李原杰,廖發(fā)明,柳先遠(yuǎn),呂波,陳嘯博

(1.中國(guó)石油塔里木油田公司迪那油氣開發(fā)部,新疆庫(kù)爾勒841000;2.中國(guó)石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院,新疆庫(kù)爾勒841000)

0 引 言

近年來,塔里木盆地相繼發(fā)現(xiàn)了迪那、迪北、博孜、大北、克深等氣田,這類氣田都具有埋藏深、壓力高、孔隙度低、含邊底水等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì),以上氣田的儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙度為3%～10%,屬于典型的致密砂巖氣田[1-4]。

常規(guī)套后飽和度測(cè)井,如中子壽命、碳氧比測(cè)井等,對(duì)儲(chǔ)層物性要求較高,通常要求孔隙度大于10%,甚至大于15%時(shí)才能獲得相對(duì)準(zhǔn)確的解釋結(jié)果。目前,現(xiàn)場(chǎng)開展的低孔隙度儲(chǔ)層飽和度測(cè)井試驗(yàn),其儲(chǔ)層孔隙度基本都高于10%[5-9],而對(duì)于類似塔里木盆地這種致密砂巖儲(chǔ)層飽和度測(cè)井卻鮮有報(bào)道。自氣田投入開發(fā)以來,由于長(zhǎng)期缺乏有效的實(shí)測(cè)資料,對(duì)剩余氣分布規(guī)律、氣水界面變化情況認(rèn)識(shí)不清,制約了氣田合理開發(fā)和優(yōu)化調(diào)整。針對(duì)此問題,在迪那2氣田分別開展了熱中子成像測(cè)井系統(tǒng)(Thermal Nutron Imaging System,TNIS)、儲(chǔ)層性能監(jiān)測(cè)儀(Reservoir Performence Monitor,RPM)和儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)測(cè)井儀(Reservoir Dynamic Tool,RDT)這3種測(cè)井儀器的對(duì)比測(cè)井試驗(yàn),探索致密砂巖儲(chǔ)層飽和度監(jiān)測(cè)技術(shù)的適用性和可行性,旨在為同類型致密砂巖儲(chǔ)層飽和度測(cè)井提供借鑒。

1 氣田概況及存在的問題

迪那2氣田位于塔里木盆地庫(kù)車坳陷秋里塔格構(gòu)造帶,為受背斜控制的異常高壓塊狀底水凝析氣田。該氣田目的層為古近系蘇維依組和庫(kù)姆格列木群,以粉砂巖、細(xì)砂巖為主,其次為含礫砂巖、砂礫巖,儲(chǔ)層裂縫發(fā)育,非均質(zhì)性強(qiáng),基質(zhì)孔隙度6%～10%,滲透率(0.01～1.00)×10-3μm2,地層水礦化度160 000 mg/L,水型為氯化鈣型,為典型的裂縫型致密砂巖儲(chǔ)層。

迪那2氣田于2009年投產(chǎn),2016年部分井開始出現(xiàn)見水跡像,目前氣田邊部已出現(xiàn)多口見水井,如何評(píng)價(jià)儲(chǔ)層氣體動(dòng)用程度、分析儲(chǔ)層水淹狀況成為當(dāng)下氣田開發(fā)的首要任務(wù)。由于致密砂巖儲(chǔ)層尚無飽和度測(cè)井先例,為客觀評(píng)價(jià)不同測(cè)井儀器的優(yōu)缺點(diǎn),同時(shí)開展了TNIS、RPM 和RDT飽和度測(cè)井,以優(yōu)選適用于氣田地質(zhì)特征的測(cè)井儀器,為氣田后期開發(fā)調(diào)整和綜合治理提供依據(jù)。

2 測(cè)井儀器對(duì)比

2.1 測(cè)井原理

2.1.1TNIS

TNIS利用可控的脈沖中子管向地層發(fā)射14 MeV的高能快中子,高能快中子經(jīng)過一系列的非彈性碰撞和彈性碰撞后,當(dāng)其能量與組成地層的原子處于熱平衡狀態(tài)時(shí),中子不再減速,此時(shí)中子稱為熱中子,它的能量約為0.025 eV,與地層原子發(fā)生的反應(yīng)主要是熱中子俘獲。利用該儀器的2個(gè)3He探測(cè)器探測(cè)沒有被地層俘獲的熱中子,記錄從高能快中子束發(fā)射開始15～2 700 μs時(shí)間內(nèi)的熱中子俘獲和計(jì)數(shù)率衰減狀況,以15 μs作為1個(gè)時(shí)間道,每個(gè)探測(cè)器均將其時(shí)間譜記錄分成180個(gè)時(shí)間道,根據(jù)各道記錄的熱中子計(jì)數(shù)率生成熱中子俘獲譜和熱中子衰減譜,以成像方式顯示,可快速、直觀地分辨近井地帶的油氣水分布,計(jì)算含水飽和度[6-9]。

2.1.2RPM

RPM通過脈沖中子發(fā)生器發(fā)射的14 MeV高能快中子進(jìn)入地層后,與地層中的原子發(fā)生熱中子俘獲、非彈性碰撞和彈性碰撞3種核反應(yīng),儀器上的3個(gè)NaI探測(cè)晶體記錄核反應(yīng)產(chǎn)生的伽馬射線,采集熱中子俘獲計(jì)數(shù)率與時(shí)間衰減譜或元素能量譜,從而探測(cè)地層信息。與3種核反應(yīng)相對(duì)應(yīng)的代表性測(cè)量項(xiàng)目分別是熱中子俘獲譜、碳氧比能譜和氣體探測(cè)。中子在傳播過程中能量衰減越少則傳播距離越遠(yuǎn),儀器通過短源距和超長(zhǎng)源距伽馬射線計(jì)數(shù)率差別預(yù)測(cè)含氫指數(shù),而儲(chǔ)層中氣體和液體的含氫指數(shù)有明顯差別,可以利用這個(gè)原理預(yù)測(cè)地層的氣體飽和度[10-11]。

2.1.3RDT

RDT是新一代脈沖中子全譜成像測(cè)井儀器,它利用高通量脈沖中子發(fā)生器向地層發(fā)射14 MeV高能快中子,高能快中子進(jìn)入地層后發(fā)生非彈性碰撞、彈性碰撞和熱中子俘獲。儀器通過3個(gè)高精度探測(cè)器(即短、長(zhǎng)LaBr3探測(cè)器和超長(zhǎng)NaI探測(cè)器)分別記錄非彈性碰撞伽馬和俘獲伽馬時(shí)間譜及元素能量譜,分析地層中的各種元素及其含量,計(jì)錄碳氧比、熱中子俘獲截面、快中子截面(FNXS)等參數(shù),劃分儲(chǔ)集層、識(shí)別巖性特征、計(jì)算孔隙度和流體飽和度等參數(shù)。快中子截面是RDT區(qū)別其它測(cè)井儀器的一個(gè)最主要參數(shù),它是地層巖石固有的物理屬性,表征地層原子與快中子發(fā)生碰撞的幾率,與單位體積下地層原子數(shù)量有關(guān)。FNXS對(duì)氣的響應(yīng)非常敏感且受巖性、泥質(zhì)影響小,是識(shí)別致密層中含氣層的有利手段[12-13]。

2.2 解釋方法

TNIS測(cè)井選擇經(jīng)典的巖石物理體積模型進(jìn)行飽和度定量計(jì)算,利用泥質(zhì)含量、孔隙度等參數(shù),采用地層熱中子宏觀俘獲截面曲線計(jì)算含水飽和度,從而得到含氣飽和度。

Σ=(1-φ-Vsh)Σma+VshΣsh+φSwΣw+

φ(1-Sw)Σh

(1)

(2)

Sg=1-Sw

(3)

式中,Σ為地層熱中子宏觀俘獲截面,c.u.(1)非法定計(jì)量單位,1 c.u.=10-3 cm-1,下同;Σma為巖石骨架熱中子宏觀俘獲截面,c.u.;Σw為地層水熱中子宏觀俘獲截面,c.u.;Σh為油氣熱中子宏觀俘獲截面,c.u.;Σsh為泥質(zhì)的熱中子宏觀俘獲截面,c.u.;Vsh為泥質(zhì)含量,%;φ為地層孔隙度,%;Sw為地層含水飽和度,%;Sg為地層含氣飽和度,%。

RPM在數(shù)據(jù)處理時(shí)引入蒙特卡羅模型,利用超級(jí)計(jì)算機(jī)群模擬每個(gè)高能快中子進(jìn)入地層后發(fā)生核反應(yīng)的伽馬射線計(jì)數(shù)率,得到儀器理論響應(yīng)值圖版。由于每個(gè)高能快中子進(jìn)入地層后的核反應(yīng)是隨機(jī)的,為了達(dá)到統(tǒng)計(jì)精度,每個(gè)模型點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)都會(huì)進(jìn)行超過5 000萬次的模擬,從而得到理論水線和氣線。實(shí)際應(yīng)用時(shí),根據(jù)實(shí)測(cè)曲線與氣線、水線的相對(duì)比例計(jì)算得到含氣飽和度。

RDT利用FNXS對(duì)氣體的敏感性特征,識(shí)別儲(chǔ)層含氣性,定性劃分氣層、差氣層和干層,采用體積模型定量計(jì)算含水、氣飽和度。FNXS采用式(4)進(jìn)行計(jì)算,對(duì)于純砂巖儲(chǔ)層FNXS值為6.84 m-1,實(shí)測(cè)值小于該值為含氣顯示。

GRAT=(CT-0.3×CG)/CN

FNXS=A-ln (GRAT×100)×B

(4)

式中,GRAT為與計(jì)數(shù)率有關(guān)的比值;CT為超長(zhǎng)源距非彈性碰撞計(jì)數(shù)率,cps;CG為超長(zhǎng)源距俘獲伽馬計(jì)數(shù)率,cps;CN為短源距非彈性碰撞計(jì)數(shù)率,cps;A、B是與儲(chǔ)層巖石、流體性質(zhì)及油套管尺寸相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù),m-1。

利用蒙特卡羅方法模擬純砂巖儲(chǔ)層0%～100%含氣條件下的GRAT值及其對(duì)應(yīng)的FNXS值,通過式(4)得到A值范圍為6.5～7.0 m-1,B值范圍為0.3～0.5 m-1,A、B隨測(cè)試井井筒條件不同而略有變化。對(duì)于特定的測(cè)試井,選取儲(chǔ)層中典型的泥巖和含氣層,給定初始A=6.5 m-1、B=0.3 m-1計(jì)算FNXS,調(diào)整A、B使其FNXS值落在純水線(又稱骨架線)和純氣線上,得到測(cè)試井的A、B值,進(jìn)而求得測(cè)試井儲(chǔ)層段的FNXS值。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 迪那2-X井簡(jiǎn)況

迪那2-X井2019年投產(chǎn),層位為古近系蘇維依組,井筒內(nèi)管柱為全通徑,儀器可下至目的層。該井測(cè)井段為4 732.5～4 855.0 m,裸眼測(cè)井解釋氣層共10層25.5 m,孔隙度7.9%～11.7%,厚度加權(quán)平均9.8%;差氣層共7層16.0 m,孔隙度6.2%～8.4%,厚度加權(quán)平均6.8%;整體平均孔隙度為8.8%,為典型的致密砂巖儲(chǔ)層。

3.2 效果評(píng)價(jià)

3.2.1質(zhì)量評(píng)價(jià)

3種測(cè)井儀器同時(shí)在迪那2-X井開展試驗(yàn),儀器熱中子俘獲截面重復(fù)性對(duì)比見圖1。主測(cè)值與復(fù)測(cè)值曲線表明,3種儀器曲線重復(fù)性良好,統(tǒng)計(jì)誤差在允許范圍之內(nèi),資料品質(zhì)優(yōu)。整體而言,3種儀器性能穩(wěn)定、反應(yīng)靈敏,資料質(zhì)量可信度高,滿足解釋要求。

圖1 儀器熱中子俘獲截面重復(fù)性對(duì)比

3.2.2資料分析

TNIS測(cè)井成果見圖2。TNIS在氣層的響應(yīng)特征為:長(zhǎng)短源距熱中子計(jì)數(shù)率出現(xiàn)較大正差異,且數(shù)值整體較高;熱中子衰減譜兩峰出現(xiàn)差異,后峰明顯后曳;熱中子俘獲譜邊緣幅度較高,顯示較高的中子壽命;環(huán)周成像顏色呈淺黃色,熱中子俘獲截面值顯示為低值?；谝陨吓袛?第5道長(zhǎng)短源距熱中子計(jì)數(shù)率疊合顯示氣層、差氣層都有明顯包絡(luò),但區(qū)分不明顯,而干層也存在包絡(luò)現(xiàn)象,如第2～5、21、23小層。第6～9道分別為熱中子俘獲譜、熱中子衰減成像、熱中子俘獲成像和環(huán)周成像,氣層、差氣層均有響應(yīng),表現(xiàn)為熱中子俘獲成像幅度較高、顏色較淺、熱中子俘獲截面呈低值,但同時(shí)存在某些差氣層響應(yīng)反而較氣層更明顯的情況,如第19、22、24、25小層;某些干層也表現(xiàn)為氣層響應(yīng),如第18、21、23小層。整體而言,TNIS在識(shí)別儲(chǔ)層上無明顯優(yōu)勢(shì),無法有效識(shí)別氣層和干層。

圖2 迪那2-X井TNIS測(cè)井成果圖

RPM測(cè)井成果見圖3。由于該井射孔底界井筒有積液,為驗(yàn)證不同井筒校正模式對(duì)測(cè)井結(jié)果的影響,先以井筒為氣的校正模式測(cè)井,然后在積液面上下30 m內(nèi)進(jìn)行井筒為液的校正模式測(cè)井,結(jié)果顯示2次測(cè)井參數(shù)重合性好,表明不同的井筒校正模式對(duì)測(cè)井結(jié)果沒有影響。第8道超長(zhǎng)、短源距熱中子計(jì)數(shù)率疊合顯示,在氣層、差氣層有明顯的包絡(luò)顯示,對(duì)應(yīng)熱中子俘獲截面呈低值,在干層基本沒有包絡(luò),熱中子俘獲截面呈高值,但在個(gè)別干層、差氣層識(shí)別上存在偏差,如第21、23干層和第22差氣層。整體而言,RPM能有效識(shí)別出儲(chǔ)層,效果優(yōu)于TNIS測(cè)井。解釋結(jié)果表明,目前該井縱向上不同深度儲(chǔ)層飽和度均有衰減,呈均衡動(dòng)用,未出現(xiàn)局部?jī)?chǔ)層飽和度大幅降低或未動(dòng)用現(xiàn)象,與該區(qū)塊縱向連通性好且相吻合(壓力測(cè)試資料顯示不同層系為統(tǒng)一壓力系統(tǒng))。

圖3 迪那2-X井RPM測(cè)井成果圖*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

RDT測(cè)井成果見圖4。該井RDT采用全組合模式進(jìn)行測(cè)井,錄取了非彈性碰撞、熱中子俘獲、碳氧比、儲(chǔ)層孔隙度等全譜參數(shù)。通過將多種實(shí)測(cè)曲線相互疊合,探索各參數(shù)在氣層、差氣層和干層上的響應(yīng)。第3道是TRAT(長(zhǎng)短源距熱中子俘獲計(jì)數(shù)率比)與CIRD(超長(zhǎng)源距非彈性碰撞計(jì)數(shù)率/超長(zhǎng)源距熱中子俘獲計(jì)數(shù)率)的疊合,第4道是AC(聲波時(shí)差)與SATG(長(zhǎng)源距非彈性碰撞計(jì)數(shù)率/長(zhǎng)源距熱中子俘獲計(jì)數(shù)率)的疊合,利用曲線包絡(luò)面積識(shí)別出氣層和干層,但氣層和差氣層區(qū)分不明顯,如第10、19、24小層。第5道是3個(gè)不同源距熱中子俘獲計(jì)數(shù)率疊合,對(duì)氣層、差氣層和干層的識(shí)別效果不佳,如第6～17小層。第6道是該井快中子截面與純砂巖快中子截面的疊合,其綠色填充面積識(shí)別出了氣層、差氣層和干層,效果優(yōu)于第7道熱中子俘獲截面對(duì)儲(chǔ)層含氣性的識(shí)別能力。第7道熱中子俘獲截面與地區(qū)熱中子俘獲截面(經(jīng)驗(yàn)值)疊合,將部分干層識(shí)別為儲(chǔ)層,如第1、21、23小層。與裸眼測(cè)井結(jié)果對(duì)比,RDT測(cè)井儲(chǔ)層飽和度也顯示了不同程度的衰減,其幅度與RPM測(cè)井的衰減幅度略有差別,主要原因是2種測(cè)井儀器精度、誤差不同所致,但儲(chǔ)層動(dòng)用和衰減趨勢(shì)與實(shí)際認(rèn)識(shí)相符。

圖4 迪那2-X井RDT測(cè)井成果圖(飽和度)

在遺漏層識(shí)別方面,第18小層裸眼解釋為干層,該次RDT測(cè)井解釋本小層孔隙度為5%,熱中子俘獲截面較其它干層(如第1～5小層)明顯偏低,長(zhǎng)短源距熱中子俘獲計(jì)數(shù)率曲線均有包絡(luò)顯示,且快中子截面(FNXS)值為6.78 m-1,低于純砂巖快中子截面值,表明該小層含氣,因此,綜合解釋為差氣層。

4 結(jié) 論

(1)TNIS探測(cè)未被地層俘獲的熱中子,以成像方式顯示熱中子衰減譜和熱中子俘獲譜,具有快速、直觀的特點(diǎn);RPM利用氣體探測(cè)測(cè)量伽馬射線在空間域上的衰減,具有測(cè)量速度快、趟數(shù)少的特點(diǎn);RDT探測(cè)非彈性碰撞伽馬和俘獲伽馬時(shí)間譜及元素能量譜,一次下井可以測(cè)量多種參數(shù),具有識(shí)別效果好、精度高的特點(diǎn)。

(2)3種儀器對(duì)比測(cè)井表明,RDT測(cè)井效果最佳,其特有的快中子截面參數(shù)能有效識(shí)別氣層、差氣層和干層;RPM測(cè)井效果次之,其氣體探測(cè)對(duì)儲(chǔ)層含氣性有較好的敏感性;而TNIS測(cè)井獲得的熱中子俘獲截面和長(zhǎng)短源距熱中子計(jì)數(shù)率比與RDT、RPM相同參數(shù)相比無明顯優(yōu)勢(shì),其熱中子衰減成像技術(shù)無法有效識(shí)別氣層和干層。

(3)迪那2-X井飽和度測(cè)井的成功應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了致密砂巖儲(chǔ)層飽和度測(cè)井探索,驗(yàn)證了不同測(cè)井儀器的可行性和適用性,為塔里木及其它油田同類型儲(chǔ)層飽和度監(jiān)測(cè)提供了借鑒。由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選取的測(cè)井段無水淹層,3種測(cè)井儀器對(duì)水淹層的識(shí)別效果還需進(jìn)一步驗(yàn)證。