PNN+飽和度測井復雜水淹層識別

2019-12-25 03:35:46鄭利江孫雅琳車蓉熊坤王青川孟慶偉鄧瑞

測井技術 2019年4期

鄭利江,孫雅琳,車蓉,熊坤,王青川,孟慶偉,鄧瑞

(1.青海油田公司測試公司,青海茫崖816499;2.青海油田公司財務處,甘肅敦煌736200;3.青海油田公司采油一廠,青海茫崖816499;4.油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學),湖北武漢430100)

0 引言

隨著油田注水開發(fā)工作不斷深入,注入水常突破到一線油井,主力儲層呈連片水淹態(tài)勢,層間矛盾加劇,剩余油分布呈孤立、零星狀態(tài),尋找剩余油工作也變得越來越困難。2007年,青海油田引進了PNN飽和度測井技術,為油藏綜合治理、剩余油挖潛提供了科學依據(jù),在油田開發(fā)中發(fā)揮了不可替代的重要作用。

從多年PNN飽和度測井應用效果看,該技術受淡水水淹、混合水復雜水淹和地層水礦化度低等因素的影響。一方面是尕斯E31、尕斯N1-N21、躍進二號東高點等油田處于開發(fā)中后期,由于平面注水推進的不均衡和清污交替混合注入,造成了縱向上不同地層混合液電阻率和礦化度復雜多變,給中高含水階段水淹層的準確識別帶來極大困難;同時,英東等新開發(fā)油田部分區(qū)塊注入淡水,在部分更新井上已經(jīng)出現(xiàn)明顯的淡水水淹情況。不同井累計注水、相對注入量不同,使得不同井的礦化度在不同水淹時期變化也不同,地層混合水礦化度的復雜多變,且難以準確確定,給以中子壽命測井為主的剩余油評價造成較大困難。另一方面是昆北、馬北等低礦化度油田,由于儲層中氯離子含量低,油水層俘獲截面值均為低值(均在16 c.u.(1)非法定計量單位,1 c.u.=1×10-3 cm-1,下同以下),使得采用中子壽命進行油、水層以及水淹狀況識別的準確性大大降低。

為滿足油田淡水水淹、混合水復雜水淹層的準確識別需求,近幾年,奧地利HOTWELL公司在PNN測井的基礎上升級推出了PNN+測井技術,增加了遠近2個伽馬探頭。該技術通過對儲層氧元素含量變化的探測并結(jié)合俘獲截面曲線來綜合判斷水淹狀況,可彌補PNN測井的不足,對油田淡水水淹、混合水復雜水淹層的準確識別具有獨到優(yōu)勢。

1 PNN+飽和度測井技術

1.1 飽和度測井技術

套管井飽和度核測井技術根據(jù)測量對象的不同可分為碳氧比能譜測井、中子壽命測井和過套管電阻率測井3個大類。碳氧比能譜測井包括普通碳氧比測井(單源距)、斯倫貝謝公司的RST測井[1]、哈里伯頓公司的RMT測井[2]、阿特拉斯公司的RPM測井[3]以及康普樂公司的PND-S測井[4];中子壽命測井包括傳統(tǒng)的中子壽命測井[5]、注硼中子壽命測井[6]以及HOTWELL公司的PNN和PNN+測井等(見表1);過套管電阻率測井儀器投入商業(yè)使用的有CHFR儀器、ECOS儀器、XCRL儀器、TCFR儀器等。

套管井飽和度核測井早期僅有中子壽命測井1種測井方法,如今出現(xiàn)了以多種元素為探測目標的測井技術,測井方法從單一元素探測到全譜測量。如大慶測試公司研發(fā)的PNST[7-8]、西安奧華公司研發(fā)的PSSL全譜飽和度測井[9]儀器等都實現(xiàn)了單一元素探測到全譜全過程測量。奧地利HOTWELL公司PNN+測井技術,增加了地層氧元素含量的探測,主要結(jié)合俘獲截面曲線綜合應用在低礦化度地區(qū)、淡水水淹層識別等方面。

1.2 PNN+測井原理及技術特點

1.2.1測井原理

通過可控中子源向地層中發(fā)射14 MeV高能中子流,該中子流具有較強的穿透能力,可以穿過儀器外殼、井液、套管、水泥環(huán),射入地層數(shù)10 cm深,與地層原子核發(fā)生各種反應[13]。中子探測器利用長、短2個源距探頭記錄從快中子束發(fā)射30 μs后的1 800 μs時間的熱中子計數(shù)率,每個探測器均將其時間譜記錄分成60道,每道30 μs,測量的是地層中熱中子本身數(shù)量的多少——熱中子計數(shù)率,根據(jù)熱中子的衰減情況計算熱中子的壽命,進而求出熱中子的宏觀俘獲截面Σ;伽馬探測器利用遠、近2個源距探頭記錄地層中低能(活化Al、Si等)、高能(活化氧)伽馬射線計數(shù)率,主要通過氧元素含量的測量來區(qū)分水淹層和潛力層(見圖1)。

1.2.2技術特點

主要通過氧元素含量曲線和俘獲截面曲線綜合分析,在低礦化度地區(qū)識別油水層,在淡水水淹和混合水復雜水淹地區(qū)識別水淹層。以地層水礦化度150 000 mg/L,注入水礦化度25 000 mg/L為例(見圖2),俘獲截面(Σ)曲線在1號層(含油飽和度50%的油水同層)和4號層(水層,50%注入水、50%地層水)值一致,無法有效區(qū)分,通過氧元素含量曲線與Σ曲線結(jié)合,可有效識別出4號層為水層(氧含量值為高值)。

表1 儀器性能指標對比表

圖1 PNN+飽和度測井測量原理圖

1.3 影響因素分析

影響PNN+測井質(zhì)量的因素主要包括地層高伽馬、井眼流體礦化度、井身結(jié)構(gòu)、流體性質(zhì)等[11-12](見表2)。比如當井內(nèi)存在不同的流體界面時,對計數(shù)率會產(chǎn)生較大的影響,特別是井內(nèi)具有大量氣體時,對遠計數(shù)率的影響較大。

圖2 PNN+飽和度測井標準層曲線理論響應圖

2 PNN+飽和度測井資料解釋方法

2.1 測井速度校正

測井過程中,最好能夠保證測速恒定,這樣所有的曲線可以做同樣的校正;但是一般情況下,保持測速恒定比較困難,所以曲線必須要做速度校正。對于平均活化半衰期的假設,對校正很有必要;高能伽馬射線需要校正的比重較大。

2.2 計算比率曲線

不同的比率曲線交會圖和重疊方法用于確定高的氧活化區(qū)。在圖3中,根據(jù)2條比率曲線的關系,顯示較高的氧活化區(qū)(藍色)和較低的氧活化區(qū)(潛在的碳氫化合物為綠色綠色)。比率曲線也與Σ曲線交會顯示,同樣用綠色包絡顯示含烴化合物的存在。

2.3 定性分析

(1)近源距伽馬探測器。低能(<2 MeV)活化Al、Si等;高能(>2 MeV)活化氧。

表2 PNN+飽和度測井影響因素表

*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

20世紀50年代，美國生理學家卡波維奇首次提出運動處方的概念。運動處方即醫(yī)師根據(jù)醫(yī)學檢查資料（包括運動試驗和體力測驗），按病人的健康、體力以及心血管功能狀況，用處方的形式規(guī)定運動種類、運動強度、運動頻率及運動時間等，并提出運動中的注意事項等，以此來改善病人的身體狀態(tài)。

圖3 PNN+飽和度測井成果圖

(2)遠源距伽馬探測器。低能(<2 MeV)活化Al、Si等;高能(>2 MeV)活化氧。

(3)計算比率。近/遠低能伽馬比值RATGNFL(用來計算孔隙度類比密度孔隙度);近源距低能/高能伽馬比值RATGN;遠源距低能/高能伽馬比值RATGF(主要為地層的活化反應)。

圖4 Σ—RATGN交會圖圖5 RATGN—φ交會圖

(4)水層/淡水水淹層。含氧量高,高能伽馬射線的計數(shù)率高,低能/高能的比值小,與俘獲截面曲線無包絡面積。

(5)油層。含氧量低,高能自然伽馬射線的計數(shù)率低,低能/高能的比值大,與俘獲截面曲線包絡面積大。

2.4 定量計算

PNN+解釋是基于PNN+處理的比率曲線和通過交會圖(模擬碳/氧比率曲線)顯示的綠色包絡低氧活化區(qū),初步認為其為含油氣飽和度較高的層位。

PNN+的解釋基于一些假設:所有的井眼效應都被去除,如果存在,也應該是一個常數(shù);儲層巖性相對穩(wěn)定,因此,巖性氧活化的作用相對穩(wěn)定;測速相對穩(wěn)定。

PNN+解釋軟件主要提供Σ—RATGN交會圖法、RATGN—φ交會圖法2種解釋模型。

(1)Σ—RATGN交會圖法。橫坐標為Σ,縱坐標為RATGN(低能/高能比值),顏色深淺代表常規(guī)PNN計算的含水飽和度大小,水、油的Σ值在常規(guī)PNN解釋中確定。圈內(nèi)數(shù)據(jù),Σ低值,計算含水飽和度較低。但是根據(jù)RATGN分析,該層含水飽和度較高,解釋為淡水水淹(見圖4)。

(2)RATGN—φ交會圖法。橫坐標為RATGN(低能/高能比值),縱坐標為φ(有效孔隙度),該交會圖類似于常規(guī)PNN定量解釋交會圖,需要確定水、油、骨架、泥質(zhì)的RATGN值(見圖5)。

圖6 A井PNN+飽和度測井成果圖

3 應用效果分析

3.1 清污交替混合注入油藏復雜水淹層識別

在復雜多變的非均質(zhì)儲層中進行水淹層測井的解釋和剩余油的評價,是地質(zhì)工程師和油藏工程師在注水開發(fā)油田中后期最為關注的熱點和難點問題。因此在注水油田開發(fā)的中后期,進行剩余油研究的首要任務是進行水淹層評價。

青海多數(shù)油田處于中高含水期,存在淡水水淹、水驅(qū)動用程度較低、剩余油高度分散等現(xiàn)象,尤其躍進二號油田斷層分布復雜,其儲層薄、多、散、雜,加之注水以及邊水作用,剩余油分布更趨復雜。單一測井資料難以準確識別水淹層,如PNN測井因為淡水水淹Σ值在水淹層也呈現(xiàn)低值。

A井為躍進二號油田一口采油井(見圖6),2018年1月進行PNN+飽和度測井,該井測前高含水(98.21%),擬層調(diào)補孔。PNN+飽和度測井資料分析,擬射孔層:Ⅰ-4+5+6小層中部物性最好的部位中水淹,俘獲截面相對偏高,近、遠源距低能比高能曲線“偏右”,與俘獲截面曲線疊合面積小,鄰近水井注入剖面為Ⅰ-6小層主吸,建議不補孔該層,補孔Ⅰ-7、13這2個低水淹層。4個已射孔層俘獲截面曲線均反向,近、遠源距低能比高能比值均為低值,判斷已全部高水淹,建議封堵。實際措施:封堵4個已射孔高水淹層;補孔Ⅰ-7、13這2個低水淹層。措施后,初期日產(chǎn)油6.23 t,含水17.6%,目前日產(chǎn)油2.74 t,含水24.02%。效果較好,與解釋結(jié)論相符,措施后半年累計增油753 t,效果明顯。

3.2 低礦化度地區(qū)底水抬升程度以及剩余油分布

柴達木盆地的昆北油田為辮狀河三角洲平原與前緣沉積環(huán)境,砂體厚度大,儲層巖性粒度較粗,主要為礫狀中—粗砂巖、不等粒砂巖、砂礫巖、細礫巖。孔隙度7%～11%,滲透率(0.1～2)×10-3μm2[10]。油田礦化度較低,一般低于50 000 mg/L,由于儲層中氯離子含量低,油、水層俘獲截面均為低值(16 c.u.以下),不易區(qū)分,使得采用俘獲模式進行油、水層以及水淹狀況識別的準確性大大降低。

昆北切六E31油藏3口井的測井應用情況顯示,通過近、遠源距低比高能曲線與俘獲截面曲線疊合后的包絡面積分析,較好地識別了由于底水的錐進而造成的不同級別水淹狀況,為落實該油藏主力層、次非主力層剩余油分布和動用情況提供了依據(jù),改變了僅依靠俘獲截面曲線不能區(qū)分開油、水層的難題。B井為昆北切六E31油藏采油井(見圖7),2018年3月進行PNN+飽和度測井,該井測井前主要開發(fā)Ⅱ油組,主力層Ⅰ-12小層未生產(chǎn)。PNN+飽和度測井資料分析,Ⅰ-12小層氧含量中高,近、遠源距低比高能曲線與俘獲截面曲線疊合后有包絡面積,有剩余油顯示,中下部剩余油略高于頂部;次非主力層Ⅰ-13小層氧含量中高,近、遠源距低比高能曲線與俘獲截面曲線疊合后有一定的包絡面積,有剩余油顯示,含油性相對較好。實際措施:2018年4月3日封堵補孔,封堵射孔層Ⅱ-7、8、11;補孔Ⅰ-13(1 762.0～1 764.0 m)。措施后4月13日開始起抽,初期日產(chǎn)液5.74 t,日產(chǎn)油5.54 t,含水3.46%;7月日產(chǎn)液4.71 t,日產(chǎn)油4.33 t,含水8.12%,3個月累計增油475 t,效果明顯。