層。傳統(tǒng)的密度測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井源來反映地層密度值,TMD-L測井資料中近遠(yuǎn)探測器非彈計數(shù)率比曲線RIN對密度敏感,密度降低時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)測井能夠識別氣層。熱中子俘獲伽馬射線計數(shù)率與地層元素的減速能力有關(guān),TMD-L測井資料中近探測器俘獲計數(shù)率NTMD、遠(yuǎn)探測器俘獲計數(shù)率FTMD及近遠(yuǎn)探測器俘獲計數(shù)率比RTMD對含氫指數(shù)敏感,儲層含氫指數(shù)變小時,NTMD和FTMD都增大,且FTMD增大更顯著,RTMD相應(yīng)變小。

當(dāng)儲層含氣時,儲層具有密度變小、H元素含量降低的特點。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測井的近遠(yuǎn)非彈計數(shù)比RIN和近遠(yuǎn)俘獲計數(shù)率比RTMD均降低,因此,可以通過疊合這2條曲線識別氣層。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測井的近、遠(yuǎn)俘獲計數(shù)率曲線均為低值,氣層近、遠(yuǎn)俘獲計數(shù)率曲線均為高值,在巖性均勻的同一儲集層中,水層(油層)的近、遠(yuǎn)俘獲計數(shù)率曲線差異小,而含氣層段的近、遠(yuǎn)俘獲計數(shù)率曲線差異大。利用近、遠(yuǎn)俘獲計數(shù)率曲線疊合可以定性區(qū)分氣層與油水層。將遠(yuǎn)俘獲計數(shù)率曲線FTMD與近俘獲計數(shù)率曲線NTMD疊合(通常遠(yuǎn)、近計數(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,但疊合時需要經(jīng)驗確定曲線的左右刻度。綜合考慮TMD-L測井中SGFM、NTMD、FSIN等對氣層敏感的曲線,構(gòu)造出1條氣層指示曲線GI[5]

(1)

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

TMD-L測井原始曲線中有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,PHIT曲線為低值。利用喇嘛甸油田12個層的PHIT、GI曲線數(shù)值做交會圖(見圖1),得出定量識別喇嘛甸氣層的標(biāo)準(zhǔn),從圖1中可以看出,當(dāng)GI>3.2、PHIT<0.15時為氣層。

圖1 喇嘛甸油田PHIT與GI交會圖

2 TMD-L測井監(jiān)測氣液界面應(yīng)用實例

利用以上2種方法,對喇7-××井進(jìn)行TMD-L測井氣液界面監(jiān)測。圖2為喇7-××井TMD-L氣頂監(jiān)測測井解釋成果圖。圖2中第3道為近遠(yuǎn)探測器非彈計數(shù)率比RIN和近遠(yuǎn)探測器俘獲計數(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道為近探測器俘獲計數(shù)率NTMD和遠(yuǎn)探測器俘獲計數(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測井氣頂監(jiān)測解釋成果圖

3 結(jié) 論

(1) 儲層含氣時,近遠(yuǎn)探測器非彈計數(shù)率比值RIN變小,近遠(yuǎn)探測器俘獲計數(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,含氣儲層出現(xiàn)鏡像幅度差。

(2) 水層(油層)處近探測器和遠(yuǎn)探測器俘獲計數(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能用于定量識別氣層,統(tǒng)計分析表明,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)所使用曲線由測井儀測井時直接獲取,消除了解釋時人為干預(yù)的影響因素,解釋精度較高。

參考文獻(xiàn):

[1] 王啟民. 氣層砂巖油藏喇嘛甸層狀砂巖氣頂油藏 [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 1996: 17-18.

[2] 喬賀堂. 生產(chǎn)測井原理及資料解釋 [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測井儀氣層評價技術(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.