樂(lè) 彪，郭海敏

(1. 長(zhǎng)江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430100；2. 長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢 430100)

0 前 言

碳氧比測(cè)井(Reservior Performance Monitor,RPM，即儲(chǔ)層性能監(jiān)測(cè)儀，是西方公司生產(chǎn)的多功能脈沖中子測(cè)井)是將高能快中子射入地層之后，與地層中元素的原子核發(fā)生非彈性散射，對(duì)于不同元素的原子核來(lái)說(shuō)，其非彈性散射伽馬射線的能量不一樣。因此可對(duì)地層中的非彈性散射伽馬射線進(jìn)行能量和強(qiáng)度分析(即能譜分析)，通過(guò)碳氧比能譜測(cè)井可以求出地層中碳氧相對(duì)含量比例，以此來(lái)計(jì)算地層的剩余油飽和度情況，該方法的主要特點(diǎn)是不受礦化度的影響，在各個(gè)油田區(qū)域取得了良好的效果。但是針對(duì)海上的復(fù)雜管柱情況，測(cè)量的碳氧比曲線會(huì)受到管柱中的環(huán)空流體影響，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)很大偏差，并且這種情況非常普遍，給解釋過(guò)程帶了來(lái)很大的麻煩。原先對(duì)這種影響采用的是分段解釋處理，但由于環(huán)空流體影響問(wèn)題非常普遍，使用人工分段處理工作量較大，為此我們通過(guò)理論的分析和文獻(xiàn)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)碳?xì)浔惹€受管柱中的環(huán)空流體影響小，而對(duì)碳氧比值影響較大，二者在地層流體由水變?yōu)橛蜁r(shí)的靈敏度存在差異這一性質(zhì)，提出了通過(guò)碳?xì)浔惹€對(duì)碳氧比曲線進(jìn)行校正的方法，已交會(huì)圖、數(shù)據(jù)表格的形式進(jìn)行對(duì)比分析，校正驗(yàn)證理論的有效性和可行性。王振信等[1]提出了碳?xì)浔葴y(cè)井技術(shù)，并進(jìn)行了多年的研究與應(yīng)用。謝佳析等[2-3]先后發(fā)表了碳?xì)浔葴y(cè)井應(yīng)用和研究論文。

為了證明方法的使用性采用實(shí)例井的形式，將校正后的碳氧比曲線所計(jì)算的含水飽和度曲線與實(shí)際未開采層段的含水飽和度進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證方法的有效性。

1 環(huán)空流體形成機(jī)理

圖1為環(huán)空流體形成機(jī)理。當(dāng)進(jìn)行碳氧比測(cè)井時(shí)需對(duì)目標(biāo)井進(jìn)行關(guān)井48 h處理，目的就是讓井筒內(nèi)的流體穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)榱黧w的運(yùn)移對(duì)儀器測(cè)量值造成影響，這樣使得原本在井柱內(nèi)的流體會(huì)發(fā)生分異作用，油水會(huì)發(fā)生分層作用，油會(huì)更多的集中在管柱的上部，而水則在下部。

圖1 環(huán)空流體示意

我們知道石油中主要含碳元素和氫元素，水中主要含氧元素和氫元素，為了確定油層、水層和油水含量，在碳氧比測(cè)井中，分別選取碳和氧元素為油和水的指示元素，這是從核物理和地質(zhì)兩方面來(lái)考慮問(wèn)題的。由于碳氧比測(cè)井是測(cè)量的碳、氧元素的含量[4]，在油含量較多的地層，碳氧比曲線值會(huì)偏大，反之，碳氧比值偏小。因此在存在環(huán)空流體層段，在環(huán)空流體是油的情況下，儀器測(cè)量的碳元素含量偏高導(dǎo)致碳氧比值會(huì)出現(xiàn)較大幅度的增大現(xiàn)象，如圖2為某海上油田A井碳氧比測(cè)井成果圖，SAVGCO曲線為碳氧比曲線，可以明顯的發(fā)現(xiàn)曲線上部的數(shù)值有異常增大的現(xiàn)象并且很穩(wěn)定，這個(gè)是環(huán)空油在管柱上部所造成的影響，CH曲線為碳?xì)浔惹€，二者從曲線形態(tài)上可以發(fā)現(xiàn)有較好的線性關(guān)系。

圖2 環(huán)空流體對(duì)碳氧比值的影響

這種情況對(duì)實(shí)際解釋帶了較大的影響，使得測(cè)量的碳氧比曲線不能正確反映地層中的實(shí)際情況，最終導(dǎo)致解釋結(jié)果出現(xiàn)了較大的偏差，因此需要對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行校正處理。

2 校正方法研究

我們知道在地層中的流體是由水和油氣組成，然而油氣屬碳?xì)浠衔?，水的組成元素為氫和氧，從地質(zhì)角度來(lái)看地層中的純砂巖骨架本身并不含碳、氫元素，這樣氫元素基本上來(lái)源于油氣和水，而碳元素則來(lái)源于油氣。若采用碳?xì)湓用芏缺葋?lái)測(cè)量流體，當(dāng)含油飽和度一定時(shí)，無(wú)論孔隙度如何變化，其碳?xì)浜勘戎祵⒈３只静蛔?。?dāng)含油飽和度降低時(shí)，其碳原子密度隨之降低，而氫原子密度基本不變(油與水中的氫原子密度基本相等)[5]，其碳?xì)浜勘戎狄矊⒔档汀?/p>

儀器測(cè)量的碳氧比值：

(1)

儀器測(cè)量的碳?xì)浔戎担?/p>

(2)

圖3為碳氧比值與孔隙度的關(guān)系圖版，當(dāng)孔隙流體飽含油時(shí)，C/O值是隨孔隙度的增大而增大的，而飽含水時(shí)會(huì)變小。

圖3 碳氧比與孔隙度響應(yīng)

圖4為碳?xì)浔扰c孔隙度的關(guān)系圖版，當(dāng)孔隙流體飽含油時(shí)，C/H隨孔隙度的增大變化并不大，但飽含水時(shí)是隨孔隙度的增大而減小。

圖4 碳?xì)浔扰c孔隙度響應(yīng)

圖5為二者在純油的情況下對(duì)井眼流體靈敏度的一個(gè)響應(yīng)圖，可以看出C/O值對(duì)純油情況下的響應(yīng)比較明顯，而C/H值響應(yīng)不明顯。

圖5 計(jì)數(shù)差值對(duì)井眼流體的靈敏度

在巖性穩(wěn)定的條件下，碳?xì)浔戎饕芰黧w的影響，由于油、水中H元素含量相近，因此當(dāng)探測(cè)范圍中的流體由水變?yōu)橛蜁r(shí)，C/O的流體靈敏度應(yīng)大于C/H，提出利用二者的靈敏度差異反映井眼環(huán)空持率的變化。

(3)

式中SCOmax和SCOmin分別為碳氧比曲線的最大值和最小值，SCHmax、SCHmin分別為碳?xì)浔惹€的最大值和最小值，△S為二者的靈敏度差異值，由上式推導(dǎo)可得出：

(4)

由圖5我們可以發(fā)現(xiàn)二者的靈敏度差異△S基本為一個(gè)定值，而式中SCOmax、SCOmin、SCHmax、SCHmin為常數(shù)項(xiàng)，則根據(jù)上式可簡(jiǎn)化為C/O和C/H曲線存在函數(shù)關(guān)系：Y=aX+b。那么針對(duì)沒有受環(huán)空流體影響層段存在如下關(guān)系：

(5)

通過(guò)最小二乘法[6]解超定方程組得到最優(yōu)解的a和b的值,再代入到CO和CH的關(guān)系式中對(duì)存在環(huán)空流體影響的層段進(jìn)行校正處理得到一條新的碳氧比曲線，最后再用校正后的碳氧比曲線進(jìn)行含水飽和度的計(jì)算[7]，得到符合實(shí)際地層信息的結(jié)果。

3 校正實(shí)例及效果分析

將本文的環(huán)空流體校正方法掛接到解釋軟件上后進(jìn)行校正處理及解釋。圖6為某海上油田A井環(huán)空流體校正后的解釋成果圖。圖中，SGFC為地層宏觀俘獲截面曲線，GR為自然伽馬曲線，CCL為磁定位曲線，RILD、RILM和RFOC分別為深、中、淺電阻率曲線，CO1j為儀器短源距第J次測(cè)量得到的C/O曲線，SAVGCO為多趟測(cè)量C/O曲線的平均值；同理，SAVGSC為多趟Si/Ca曲線的平均值；SW為裸眼井測(cè)量的含水飽和度曲線，SWCO為運(yùn)用校正前的C/O曲線計(jì)算的含水飽和度；CCO為經(jīng)過(guò)環(huán)空流體校正后的碳氧比曲線；SWCO1為經(jīng)過(guò)校正后的碳氧比曲線計(jì)算的含水飽和度曲線；VCL為泥質(zhì)含量曲線，PORE為孔隙度曲線。圖中碳氧比曲線的異常尖峰是由于管柱結(jié)構(gòu)(套管接箍、封隔器、滑套等)引起的。從圖6中可以看出，做環(huán)空流體校正前受影響層段的含水飽和度值解釋為純油地層(SWCO曲線上部)，與實(shí)際裸眼差別較大，經(jīng)過(guò)環(huán)空流體校正后計(jì)算的含水飽和度曲線與裸眼井含水飽和度曲線對(duì)比，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)校正后的計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際情況，該井上部未射孔，計(jì)算結(jié)果與裸眼相一致，說(shuō)明解釋結(jié)果準(zhǔn)確。

圖6 解釋成果圖

4 結(jié) 論

1)碳氧比測(cè)井中的碳氧比曲線經(jīng)過(guò)環(huán)空流體校正后，由于管柱中的流體影響被剔除，求得的剩余油含水飽和度接近實(shí)際地層情況，求準(zhǔn)了開采后儲(chǔ)層的剩余油含水飽和度。

2)因?yàn)榄h(huán)空流體的存在，通常解釋處理都為分段處理，工作量大且不太理想；經(jīng)過(guò)環(huán)空流體校正后，解釋處理過(guò)程更簡(jiǎn)便，結(jié)果較合理，為環(huán)空流體校正提供了一種新思路。

3)碳氧比測(cè)井解釋經(jīng)環(huán)空流體校正處理后，有利于正確判斷油水層。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王振信,繆定云,劉洪亮,等.FCH地層流體飽和度測(cè)井研究[J].測(cè)井技術(shù),2002,26(6):500-505.

[2] 謝佳析,譚光天,高春光,等.碳?xì)浔葴y(cè)井應(yīng)用效果分析[J].測(cè)井技術(shù), 2003,27(1)：85-88.

[3] 馬建國(guó),任國(guó)富,周三平,等.碳?xì)浔鹊貙恿黧w識(shí)別方法的實(shí)驗(yàn)研究[J].測(cè)井技術(shù), 2007,31(3):221-223.

[4] 韓清忠,徐金武,李厚裕,等. 碳氧比測(cè)井解釋的理論模型及應(yīng)用[J]. 測(cè)井技術(shù),1997(4):40-43.

[5] 何中盛,崔志剛,陳光輝,等. 利用碳?xì)浔葴y(cè)井技術(shù)評(píng)價(jià)剩余油及水淹程度[J]. 西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,38(5):41-49.

[6] 鄒樂(lè)強(qiáng). 最小二乘法原理及其簡(jiǎn)單應(yīng)用[J]. 科技信息,2010,(23):282-283.

[7] 韓清忠,雍世和. 用碳氧比測(cè)井資料確定剩余油飽和度及評(píng)價(jià)水淹層[J]. 石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1993(3):19-24.