汪忠浩，唐保勇， 向顯鵬，伍　東

(1.長江大學 地球物理與石油資源學院，湖北 武漢 430100；2.新疆油田分公司 采油一廠，新疆 克拉瑪依 834000;3.長城鉆探工程公司 測井技術研究院， 北京102206)

?

海上稠油油藏RPM測井解釋模擬方法研究

汪忠浩1，唐保勇1， 向顯鵬2，伍東3

(1.長江大學 地球物理與石油資源學院，湖北 武漢 430100；2.新疆油田分公司 采油一廠，新疆 克拉瑪依 834000;3.長城鉆探工程公司 測井技術研究院， 北京102206)

隨著海上S油田剩余油的深入開發(fā)，RPM測井正廣泛應用于油藏動態(tài)監(jiān)測之中。而國內(nèi)RPM碳氧比飽和度測井的解釋方法依賴于大量典型地層和井眼條件組合的龐大數(shù)據(jù)庫，如何簡單、直接地對RPM碳氧比測井資料進行解釋成為了急需解決的問題。因此考慮井眼尺寸、井眼流體、套管尺寸、水泥環(huán)厚度、孔隙度、地層流體等影響因素建立地層真實模型，采用MCNP蒙特卡羅軟件進行模擬，結果與理論一致。然后利用建立的蒙特卡羅解釋圖版對現(xiàn)場兩口實際生產(chǎn)井RPM測井資料進行處理，計算含水飽和度相對誤差分別為2.37%、8.29%，井眼持水率相對誤差分別為3.12%、8.16%，取得了較好的應用效果。

RPM測井；稠油油藏；剩余油飽和度；蒙特卡羅模擬

1　引　言

剩余油分布規(guī)律研究是一項世界性難題，也是地質、地球物理和油藏工程等不同領域的前沿性研究課題[1]。評價剩余油的分布需要準確計算以飽和度為核心的產(chǎn)層參數(shù)[2,3]，以中子與地層相互作用為基礎的C/O能譜測井和熱中子壽命測井方法是生產(chǎn)測井中評價儲層油氣飽和度的主要方法。由于套管的存在，所用的測井儀器受到了很大的限制，除了過套管電阻率測井儀器(正在完善之中)外，其他的電法測井儀器都不能使用。目前國內(nèi)引進的剩余油飽和度測井儀器有RST、RMT、RPM、PNN等，它們都可以同時完成碳氧比、中子壽命等模式測量，但不同測井儀器測井解釋模型不盡相同。雖然國內(nèi)有解釋軟件對RPM碳氧比測井進行解釋，但是其解釋方法依賴于由大量的典型地層和井眼條件組合建立的龐大數(shù)據(jù)庫，在實際操作中存在相當大的難度，因此尋找簡單、直接的解釋方法是RPM碳氧比測井解釋急需解決的問題[4,5]。數(shù)值模擬技術為核測井的研究提供了新的思想和工作方法，大大提高了核測井的研究水準，可以極大程度地補充實體模型的不足[6]。李貴杰等人利用MCNP程序計算進入探測器的中子激發(fā)γ流，和γ流照射探測器的響應函數(shù)矩陣驗證了數(shù)值模擬可用于模擬碳氧比能譜測井問題[7,8]。1998年鄭華等利用MCNP模擬了外徑Ф89碳氧比測井儀不同源距處的非彈性散射伽馬能譜，分析了不同井筒與地層介質情況下C/O差值隨源距的變化關系，為儀器設計推薦了源距參數(shù)[9]。1999年鄭華等對C/O測井儀不同源距的探測深度進行了蒙特卡羅模擬探究，發(fā)現(xiàn)遠近源距探測器的地層探測深度有顯著差別[10]。2005年鄭華等利用蒙特卡羅模擬合理指導了C/O測井儀器外徑、屏蔽體材料與尺寸、源距及晶體體積比例的選取[11]；吳文圣等、張峰等在小井徑雙源距C/O測井的影響因素、水平井隨鉆C/O能譜測井影響因素及數(shù)據(jù)處理方面做了大量的蒙特卡羅模擬[12,13]。但是以上文獻均未針對海上稠油油藏的RPM測井解釋模擬進行研究。

本文研究工區(qū)為渤海遼東灣自營區(qū)S油田，儲集層為東營組，東下端油層是主力油層，分Ⅰ和Ⅱ兩個油組進行開采，兩個油組孔隙度主要分布均在35%左右，原油性質具有黏度高、密度大、凝固點低等特征。結合海上稠油油藏井眼大、測井受井眼流體響應大的特點，利用蒙特卡羅軟件MCNP建立地層的真實模型，考慮井眼尺寸、井眼流體、套管尺寸、水泥環(huán)厚度、孔隙度、地層流體等影響因素，對海上稠油油藏RPM碳氧比測井進行模擬，并建立不同條件下的解釋圖版庫，最后解釋處理兩口實際生產(chǎn)井，對所建立的解釋圖版進行驗證。

2　蒙特卡羅模擬可行性分析

MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)是由一種美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)開發(fā)的基于蒙特卡羅方法的通用軟件包，用于計算三維復雜幾何結構中的中子、光子、電子或者耦合中子/光子/電子輸運問題。其通用性、靈活性以及強大的功能，使得它在世界上有著廣泛的應用，被稱為“超級蒙特卡羅程序”[14]。

海上稠油油藏井眼大、測井受井眼流體響應大，根據(jù)RPM測井儀響應機理，結合海上稠油油藏特點，考慮井眼尺寸、井眼流體、套管尺寸、水泥環(huán)厚度、孔隙度、地層流體等影響因素，對C/O測井進行模擬。利用MCNP建立如圖1所示的基本計算模型，探測器源距分別為33.04 cm和58.05 cm，該模型能有效地反應真實地層情況。

該模型具體幾何及基本物理參數(shù)如下：

地層：高度為1 m，徑向厚度為60 cm，砂巖密度為2.68 g/cm3，石灰?guī)r密度為2.71 g/cm3。

水泥環(huán)：用CaSiO3模擬，密度為1.95 g/cm3，填充在套管和井眼之間。

套管：鐵，密度為7.86 g/cm3。

井眼流體：根據(jù)模擬條件填充油和水，油的分子式為(CH2)n，密度為0.92 g/cm3。

圖1　MCNP模擬計算模型示意圖Fig.1　The schematic of MCNP simulation model

探測器：遠探測器大小為Ф1″×6″，近探測器大小為Ф1″×4″，不考慮探測器的響應特征。

屏蔽體：設為理想屏蔽體，屏蔽體的主要作用是阻止中子源所產(chǎn)生的高能快中子直接轟擊探測器，防止探測器晶體活化，降低晶體附近井筒介質中的快中子密度，并提高射向地層的快中子密度，提高快中子的利用率。并且屏蔽或吸收來自井筒、套管、水泥環(huán)介質中的本底γ射線，從而提高來自地層介質中的有效γ射線的比例。

中子源：位于測井儀器軸線上，均勻產(chǎn)生各向同性能量為14 MeV的高能快中子。

為了簡化計算，在模擬時只記錄探測器處體積柵元的伽馬通量能譜，不考慮探測器的影響[15]。通過設置能量截斷來消除模擬過程中俘獲伽馬射線的影響，以得到不同情況下的非彈性散射伽馬凈譜。選定計算C/O所選用的能窗為碳能窗道3.195～4.65 MeV，氧能窗道4.875～6.625 MeV，模擬追蹤中子數(shù)為2×108，模擬誤差符合計數(shù)要求。

利用MCNP蒙特卡羅模擬軟件分別模擬孔隙度為35%的油砂和水砂(圖2)，RPM的NaI探測器，采取用光電峰加第一及第二逃逸峰總體作為特征能窗的方法來解譜，在能譜中選擇C窗和O窗的計數(shù)比較寬。從圖2中可以明顯地看到各自的光電峰、第一逃逸峰和第二逃逸峰主峰，與理論值(表1)一致，說明蒙特卡羅模擬RPM(C/O)是可行的[14]。

圖2　孔隙度為35%的飽和油砂和35%飽和水砂非彈譜Fig.2　Standard inelastic spectrum simulation of 35% porosity sandstone formation

核素全能峰值/MeV第一逃逸峰/MeV第二逃逸峰/MeV12C4.433.922.7116O6.135.625.11

3　井下刻度圖版庫模擬

本文假定12.25in井眼和9.625in套管的純砂巖地層，井眼和地層流體分別為油和水, 利用蒙特卡羅模擬RPM(C/O)近遠源距的碳氧比隨孔隙度變化的規(guī)律(圖3、圖4)[14,16]。

由于非彈性和俘獲伽馬能譜的測量均受到井眼和被探測地層內(nèi)中子通量分布的影響， 因此必

圖3　近源距下C/O隨孔隙度的變化規(guī)律Fig.3　The relationship between short spacing detector C/O values and porosity

圖4　遠源距下C/O隨孔隙度的變化規(guī)律Fig.4　The relationship between far spacing detector C/O values and porosity

須建立一種更符合實際的物理模型，使其對于給定的一組井眼和套管參數(shù)，能夠方便地根據(jù)孔隙度和含油飽和度對C/O作出解釋。為此，赫爾佐格提出了如式(1)所示的碳氧比測井解釋模型[17]。

(1)

式中：C/O為碳氧比值；YC為碳的含量；YO為氧的含量；A為碳和氧的快中子平均截面的比值。

該模型是基于實驗資料建立的，它表明碳和氧的含量與地層及井眼區(qū)域內(nèi)的碳原子數(shù)、氧原子密度成線性關系。井眼中的碳和氧由于靠近探測器對信號的貢獻不同。因為非彈性散射反應在儀器附近迅速反應，所以可以探測到井眼內(nèi)的碳氧含量。

考慮井眼和套管的尺寸，若用BC、BO表示井眼流體中的碳和氧的貢獻，斯倫貝謝的赫爾佐格公式為：

(2)

式中：a、b、c、d為常數(shù)；S0為地層中的含油飽和度；φ為地層的孔隙度。碳和氧的快中子平均截面的比值，一般取0.55；當井眼充水時，BC記為BC水，BO記為BO水，當井眼充油時，BC記為BC油，BO記為BO油。

利用蒙特卡羅模擬孔隙度為35%的純砂巖地層RPM(C/O)近遠源距的響應，計算出BC水、BC油和BO水、BO油。當S0=0時，將一組BC水和BO水代入(2)式求出兩個井眼充水的碳氧比的值；當S0=1時，將BC油、BO油代入(1)式，求出兩個井眼充油時碳氧比的值，即得到了孔隙度為35%的純砂巖地層在井筒和地層全部充油和充水時的四個極值點。

此方法理論上是可行的，但在實際操作時，由于地層變化大，為現(xiàn)場應用方便，需要建立典型地層與井眼條件組合解釋數(shù)據(jù)庫。因此結合海上地層(考慮泥質、礫石、鈣質)、原油性質、井身特點，采用斯倫貝謝的赫爾佐格方法建立了在井眼充水地層充水(WW)、井眼充水地層充油(WO)、井眼充油地層充水(OW)和井眼充油地層充油(OO)四種情況下海上稠油油藏RPM(C/O)解釋數(shù)據(jù)庫(表2、表3)。

表2　地層近源距碳氧比

表3　地層遠源距碳氧比

4　井下刻度圖版應用及效果分析

海上S油田A井于2006年12月23日到25日進行了RPM(C/O)油藏動態(tài)監(jiān)測以及產(chǎn)出剖面測量，B井于2006年12月27日到2007年1月7日進行了RPM(C/O)油藏動態(tài)監(jiān)測。根據(jù)實際地層情況選取孔隙度為35%、泥質含量為10%的蒙特卡羅解釋圖版對兩口井的RPM(C/O)測井資料進行解釋處理(圖5)，可以快速計算出每層的含水飽和度和井眼持水率(表4)。

圖5　A井和B井RPM(C/O)蒙特卡羅模擬圖版解釋Fig.5　Monte Carlo simulation interpretation chart of well A and well B

圖5中OO(地層含水飽和度Sw=0、井眼持水率Yw=0)、OW(Sw=1、Yw=0)、WO(Sw=0、Yw=1)、WW(Sw=1、Yw=1)四點分別為地層孔隙度POR=35%、泥質含量Vsh=0.1條件下井眼與地層孔隙中為不同流體(油、水)時的遠源距碳氧化值(FCOR)和近源距碳氧比值(NCOR)投影，三角形點為實測數(shù)據(jù)點的遠近碳氧比值投影。利用線性插值的方法可以估算出實測數(shù)據(jù)點的含水飽和度及持水率，結果如下：

A井在測井過程中計量產(chǎn)油156.14 m3/d，產(chǎn)水183.3 m3/d，產(chǎn)氣2 736 m3/d，氣油比為18，含水0.54。換算到地下含水為0.548，井眼持水率為0.577。B井測井當日地面計量產(chǎn)油57.6 m3/d，產(chǎn)氣2 124 m3/d，產(chǎn)水102.5 m3/d，氣油比為37，含水0.64。換算到地下含水為0.639，井眼持水率為0.666。利用蒙特卡羅模擬圖版計算含水飽和度Sw平均值，A井為0.561，絕對誤差為0.013，相對誤差為2.37%；B井為0.586，絕對誤差為0.053，相對誤差為8.29%。計算井眼持水率Yw平均值，A井為0.559，絕對誤差為0.018，相對誤差為3.12%；B井為0.612，絕對誤差為0.054，相對誤差為8.16%。解釋精度符合實際生產(chǎn)要求。

5　結　論

本文利用蒙特卡羅軟件建立地層的真實模型，并對海上稠油油藏RPM測井進行模擬，取得了以下認識：

1)考慮井眼尺寸、井眼流體、套管尺寸、水泥環(huán)厚度、孔隙度、地層流體等影響因素對海上稠油油藏C/O測井進行模擬是可行的。

2)利用本文建立的蒙特卡羅模擬解釋圖版處理海上稠油油藏RPM(C/O)測井資料，快速求取地層含水飽和度和井眼持水率的方法符合實際生產(chǎn)需要。

[1]趙蘭栓．大慶油田剩余油描述方法研究[D]．吉林：吉林大學，2007：2-3．

[2]陸大衛(wèi)，王春利．剩余油飽和度測井評價新技術[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2003：1-5．

[3]伍軼鳴，唐仲華，卞萬江,等．哈得油田薄砂層油藏雙臺階水平井注水開采數(shù)值模擬及剩余油分布規(guī)律研究[J]．工程地球物理學報，2011，8(2)：231-236．

[4]陳四平，李木元，仲艷華．剩余油飽和度測井技術進展[J]．測井技術，2004，28(1)：7-10．

[5]吳進波，汪忠浩，李敬功．海上稠油油藏RPM校正方法研究[J]．石油工業(yè)技術監(jiān)督，2013，3：49-52．

[6]吳文圣，肖立志．核輻射測井中的Monte Carlo數(shù)值模擬[J]．核電子學與探測技術，2007，27(5)：974-977．

[7]李貴杰，李照永，張建民．碳氧比能譜測井基準問題的數(shù)值模擬[J]．測井技術2006，30(6)：500-502．

[8]王新光．脈沖中子全譜飽和度測井數(shù)據(jù)處理方法研究[D]．山東：中國石油大學,2010：73-81．

[9]鄭華， 陳景霞，張謙,等．C/O測井響應隨源距變化的理論研究[J].測井技術，1998，22(2)：79-83．

[10]鄭華，丁有貴．C/O測井地層探測深度的理論研究[J]．測井技術，1999，23(1):3-5．

[11]鄭華，劉憲偉，董建華．雙源距碳氧比測井技術研究[J]．測井技術，2005,29(2)：159-163．

[12]吳文圣，付賡，張智,等．小井徑雙源距碳氧比C/O測井的影響因素及處理[J]．地球物理學報2005，48(2)：459-464．

[13]張鋒，董經(jīng)利，賈巖,等．水平井隨鉆C/ O能譜測井影響因素的蒙特卡羅模擬研究[J].石油勘探與開發(fā)2010，37(4):451-457．

[14]許淑艷．蒙特卡羅方法在實驗核物理中的應用[M].北京：原子能出版社，2006:204-215，262-268．

[15]張鋒，孫建孟．玻璃鋼套管井中脈沖中子測井響應的蒙特卡羅模擬[J]．測井技術2007：31(3)：224-228．

[16]Medhat Mickael, Darryl Trcka, Richard Pemper Dynamic．Multi-parameter Interpretation of Dual-Detector Carbon/Oxygen Measurements[J].SPE56649,1999．

[17]P K Wanjau, J Joseph, P Ciammetti, et al． A New Technique for Carbon/Oxygen Logging through Gravel Packs and Other Special Completions[C]//SPE 56648,1999 SPE Annual Technical Conference held in Houston, Texas, 1999．

Research on the Simulation of RPM Logging Interpretation of Offshore Heavy Oil Reservoir

Wang Zhonghao1，Tang Baoyong1，Xiang Xianpeng2，Wu Dong3

(1.GeophysicsandOilResourcesInstitute,YangtzeUniversity,WuhanHubei430100,China;2.No.1OilProductionSite,XinjiangOilfieldCompany,KanamayXinjinag834000,China;3.ResearchInstituteofWellLogging,GWDC,Beijing102206,China)

With the gradual depth exploit of residual oil in offshore oilfield, RPM logging is used widely in reservoirs dynamic monitoring. However, the interpretation of domestic RPM C/O depends on huge database combining with a large number of typical formations and borehole conditions. It's an urgent problem to find a direct and simple way to interpret the RPM C/O logging data. With the characteristic of large hole and seriously affected by fluid at heavy oil reservoir, the volume model is designed considering the following influencing factors like borehole size, shaft fluid, casing pipe size, cement thickness, porosity, formation fluid. Then, it is simulated with the software of Monte Carlo, and the result is consistent with the theoretical values. The established Monte Carlo chart is used to interpret the RPM logging data of two production wells. The relative error of water saturation is 2.37% and 8.29% and the relative error of water holdup is 3.12% and 8.16%. Therefore, good application effect was achieved.

RPM logging; heavy oil reservoir; residual oil saturation; Monte Carlo simulate

1672—7940(2016)04—0405—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.04.001

“十二五”國家科技重大專項(編號：2011ZX-002-003)

汪忠浩(1966-)，男，教授，博士，主要從事地球物理測井方法方面的研究與教學工作。E-mail：wang1966@yangtzeu.edu.cn

唐保勇(1988-)，男，碩士研究生，主要研究方向為地球物理測井資料處理與綜合解釋。E-mail:349782881@qq.com

P631.8

A

2016-02-29