RPM碳氧比測井資料解釋軟件研發

鄭永建,李家駿,郭海敏,曾桃

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東湛江524057;2.長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室,湖北武漢430100;3.長江大學地球物理與石油資源學院,湖北武漢430100)

0 引 言

碳氧比測井技術可以確定套管井剩余油飽和度,是油田油藏動態監測的重要手段,并對水淹層的判別及裸眼井中低電阻率油層的識別等問題具有一定指導意義[1]。由于海上油田生產管柱結構復雜,以斜井為主,碳氧比測井解釋結果常常存在較大的誤差。同時海上油田缺乏完備的RPM碳氧比測井資料處理解釋軟件,解釋和處理一般由服務公司完成后提交處理成果,制約了該技術與其他測井資料的同步結合,給地質、油藏研究帶來了極大不便。因此,本文開展了RPM碳氧比測井資料解釋軟件的研發工作,并在AECOLog測井解釋軟件平臺上使用Qt開發框架實現了工業級的數據處理解釋軟件。

Qt是基于C++的跨平臺圖形界面程序開發軟件,具有跨系統平臺移植性,可提供“一次編寫,隨處編譯”的開發框架[2-3]。可提高對象處理的靈活性與多樣性,形成的軟件系統也具有良好的可移植性。因此該解釋系統具有操作方便,處理速度快等特點,在提供準確的處理成果的同時,也為實際生產使用提供了極大的便利。

1 RPM碳氧比測井資料解釋流程

1.1 曲線預處理

深度校正。以原始地層自然伽馬曲線為準,RPM-C/O測井前應進行RPM-PNC測量,用SGFC與原始自然伽馬校深,進而使RPM-C/O測量的CCL深度與RPM-PNC測量的CCL深度一致以保證深度的準確性。

合并曲線。對于碳氧比測井來說,因為測量過程中存在一定的計數統計漲落誤差,故使得最終測量得到的曲線存在較大的誤差和噪聲。RPM碳氧比測井是多趟多次測量,為了合理的利用數據通常是需要對多次測量的曲線進行合并濾波處理。

針對不同的曲線質量情況,所研發的RPM測井解釋軟件為用戶提供3種合并處理方法。當多趟測量曲線質量均較好時,可以使用常見的均值法進行曲線的合并處理;當多趟測量曲線中有1趟測量或2趟曲線異常時,使用中值法進行曲線的合并處理;若所測量的多趟曲線中僅有1趟或2趟曲線質量較好,則可以選用測量質量好的一條曲線為基準曲線,使用皮爾遜相關法根據閾值選取其他曲線數據進行均值合并處理。可一鍵處理長短源距的所有曲線合并處理,提高了數據處理的效率。

1.2 影響因素校正

碳氧比測井儀器所發射的14 MeV的快中子需要穿透儀器的外壁、油管、套管和水泥環等介質才能到達地層[4]。會受到套管尺寸、水泥環厚度、泥質含量、礦化度、環空流體和鉆井液侵入等對測量結果的影響。在實際進行解釋處理時,需要對其環境影響因素進行校正。該系統提供了6種影響因素的校正方法。

1.2.1 套管尺寸校正

套管往往影響非彈性散射碳氧比值、俘獲硅鈣比值和非彈性散射鈣硅比值等,從而影響所計算的含水飽和度。為了校正管柱對含水飽和度的影響,在歸一化解釋模型的基礎上得到了含水飽和度計算公式

(1)

式中,C/Oc為經校正后非彈性散射碳氧比值,無量綱;C/Ow為100%含水地層非彈性散射碳氧比值,無量綱;ΔC/O為100%含油地層與100%含水地層非彈性散射碳氧比差值,無量綱;M為ΔC/O乘法因子,表征碳氧比曲線對地層中碳與氧原子數比的靈敏度,隨著套管尺寸變大而變小。

1.2.2 水泥環厚度校正

水泥環的厚度往往也會影響含水飽和度的計算,根據Atlas實驗室刻度6.625 in[注]非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同,套管充淡水得到視含油飽和度Soa與真含油飽和度Sot的圖版,通過線性插值得到不同水泥環厚度下Soa與Sot的關系進行校正[5]。

圖1 不同水泥環厚度下視含油飽和度Soa與 真實含油飽和度Sot關系圖版(Atlas)

如圖1所示,隨著水泥環厚度的增加,視含油飽和度乘法因子隨之增加。根據圖版中的函數關系式,可以得到視含油飽和度和真實含油飽和度存在關系式

Sot=k×Soa

(2)

k=0.01091h2+0.076448h+1

(3)

式中,Soa為視含油飽和度,%;Sot為真含油飽和度(經水泥環校正后的含油飽和度),%;k為校正系數即斜率,無綱量;h為水泥環的厚度,in。

1.2.3 泥質含量校正

在砂泥巖地層剖面中,泥質含量中的有機碳和束縛水中所含的氫元素往往都會對測量的碳氧比值均有影響[6],所研發的RPM測井解釋軟件提供了2種泥質校正的方法。

(1)在分析砂泥巖骨架的碳氧比值和泥質含量的關系時,根據節選出的純泥巖層數據,進行多元線性回歸分析得到砂泥巖骨架的碳氧比值和泥質含量的關系[7]

(4)

式中,C/Oma為砂泥巖骨架的非彈性散射碳氧比值,無量綱;Vsh為地層的泥質含量值,小數;a為擬合所得到的二次項系數,無量綱;b為擬合所得到的一次項系數,無量綱;c為擬合所得到的常數項系數,無量綱。

當Vsh=0時,即為純砂巖層時,C/Oma=c。

一般當Vsh<-b/2a時,碳氧比值均低于純砂巖層的碳氧比值,所以

(5)

將測量的碳氧比值恢復到純巖性骨架點上,即對碳氧比值進行泥質含量校正的公式為

C/Oc=C/O+ΔC/O

(6)

式中,C/O為實測的非彈性散射碳氧比曲線值,無量綱。

(2)圖2為改進體積模型(雙水模型:可動水和束縛水),考慮到束縛水的影響,得到改進體積模型見式(7)

(7)

式中,φwb為束縛水孔隙度;m、n均為校正系數,由實際資料擬合得到。

圖2 儲層組成雙水模型示意圖

1.2.4 礦化度校正

當礦化度較高時,俘獲硅鈣比曲線受礦化度影響嚴重。通過Atlas實驗室確定的校正圖版(見圖3),通過插值計算可以得到不同礦化度下俘獲硅鈣比與孔隙度的關系,對俘獲硅鈣比進行校正[5]。

圖3 不同礦化度下硅鈣比值與孔隙度的關系圖版(Atlas)

根據圖版可得硅鈣曲線和孔隙度到在礦化度為0和230 000 mg/L時的關系

0 mg/L: Si/Ca=0.0014φ+1.309

(8)

230 000 mg/L: Si/Ca=-0.0065φ+1.309

(9)

由此可以刻度得到不同礦化度情況下的礦化度校正公式

(10)

式中,Si/Ca為俘獲鈣硅比值,無量綱;Si/Cac為校正后的俘獲硅鈣比值,無量綱;Ct為地層水的礦化度,×104mg/L;φ為孔隙度,小數。

1.2.5 環空流體校正

當套管和油管之間的環空空間中存在環空流體油時,在測井曲線上會導致碳氧比值呈現“臺階式”增大的現象,碳氫比曲線所受影響較小。基于碳氧比的流體靈敏度應大于碳氫比,提出利用二者的靈敏度差異反映井眼環空持率的變化。

(11)

由式(11)推導可得出

ΔS(C/Omax-C/Omin)+C/Omin-

(12)

式中,ΔS為二者的靈敏度差異值,無量綱;C/H為實測非彈性散射的碳計數率與俘獲的氫計數率的比值,無量綱;C/Omax為非彈性散射碳氧比曲線的最大值,無量綱;C/Omin為非彈性散射碳氧比曲線的最小值,無量綱;C/Hmax為碳氫比曲線的最大值,無量綱;C/Hmin為碳氫比曲線的最小值,無量綱。

由式(12)可知,碳氫比和碳氧比曲線存在比較好的線性關系,假定其如式(13)所示

C/O=a×C/H+b

(13)

則針對于未受環空流體影響層段不同的深度點應存在關系

(14)

式中,C/On為不同深度點的實測非彈性散射碳氧比值,無量綱;C/Hn為不同深度點的實測非彈性散射的碳計數率與俘獲的氫計數率的比值,無量綱;an為不同深度點擬合線性關系的斜率,無量綱;bn為不同深度點擬合線性關系的截距,無量綱。

通過解超定方程組得到最優解的a和b的值,輸入到解釋參數中,可通過實測碳氫比曲線計算出一條經過環空校正后的碳氧比曲線,進行含水飽和度的計算。

1.2.6 鉆井液侵入校正

由于鉆井過程中存在壓差導致鉆井液濾液侵入地層,改變了周圍井眼的物理特性,從而導致鉆井液侵入前后測得的響應值存在差異。

一般SVD法在這里給出了矩陣條件數小于等于SNR的限制,避免了解的不穩定性。根據體積模型得到侵入前后含水飽和度關系式并對含水飽和度直接進行校正[8],如式(15)所示

(15)

式中,Swc為鉆井液侵入前的地層含水飽和度,%;Sw為鉆井液侵入后的所計算的地層含水飽和度,%;r為侵入深度(可由電阻率曲線校正圖版或者滲流資料計算得到)[9-10],m。

1.3 飽和度計算

經過環境校正后所得到的非彈性散射碳氧比值、俘獲硅鈣比值和非彈性散射鈣硅比值可以計算儲層的含水飽和度(含油飽和度)信息。考慮到環境影響、地層孔隙度和巖性的變化,該系統提供了3種含水飽和度的計算方法,分別是Si/Ca—C/O交會圖法、Ca/Si—C/O交會圖法和扇形圖版。

1.3.1 Si/Ca—C/O交會圖法

Si/Ca-C/O交會圖法是根據實驗室的非彈性散射碳氧比值和俘獲硅鈣比值作交會圖版所得到的含油飽和度的解釋公式[5],如式(16)所示

(16)

式中,So為計算的含油飽和度,%;φ為地層的孔隙度,小數;Si/Ca為俘獲硅鈣比值,無量綱;C/O為非彈性散射碳氧比值,無量綱;kw、Lw為分別非彈性散射碳氧比值和俘獲硅鈣比值交會水線的斜率和截距,無量綱。

1.3.2 Ca/Si—C/O交會圖法

Ca/Si—C/O交會圖法同樣也是根據實驗室的交會圖版所得到的含油飽和度的解釋公式[5],如式(17)所示

(17)

式中,Ca/Si為非彈性散射鈣硅比值,無量綱;kwcs、Lwcs分別為非彈性散射碳氧比值和鈣硅比值交會水線的斜率和截距,無量綱。

1.3.3 扇形圖法

扇形圖版法是通過孔隙度與碳氧比值關系模擬圖版建立碳氧比解釋的模型,通過100%含油和100%含水2種臨界條件,得到純油地層和純水地層的碳氧比差值ΔC/O。根據簡單線性解釋方法含水飽和度的歸一化對Sw的計算公式進行了改進[見式(1)] 。

2 解釋與應用效果

RPM解釋軟件整體分為碳氧比測井預處理、影響因素校正和碳氧比測井含水飽和度解釋3個部分。其中,預處理部分完成對測井數據的曲線深度校正、合并濾波等功能;碳氧比測井含水(油)飽和度解釋主要提供環境因素校正和3種含水(油)飽和度解釋方法。

圖4 碳氧比測井解釋處理成果

圖4是某區塊A井的碳氧比解釋處理與取心資料對比結果圖。其中紅色的飽和度曲線(SWCO_S)為利用該RPM軟件解釋處理所得,與Express軟件處理的含水飽和度曲線(SOCO)基本一致,絕對誤差均小于8%,相對誤差小于0.5%。

從取心資料分析,所計算的含水飽和度值與取心巖樣分析基本吻合,符合率達85%以上。

其中,第1道是井徑、自然伽馬曲線;第2道是電阻率曲線;第3道是經本文解釋軟件預處理后得到的碳氧比和硅鈣比曲線;第4道是深度;第5道是飽和度曲線,其中紅色曲線為該RPM解釋軟件所計算的含水飽和度曲線,綠色曲線為Express處理的含水飽和度曲線,藍色為裸眼井計算的含水飽和度曲線;第6道是該RPM解釋軟件的含水飽和度曲線和密閉取心資料對比;第7道為碳氧比測井解釋計算的純油純水線;第8道為巖性剖面曲線。

3 結 論

(1)基于Qt框架編制的RPM碳氧比測井資料解釋系統包括曲線預處理、影響因素校正和碳氧比測井飽和度計算等模塊,功能齊全,可以滿足油田現場的應用需求。

(2)該系統集成于AECOLog測井解釋平臺上,流程簡單、操作方便,便于用戶掌握。處理效果與國外同類處理軟件水平一致,達到了油田實際生產解釋處理的需要。