張鷗盟, 鄭華, 張唯聰, 沈付建

(1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 黑龍江 大慶 163318; 2.大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司, 黑龍江 大慶 163453)

0 引 言

傳統(tǒng)的碳氧比測(cè)井主要提供碳氧比與硅鈣比或鈣硅比曲線,含油飽和度(So)解釋結(jié)論,以及指示巖性、孔隙度、泥質(zhì)含量等參數(shù)的曲線。近年來(lái)國(guó)內(nèi)新開(kāi)發(fā)的脈沖中子全譜測(cè)井技術(shù)除具有雙源距碳氧比測(cè)井功能外,還兼具中子壽命、連續(xù)氧活化等多項(xiàng)測(cè)井功能,其中連續(xù)氧活化測(cè)井提供氧活化指數(shù)IOA(Oxygen Activation Index,IOA)曲線。IOA基值接近0,當(dāng)測(cè)井儀附近(套管內(nèi)或外)出現(xiàn)向上的流動(dòng)水時(shí),IOA值常明顯增大,指示產(chǎn)水層、管外竄槽,對(duì)綜合評(píng)價(jià)地層水淹等級(jí)起輔助作用[1]。

圖1 RMT測(cè)井解釋成果指示產(chǎn)水層位

脈沖中子全譜測(cè)井過(guò)程中IOA值增大的現(xiàn)象比較普遍,且隨著IOA值增大,碳氧比和硅鈣比值相應(yīng)減小,說(shuō)明測(cè)井時(shí)遇到向上的水流,水流影響碳氧比和硅鈣比曲線,造成含油飽和度解釋精度下降。為了消除這種影響,本文利用脈沖中子全譜測(cè)井資料的IOA曲線,研究校正碳氧比和硅鈣比曲線受水流影響的方法,并通過(guò)處理實(shí)測(cè)資料對(duì)提出的校正方法進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證表明,利用碳氧比測(cè)井曲線解釋含油飽和度,在評(píng)價(jià)地層水淹等級(jí)中IOA曲線起到關(guān)鍵的精度控制作用。

1 水流對(duì)碳氧比曲線的影響

RMT、PNST等脈沖中子全譜測(cè)井儀在碳氧比模式下測(cè)井時(shí)額外提供氧活化指數(shù)IOA曲線。該曲線可定性指示生產(chǎn)層中的主要產(chǎn)水層,找到大孔道導(dǎo)致含油性變化的層,也能識(shí)別因固井質(zhì)量差造成的管外竄槽[2-3]。

圖1和圖2分別是RMT測(cè)井資料指示產(chǎn)水層和識(shí)別管外竄槽的實(shí)例。兩圖第1道中Vsh和φe分別是泥質(zhì)含量和有效孔隙度曲線;第4道中C/O WET、C/OSo=1和C/O CORR分別是碳氧比水線、碳氧比油線和校正巖性與井眼環(huán)境影響后的碳氧比曲線;第5道是含油飽和度So。第6道中φe和Vw分別是有效孔隙度和有效孔隙內(nèi)水體積分?jǐn)?shù)。第7道是解釋結(jié)果,數(shù)字是層號(hào),字母表示水淹級(jí)別,A至E對(duì)應(yīng)的水淹級(jí)別由高至低。

觀察圖1第2道中IOA曲線可見(jiàn),30號(hào)層以下IOA值接近0,從30號(hào)層頂部開(kāi)始IOA值明顯增大,達(dá)到50(6 s)-1左右,從29號(hào)層底部開(kāi)始IOA值繼續(xù)增大,增幅30(6 s)-1左右,達(dá)到80(6 s)-1左右。IOA曲線指示測(cè)井時(shí)29號(hào)和30號(hào)層均產(chǎn)水且30號(hào)層產(chǎn)水量較高。測(cè)井段的巖性為砂泥巖,第3道中鈣硅比Ca/Si曲線值幾乎不變,指示地層中幾乎不含鈣質(zhì),巖性較純凈;隨著IOA值增大,第3道中碳氧比曲線C/O值明顯減小。當(dāng)時(shí)沒(méi)認(rèn)識(shí)到水流對(duì)碳氧比曲線造成影響,導(dǎo)致29號(hào)層的含油飽和度解釋值比30號(hào)層的小(見(jiàn)第5道)、29號(hào)層的解釋水淹級(jí)別比30號(hào)層的高(見(jiàn)第7道),這與IOA曲線指示的30號(hào)層產(chǎn)水量更高相矛盾。

圖2 RMT測(cè)井解釋成果識(shí)別管外竄槽

圖2第2道中的IOA曲線值自91號(hào)層底部開(kāi)始增大,并在該層頂部又逐漸恢復(fù)到接近基值。91號(hào)層未射孔生產(chǎn),可排除此處管內(nèi)出現(xiàn)向上水流的可能性。復(fù)查該井固井質(zhì)量測(cè)井資料得知,91號(hào)層固井質(zhì)量不好,分析認(rèn)為管外竄槽造成此處IOA值增大。第3道中鈣硅比曲線幾乎為直線,指示測(cè)井段巖性較純;在91號(hào)層,隨著IOA曲線升高,碳氧比曲線明顯降低,且低于疊合顯示的鈣硅比曲線。若不作水流影響校正,第4道中校正巖性與井眼環(huán)境影響后的碳氧比曲線在91號(hào)層明顯低于碳氧比水線,第5道中在此情況下計(jì)算的含油飽和度已不能真實(shí)反映儲(chǔ)層的含油飽和度。

統(tǒng)計(jì)1 000余井RMT測(cè)井資料和1 200余井PNST測(cè)井資料顯示,大約30%～40%的測(cè)井資料中IOA曲線有明顯升高的變化,受水流影響碳氧比值相應(yīng)地減小,說(shuō)明水流影響是比較普遍的。只有校正水流對(duì)碳氧比測(cè)井曲線的影響,才能相應(yīng)提高含油飽和度解釋精度。

2 水流影響原因分析

碳氧比測(cè)井儀按照特定時(shí)序發(fā)射14 MeV中子,并用伽馬射線探測(cè)器采集非彈性散射總能譜和俘獲能譜[4]。脈沖中子全譜測(cè)井儀按特定比例分配時(shí)間,循環(huán)執(zhí)行碳氧比、中子壽命、連續(xù)氧活化等測(cè)井任務(wù);連續(xù)氧活化測(cè)井測(cè)量活化本底能譜,并提取IOA。在文獻(xiàn)[5]和[6]中分別可見(jiàn)對(duì)RMT和PNST測(cè)井儀碳氧比模式工作時(shí)序的描述。

以PNST測(cè)井儀為例,它測(cè)量非彈性散射總譜和俘獲譜的時(shí)間比例是18 μs∶62 μs,即0.290∶1,活化本底伽馬射線計(jì)數(shù)按此比例混入上述兩能譜。當(dāng)出現(xiàn)向上水流時(shí),由于氧活化伽馬射線能量與氧非彈性散射的相同,上述兩能譜中與非彈性散射O窗對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)相應(yīng)增大。然而凈譜系數(shù)是按減掉非彈性散射總譜中俘獲伽馬計(jì)數(shù)(常以減除氫峰為標(biāo)準(zhǔn))來(lái)設(shè)置的,在充滿淡水常規(guī)井眼中測(cè)井時(shí)凈譜系數(shù)約0.264,小于0.290。這說(shuō)明當(dāng)非彈性散射總譜和俘獲譜中含有水流引起的氧活化伽馬射線計(jì)數(shù)時(shí),在非彈性散射凈譜中尚存一些沒(méi)被徹底減凈的氧活化伽馬射線計(jì)數(shù),造成氧產(chǎn)額增大、碳氧比和含油飽和度值減小。其他具有碳氧比功能的測(cè)井儀也存在同樣的問(wèn)題,由于脈沖中子全譜測(cè)井儀提供指示水流的IOA曲線,能清楚地暴露該問(wèn)題。

從某井PNST測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)IOA為基值(0.33 s-1)和IOA明顯升高(9.16 s-1)的兩處泥巖段中,分別提取長(zhǎng)源距非彈性散射總譜、俘獲譜及相應(yīng)非彈性散射凈譜(見(jiàn)圖3)。圖3中,橫坐標(biāo)道址與伽馬射線能量呈線性關(guān)系,每道計(jì)數(shù)按能譜總計(jì)數(shù)歸一化,為方便觀察把非彈性散射總譜計(jì)數(shù)乘以2。IOA值增大表示測(cè)井儀附近有向上水流,此時(shí)測(cè)量的非彈性散射總譜氧窗與俘獲譜Ca窗的計(jì)數(shù)均比無(wú)水流時(shí)相應(yīng)值有明顯增大。盡管獲得非彈性散射凈譜的數(shù)據(jù)處理過(guò)程會(huì)削弱水流對(duì)O窗計(jì)數(shù)的影響,但仍能觀察到圖中有水流時(shí)非彈性散射凈譜O窗計(jì)數(shù)相應(yīng)增大。

圖3 非彈性散射總譜、俘獲譜、非彈性散射凈譜受水流影響情況

表1顯示了圖3能譜中相應(yīng)能窗的計(jì)數(shù)(產(chǎn)額)。其中C產(chǎn)額變化不大,水流致使O產(chǎn)額增大約2.5%、碳氧比值減小約2.9%。該碳氧比值減小量可造成對(duì)20%孔隙度儲(chǔ)層解釋含油飽和度減小約21%。碳氧比曲線統(tǒng)計(jì)漲落誤差一般略小于1.0%,若用碳氧比曲線與非彈性散射Ca/Si曲線正向疊合來(lái)校正巖性影響并解釋含油飽和度,由于在校正公式中Ca/Si項(xiàng)系數(shù)約為碳氧比項(xiàng)系數(shù)的0.26倍,因此表3中水流所致的Ca/Si值變化對(duì)最終解釋含油飽和度影響并不大,可不予校正。若以碳氧比曲線與俘獲硅鈣比曲線反向疊合來(lái)校正巖性影響,硅鈣比項(xiàng)系數(shù)約為碳氧比項(xiàng)系數(shù)的0.47倍,表3中水流所致的硅鈣比值變化對(duì)最終解釋含油飽和度影響較大,需要校正。

表1 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)受水流影響情況

綜上所述,若用碳氧比與Ca/Si曲線解釋含油飽和度,只需校正水流對(duì)碳氧比曲線的影響;若用碳氧比與硅鈣比曲線解釋含油飽和度,則需要同時(shí)校正水流對(duì)碳氧比和硅鈣比曲線的影響。由于凈譜系數(shù)與測(cè)井儀周圍物質(zhì)的中子減速能力及熱中子俘獲能力相關(guān),很難通過(guò)優(yōu)化測(cè)量時(shí)序徹底解決上述問(wèn)題,可以在資料處理解釋過(guò)程中校正水流對(duì)碳氧比曲線、硅鈣比曲線的影響。

3 水流影響校正方法

從非彈性散射凈譜提取碳產(chǎn)額YC和氧產(chǎn)額YO,得到碳氧比值。受水流影響時(shí),其中氧產(chǎn)額包括氧非彈性散射產(chǎn)額YOI和氧活化產(chǎn)額YOA,

(1)

碳產(chǎn)額YC與氧非彈性散射產(chǎn)額YOI的比值與含油飽和度So呈現(xiàn)一定函數(shù)關(guān)系

(2)

為了準(zhǔn)確解釋含油飽和度,根據(jù)碳氧比曲線和其他測(cè)井曲線計(jì)算出C/OI值。由公式(1)和(2)推導(dǎo)得

(3)

IOA是單幀活化本底譜中O能窗計(jì)數(shù),理論上非彈性散射凈譜中O活化產(chǎn)額YOA與IOA呈正比關(guān)系

YOA=kOA(IOA-IOA,min)

(4)

式中,kOA為常數(shù),s;IOA,s-1;IOA,min是IOA基值(本底),s-1。對(duì)能提供O產(chǎn)額YO曲線的測(cè)井儀,可用下式校正水流對(duì)碳氧比曲線的影響

(5)

式中,C/O和C/OWFC為校正前和校正后的碳氧比值。若無(wú)法獲得YO曲線,可假設(shè)測(cè)井時(shí)YOI基本不隨深度變化,用式(6)校正水流對(duì)碳氧比曲線的影響

(6)

類似地,可推導(dǎo)出硅鈣比曲線的水流校正公式

(7)

或

(8)

4 應(yīng)用實(shí)例

圖4 PNST測(cè)井資料校正水流影響的解釋成果實(shí)例

圖4顯示了對(duì)PNST測(cè)井資料校正水流影響的解釋實(shí)例。該井1至4號(hào)層是測(cè)井時(shí)的生產(chǎn)層位。第4道中長(zhǎng)源距IOA曲線IOA,F和短源距IOA曲線IOA,N的數(shù)值在962.0 m之下維持在各自的基值附近,從962.0 m開(kāi)始兩曲線數(shù)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曲線變化更明顯(IOA,F與IOA,N曲線的右刻度不同),說(shuō)明與962.0 m對(duì)應(yīng)的4號(hào)層是該井測(cè)井時(shí)的主要產(chǎn)水層。隨著IOA曲線升高,第3道中長(zhǎng)源距碳氧比曲線RCO,F、短源距碳氧比曲線RCO,N與第2道中長(zhǎng)源距硅鈣比曲線RSi/Ca,F、短源距硅鈣比曲線RSi/Ca,N均相應(yīng)降低,其中長(zhǎng)源距測(cè)井曲線受水流影響更顯著。若不作校正,就會(huì)把1至3號(hào)層解釋為高水淹層、把4號(hào)層解釋為中水淹層,這與IOA指示4號(hào)層是主產(chǎn)水層相矛盾,因此需要對(duì)碳氧比和硅鈣比曲線作水流影響校正。在第2和3道中還顯示了校正水流影響后的對(duì)應(yīng)曲線,反映出校正前后測(cè)井曲線差異較明顯,尤其是長(zhǎng)源距曲線校正前后差異更明顯。用校正后的曲線再解釋含油飽和度與油水體積的結(jié)果見(jiàn)第5與第6道,解釋1至3號(hào)層為中水淹層、4號(hào)層為高水淹層,與IOA指示相符。根據(jù)測(cè)井解釋成果封堵了4號(hào)層,該井措施前產(chǎn)液9.22 m3/d、產(chǎn)油0.5 m3/d、含水94.6%,措施后產(chǎn)液6.6 m3/d、產(chǎn)油2.6 m3/d、含水降為60.6%,用PNST測(cè)井資料指導(dǎo)該井措施的增油控水效果明顯。

在推導(dǎo)出碳氧比測(cè)井曲線的水流影響校正公式之前,我們?cè)鴧⒄誌OA曲線把碳氧比測(cè)井曲線按深度劃分多段平移,用以校正水流的影響。實(shí)測(cè)IOA曲線的變化形態(tài)多樣,IOA曲線常反復(fù)波動(dòng)、漸進(jìn)性變化或在層內(nèi)突變,這些情況對(duì)分段平移相關(guān)測(cè)井曲線造成困難,影響含油飽和度解釋精度。采用公式校正受水流影響的相關(guān)曲線能很好地解決上述問(wèn)題。

圖5 RMT測(cè)井資料兩種水流影響校正結(jié)果對(duì)比

5 結(jié) 論

(1) 脈沖中子全譜測(cè)井提供的氧活化指數(shù)曲線能反映測(cè)井儀附近向上水流,指示主要的產(chǎn)水層和管外竄槽。隨著氧活化指數(shù)曲線升高,碳氧比和硅鈣比曲線會(huì)相應(yīng)降低,需要校正水流對(duì)這兩條主要碳氧比測(cè)井曲線的影響。

(2) 利用氧活化指數(shù)值與計(jì)入非彈性散射凈譜和俘獲譜中的氧活化伽馬射線計(jì)數(shù)呈正比的關(guān)系,提出了剔除這兩個(gè)能譜中氧活化伽馬射線計(jì)數(shù)貢獻(xiàn)、消除水流對(duì)碳氧比和硅鈣比曲線影響的校正公式。

(3) 利用氧活化指數(shù)曲線校正水流對(duì)碳氧比和硅鈣比曲線影響后,提高了含油飽和度解釋精度,碳氧比測(cè)井曲線解釋的高水淹層與氧活化指數(shù)曲線指示的主產(chǎn)水層相符,體現(xiàn)出氧活化指數(shù)曲線對(duì)綜合評(píng)價(jià)地層水淹等級(jí)起到關(guān)鍵的作用。

參考文獻(xiàn):

[1] 鄭華. 脈沖中子伽馬綜合測(cè)井 [J]. 大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā), 2007, 26(6): 124-126, 130.

[2] 沈付建, 張林周, 張唯聰, 等. RMT測(cè)井的幾種特殊應(yīng)用 [J]. 測(cè)井技術(shù), 2011, 35(6): 599-602.

[3] 鄭華, 劉憲偉, 董建華, 等. PNST脈沖中子全譜測(cè)井儀在大慶油田的應(yīng)用 [J]. 測(cè)井技術(shù), 2013, 37(5): 541-546, 551.

[4] 黃隆基. 核測(cè)井原理 [M]. 東營(yíng): 中國(guó)石油大學(xué)出版社, 2008: 153-155.

[5] 張唯聰, 侯世華, 劉玉艷, 等. RMT測(cè)井儀在某些油田的初步應(yīng)用 [J]. 測(cè)井技術(shù), 2003, 27(2): 151-154.

[6] 鄭華, 董建華, 劉憲偉. PNST脈沖中子全譜測(cè)井儀 [J]. 測(cè)井技術(shù), 2011(1): 83-88.