周良文，馬煥英，張 鋒，韓忠悅，李疾翎，張洪洋

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司 油田技術(shù)事業(yè)部，河北 燕郊 065201；2.中國石油大學(xué)(華東) 地學(xué)院，山東 青島 266580)

復(fù)雜管柱條件下C/O能譜測井解釋方法

周良文1，馬煥英1，張 鋒2，韓忠悅2，李疾翎1，張洪洋1

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司 油田技術(shù)事業(yè)部，河北 燕郊 065201；2.中國石油大學(xué)(華東) 地學(xué)院，山東 青島 266580)

為了減少海上油田管柱復(fù)雜結(jié)構(gòu)組成以及井內(nèi)不同流體體積導(dǎo)致C/O能譜測量值的差異對(duì)脈沖中子法確定油田剩余油飽和度的影響，利用蒙特卡羅方法建立不同管柱、孔隙度和地層流體等條件下計(jì)算模型，模擬不同管柱條件下非彈性散射伽馬能譜，研究C/O能譜值隨孔隙度、流體飽和度變化的響應(yīng)規(guī)律，得到不同管柱條件下剩余油飽和度解釋模型，對(duì)2口不同管柱井資料處理，取得了較好效果，研究結(jié)果可為海上油田剩余油飽和度動(dòng)態(tài)監(jiān)測提供技術(shù)支持。

脈沖中子測井；復(fù)雜管柱；剩余油飽和度；蒙特卡羅模擬

C/O能譜測井是利用D-T中子管產(chǎn)生能量為14 MeV的快中子，與井眼和地層C、O等元素原子核發(fā)生作用并釋放出不同能量的伽馬射線，通過記錄得到伽馬能譜，根據(jù)伽馬能譜中不同能量伽馬射線的計(jì)數(shù)率得到能表征油和水的C、O元素在地層中的相對(duì)含量，并以此來確定地層剩余油飽和度。C/O能譜測井技術(shù)不斷進(jìn)步，目前國內(nèi)外油田服務(wù)公司都推出了相應(yīng)的C/O能譜測井儀器，如RPM、RST、RMT及大慶測井公司的脈沖中子綜合測井儀等[1-5]，在油田開發(fā)中后期剩余油動(dòng)態(tài)監(jiān)測方面發(fā)揮了重要作用[6-10]。由于海上油田管柱結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性間接導(dǎo)致了井內(nèi)流體含量變化，影響解釋參數(shù)，不同管柱結(jié)構(gòu)的井需使用相應(yīng)的解釋參數(shù)。

井眼環(huán)境、地層巖性、孔隙度等因素會(huì)對(duì)C/O確定含油飽和度產(chǎn)生影響，吳文圣等[11]研究了井眼流體和套管尺寸對(duì)C/O能譜測井的影響，井眼尺寸的改變引起含水量變化進(jìn)而影響C/O測量值。而海上油田井下生產(chǎn)管柱更為復(fù)雜，一般由油管、套管和篩管三層管柱組成[12]，C/O測量值隨地層孔隙度、含油飽和度變化規(guī)律受管柱組成影響較大，因此在復(fù)雜管柱條件下建立剩余油飽和度解釋方法是海上油田剩余油動(dòng)態(tài)監(jiān)測的關(guān)鍵。目前國內(nèi)外對(duì)多重管柱條件下開展脈沖中子能譜測井技術(shù)研究較少。本文主要針對(duì)RPM測井儀器，模擬不同復(fù)雜管柱結(jié)構(gòu)條件下的非彈伽馬能譜，研究C/O隨孔隙度的變化關(guān)系，建立相應(yīng)飽和度解釋模型，并通過處理2口井資料進(jìn)行評(píng)價(jià)，擬對(duì)海上油田準(zhǔn)確評(píng)價(jià)剩余油飽和度提供參考。

1 C/O能譜測井解釋原理

在脈沖中子測井中利用C/O值確定含油飽和度基本解釋模型通常表示為[13]：

(1)

式中：So為地層含油飽和度；(C/O)c為C/O能譜測量值；(C/O)w為水層的C/O能譜值，(C/O)o為油層的C/O能譜值，油水線差值(C/O)o-(C/O)w是井眼管柱結(jié)構(gòu)及尺寸、井眼持率、地層孔隙度和巖性的函數(shù)。

在實(shí)際應(yīng)用過程中通過數(shù)值模擬和刻度井得到水線及油水線差值計(jì)算公式：

(2)

(3)

式中a、b、c、d、e為經(jīng)驗(yàn)擬合參數(shù)，取決于管柱結(jié)構(gòu)、尺寸等條件，實(shí)際處理時(shí)利用蒙特卡羅方法建立井筒-地層模型并結(jié)合刻度井關(guān)系決定。

復(fù)雜管柱C/O含油飽和度解釋模型公式為：

(4)

2 蒙特卡羅模擬

2.1 計(jì)算模型

利用蒙特卡羅模擬方法建立計(jì)算模型示于圖1。由圖1可見，地層半徑為70 cm，由不同礦物和孔隙流體組成，井眼直徑為31 cm，模擬時(shí)把地層劃分為徑向和軸向間隔為5 cm的柵元。柱由不同尺寸套管、篩管和油管組成，在模擬時(shí)根據(jù)不同管柱組合設(shè)定相應(yīng)參數(shù)，具體參數(shù)列于表1。D-T中子源發(fā)射能量為14 MeV的高能快中子，模擬時(shí)記錄非彈伽馬能譜，選取12C和16O原子核的非彈伽馬能窗分別為為3.165～4.65 MeV和4.96～6.4 MeV。模擬時(shí)追蹤1×108個(gè)粒子，計(jì)數(shù)誤差小于0.5%。

圖1 RPM蒙特卡洛模擬模型Fig.1 The Monte Carlo simulation model of RPM

2.2 復(fù)雜管柱碳氧比測井響應(yīng)規(guī)律

模型同上，井眼充滿水，地層孔隙度分別為0、10%、20%、30%和40%的飽含水和油砂巖地層，模擬相應(yīng)非彈性散射伽馬能譜。

表1 不同管套組合

注：管柱尺寸均為外徑

2.2.1 不同井眼和套管尺寸

選取表1中組合4和7，井眼直徑分別為31.0 cm和21.6 cm，對(duì)應(yīng)套管外徑分別為24.5 cm和17.8 cm，篩管外徑為14 cm，油管外徑為7.3 cm，得到兩種管柱組合條件下C/O隨孔隙度變化關(guān)系，結(jié)果示于圖2。

圖2 不同尺寸井眼、套管時(shí)的C/O響應(yīng)關(guān)系Fig.2 The response relation of C/O for string groups of different size tubing and casing

由圖2可以看出，不同管柱組合時(shí)C/O隨孔隙度變化規(guī)律基本相同，但篩管和油管尺寸相同、而井眼和套管尺寸不同時(shí)C/O值差異較大，且31.0 cm管柱條件下C/O整體低于21.6 cm管柱，同時(shí)地層流體變化引起的C/O差值變小，油水識(shí)別靈敏度降低，主要由于篩管和油管尺寸相同，測井儀器在井中位置相同，井眼和套管尺寸越大，井眼中儀器與地層間水越多，致使C/O變小，對(duì)地層流體分辨能力下降。

2.2.2 不同篩管尺寸

討論管柱組合4和5模型，井眼直徑為31 cm，套管和油管尺寸相同，外徑分別為24.5 cm和7.3 cm，篩管4內(nèi)外徑分別為12.1 cm和14.0 cm，篩管5內(nèi)外徑分別為9.2 cm和11.4 cm，模擬得到C/O與孔隙度響應(yīng)關(guān)系，結(jié)果示于圖3。

圖3 不同尺寸篩管時(shí)的C/O響應(yīng)關(guān)系Fig.3 The response relation of C/O for string groups of different size screen

由圖3可以看出，C/O值隨孔隙度變化規(guī)律相同，但篩管尺寸不同，C/O絕對(duì)值不同，14 cm篩管時(shí)C/O值略高，而地層流體變化引起的C/O差值近似相同。因此在井眼、套管和油管尺寸相同情況下，篩管尺寸不同，C/O測量對(duì)計(jì)算剩余油飽和度影響相對(duì)較小，而井眼、套管和油管尺寸不同對(duì)其影響較大。

2.3 復(fù)雜管柱條件下飽和度解釋參數(shù)

2.3.1 水線參數(shù)

采用以上模型，井眼充滿水，地層孔隙度分別為0、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%和40%，孔隙飽含水砂巖和石灰?guī)r地層，模擬相應(yīng)非彈伽馬能譜得到C/O和Si/Ca，通過C/O和Si/Ca交會(huì)圖得到水線，進(jìn)而獲得水線方程的參數(shù)a和b。圖4是管柱組合7，裸眼井井眼、套管、篩管和油管外徑分別為21.6 、17.8、14、7.3 cm，模擬得到兩種巖性地層的C/O和Si/Ca交會(huì)圖，得到公式(2)中參數(shù)a=1.36，b=0.416；管柱組合不同，水線參數(shù)不同。實(shí)際井處理過程中水線通常利用實(shí)際井資料做出C/O和Si/Ca交會(huì)圖方法確定，即系數(shù)a、b可以通過實(shí)際井交匯方法得到。

2.3.2 油水線差值參數(shù)

利用公式(4)進(jìn)行含油飽和度解釋時(shí)需要確定不同管柱尺寸組合參數(shù)c、d和e，實(shí)際處理時(shí)利用蒙特卡羅方法建立不同管柱組合模型，模擬井眼充滿水、不同孔隙飽含油和水條件下的純巖石C/O測井響應(yīng)關(guān)系，通過刻度轉(zhuǎn)換得到不同管柱組合的油水線差值Δ(C/O)隨孔隙度變化關(guān)系，進(jìn)而確定相應(yīng)參數(shù)。以管柱組合3和6為例，井眼外徑分別為31 cm和21.6 cm，套管外徑分別為24.5 cm和17.8 cm，篩管外徑均為14 cm，油管外徑均為8.9 cm，得到飽含油和水地層條件下的C/O差值與孔隙度變化關(guān)系，結(jié)果示于圖6。

圖4 蒙特卡羅模擬水線Fig.4 The water line calculated by Monte Carlo simulation model

圖5 實(shí)際水線Fig.5 The water line calculated by measured data

圖6 不同管柱油水線差值與孔隙度關(guān)系Fig.6 The relation of porosity and differences between oil lines and water lines for different string groups

顯然不同管柱組合時(shí)飽含油和水地層C/O差值與孔隙度變化關(guān)系不同，井眼和套管尺寸越大，井眼內(nèi)相對(duì)水體積越大，油水線C/O差值越小，對(duì)地層流體分辨能力下降。利用上述方法得到不同管柱組合的油水線差值參數(shù)列于表2。

表2 不同管柱組合油水線差值系數(shù)

3 實(shí)例分析

利用上述方法得到參數(shù)(c、d、e)，建立適用于9種管柱組合的剩余油飽和度解釋模型。碳氧比含油飽和度解釋模型同時(shí)適用于砂巖和碳酸巖，孔隙度過低時(shí)解釋結(jié)果較差。采用實(shí)際井C/O與Si/Ca交會(huì)得到經(jīng)驗(yàn)參數(shù)a和b，而參數(shù)c、d和e通過本文建立模擬數(shù)據(jù)刻度轉(zhuǎn)換得到。針對(duì)南海兩口不同管柱組合井進(jìn)行C/O能譜測井資料解釋。

3.1 實(shí)例1

A井為生產(chǎn)一段時(shí)間后下完套管的井，無篩管和油管，井眼直徑為31.0 cm、套管外徑為24.5 cm。根據(jù)實(shí)際測井資料做出C/O與Si/Ca交會(huì)圖，結(jié)果示于圖7，得到水線參數(shù)a=-1.32，b=1.973；選擇管柱組合9的油水線差值系數(shù)，得到解釋結(jié)果示于圖8。

圖7 A井C/O與Si/Ca交會(huì)圖Fig.7 The C/O and Si/Ca intersection plot of Well A

圖8中第一道GR為自然伽馬曲線；第二道中RFOC為微球聚焦電阻率曲線，RILD為深感應(yīng)電阻率曲線，二者的幅度差可以反映含油情況；第三道為C/O與Si/Ca曲線；第四道SWCO為利用C/O解釋的含水飽和度曲線，SW為裸眼井電測計(jì)算的含水飽和度曲線；第五道為巖性剖面；第六道為取樣結(jié)果。從該井的解釋結(jié)果圖看出1 443～1 450 m和1 468～1 472 m深度段內(nèi)套管井及裸眼井含水飽和度高于80%，并且電阻率曲線RILD和RFOC無幅度差，認(rèn)為此處為水層。而1 451～1 458 m和1 462～1 464 m層電阻率曲線RILD和RFOC存在幅度差，裸眼井含水飽和度在40%左右，說明此處為油水同層。利用C/O計(jì)算1 451～1 458 m平均含油飽和度為50%，1 462～1 464 m平均含油飽和度為20%左右，這兩層取樣測試結(jié)果顯示1 451～1 458 m油水同層，1 462～1 464 m為水層。

3.2 實(shí)例2

B井C/O與Si/Ca交會(huì)圖示于圖9。B井為三層管柱組合井，井眼直徑為31.0 cm，套管外徑24.5 cm，篩管外徑17.8 cm，油管外徑7.3 cm，該儲(chǔ)層為稠油油藏。根據(jù)實(shí)際井資料做出C/O與Si/Ca交會(huì)圖，得到水線參數(shù)a=-1.33，b=1.92；選擇管柱組合1的油水線差值系數(shù)，得到B井解釋結(jié)果示于圖10。

圖8 A井C/O能譜測井解釋結(jié)果Fig.8 The interpretation results of C/O energy spectrum logging in well A

圖9 B井C/O與Si/Ca交會(huì)圖Fig.9 The C/O and Si/Ca intersection Plot of well B

圖10中，第一道GR為自然伽馬曲線；第二道中RFOC為微球聚焦電阻率曲線，RILD為深感應(yīng)電阻率曲線，RILM為中感應(yīng)電阻率曲線，二者的幅度差可以反映含油情況；第三道為C/O與Si/Ca曲線；第四道SWCO為利用C/O解釋的含水飽和度曲線，SW為裸眼井電測計(jì)算的含水飽和度曲線；第五道為巖性剖面；第六道為取樣結(jié)果。從該井解釋結(jié)果圖可以看出，1 259～1 261 m裸眼井電測解釋含水飽和度在30%至50%之間，套管井C/O計(jì)算含水飽和度約為80%，高于裸眼井含水飽和度，取樣結(jié)果顯示該層含油水層，說明該層已被水淹。

1 259～1 261 m裸眼井電測解釋含水飽和度為30%～50%，套管井C/O計(jì)算含水飽和度與之相近，取樣結(jié)果顯示該層為油層，后期通過補(bǔ)射孔增產(chǎn)取得了良好的效果。

4 小結(jié)

本文利用蒙特卡羅方法研究了復(fù)雜管柱條件下C/O響應(yīng)，建立了剩余油飽和度解釋模型，并處理了實(shí)際測井資料。

(1) 飽含水層C/O值隨著孔隙度增加而減小，而飽含油層C/O值隨孔隙度增加而增加；孔隙度相同時(shí)含水井眼越大油水線差值越小，對(duì)地層分辨能力越弱。

(2) 井內(nèi)為水時(shí)井眼、套管尺寸越大，C/O值越?。痪?、套管和油管不變條件下，篩管尺寸差異對(duì)C/O測量影響相對(duì)較小。

(3) 由于海上生產(chǎn)管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單層套管井的解釋模型適用性降低。本文通過模擬數(shù)據(jù)的刻度井刻度轉(zhuǎn)換，得到9種生產(chǎn)管柱組合條件下油水線差值系數(shù)，利用已有真實(shí)測井資料的C/O和Si/Ca交會(huì)確定水線參數(shù)，綜合建立9種復(fù)雜管柱組合條件下的剩余油飽和度解釋模型，并通過處理實(shí)際測井資料驗(yàn)證了模型的可靠性。

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Research on Interpretation Method of C/O Energy Spectrum Logging Under the Condition of Complex String

ZHOU Liang-wen1, MA Huan-ying1, ZHANG Feng2, HAN Zhong-yue2LI Ji-ling1, ZHANG Hong-yang1

(1.ChinaOilfieldServicesLimited,Yanjiao065201,China; 2.SchoolofGeosciencesChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China)

Pulse neutron logging plays an important role in monitoring residual oil in the oil field development. The composition and structure of strings are complex in the offshore oil field, and then the C/O value is different owing to the difference fluid volume in the well, so there are influence on determining residual oil saturation. The model of different pipe string, porosity and formation fluid, etc., was established byusing Monte Carlo method,then the inelastic scattering gamma ray spectra under the condition of different string were simulated, and the responses of the C/O values to the porosity and fluid saturation were studied. At last, we obtained the residual oil saturation interpretation model under different pipe string, and the results were credible by processing data of two wells. The result provides technical support for monitoring remaining oil saturation in offshore oil field.

pulsed neutron logging; complex pipe string; residual oil saturation; Monte Carlo simulation

2015-12-26;

2016-03-03

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41374125,41574119)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(14CX05011A)

周良文(1986—)，男，四川廣安人，測井工程師，油氣田開發(fā)工程專業(yè)

TL816+.3

A

1000-7512(2017)03-0175-07

10.7538/tws.2015.youxian.061