DDCO-3型碳氧比測井儀在水淹層評價中的應(yīng)用

沈付建

(大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江大慶)

DDCO-3型碳氧比測井儀在水淹層評價中的應(yīng)用

沈付建

(大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江大慶)

DDCO-3雙源距碳氧比測井儀實(shí)現(xiàn)了中子發(fā)生器的自動控制和自動穩(wěn)譜功能,通過優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),縮短了儀器長度,提高了儀器性能。集碳氧比、中子壽命和氧活化水流指示測井功能于一體,可以利用測井?dāng)?shù)據(jù)解釋地層泥質(zhì)含量、孔隙度以及地層含水飽和度,利用氧活化水流指示曲線定性判斷出水層位,指導(dǎo)堵水。實(shí)踐證明,DDCO-3雙源距碳氧比測井能準(zhǔn)確確定儲層水淹級別,定性識別氣層,為油田勘探開發(fā)提供有效依據(jù)。

雙源距碳氧比;自動穩(wěn)譜;儲層水淹級別;識別氣層

0 引 言

碳氧比測井是套管井儲層剩余油評價的主要方法之一,主要用于劃分儲層水淹等級,為制定堵水及老井補(bǔ)孔增油方案提供依據(jù)。大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司研制的雙源距DDCO-2型測井儀[1]技術(shù)配套解釋軟件完善,能現(xiàn)場快速直觀解釋,在生產(chǎn)中取得了良好的應(yīng)用效果。但DDCO-2型測井儀器測量模式單一,僅具有碳氧比測量功能,在缺少裸眼井測井資料時難以準(zhǔn)確確定地層泥質(zhì)含量和地層孔隙度,不能定性直觀指示出水層位。鑒于此對DDCO-2型雙源距碳氧比測井儀器進(jìn)行改造,形成集碳氧比、中子壽命和氧活化水流指示測井功能于一體的雙源距碳氧比測井儀DDCO-3,新儀器不僅可以解釋碳氧比剩余油飽和度,而且可以利用中子壽命測井信息確定地層的泥質(zhì)含量和孔隙度,利用中子壽命測井在高地層水礦化度地區(qū)確定地層含水飽和度,利用氧活化指示曲線定性判斷出水層位,利用曲線疊加法定性識別氣層,為油氣田水淹評價測井提供了一種有效手段。

1 DDCO-3型碳氧比測井儀簡介

DDCO-3碳氧比測井儀外徑為89 mm,采用鋁合金和非金屬等輕質(zhì)材料,通過優(yōu)化設(shè)計(jì)儀器整體機(jī)械結(jié)構(gòu),井下儀器長度由5.8 m縮短到3.6 m,重量減輕到90 kg。儀器耐壓為60 MPa,中子發(fā)生器使用充氣結(jié)構(gòu),靶壓控制采用調(diào)幅方式,通過優(yōu)化磁芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和提高倍加器性能,將中子發(fā)生器的耐溫指標(biāo)提高到150℃。

DDCO-3測井儀陽極高壓變換器采用輸出頻率為4 Hz～10 kHz且占空比可調(diào)的陽極脈沖高壓開關(guān)模塊,由數(shù)控電路的綜合時序發(fā)生器產(chǎn)生控制陽極高壓開關(guān)的變頻率、變寬度的時序信號,實(shí)現(xiàn)了多種測井模式。中子管的電離能達(dá)到方波電離的效果,實(shí)現(xiàn)了中子發(fā)生器的雙爆發(fā)模式以及中子發(fā)生器的自動控制。并實(shí)現(xiàn)了井下自動穩(wěn)譜,減小了現(xiàn)場操作人員的工作強(qiáng)度及人為干預(yù)程度。

DDCO-3型碳氧比測井儀探測器采用2個BGO晶體,源距分別為29 cm和52 cm。2個探測器分別記錄非彈、俘獲和本底能譜,通過對不同能譜的處理可以得到167條測井曲線。

2 資料解釋方法

2.1 泥質(zhì)含量及孔隙度解釋方法

地層泥質(zhì)含量和孔隙度是定量解釋剩余油飽和度的關(guān)鍵參數(shù),通常采用自然伽馬和自然電位計(jì)算地層泥質(zhì)含量,利用聲波、密度和補(bǔ)償中子等孔隙度測井曲線計(jì)算地層孔隙度。在沒有自然伽馬和自然電位測井資料的情況下,DDCO-2型碳氧比儀通常采用硅鈣比曲線或巖性指示曲線計(jì)算地層泥質(zhì)含量,但受地層巖性及礦物成分的影響較大,不適用灰質(zhì)成分較多及巖石孔隙較小的地層。DDCO-3型碳氧比測井儀具有中子壽命測井功能,提供的地層俘獲截面曲線,與自然伽馬曲線類似,能夠準(zhǔn)確反映地層巖性變化,而且不受地層放射性異常影響。計(jì)算方法如下:

式中,R為RTMD或RIN;Rma、Rf分別為巖石骨架和孔隙流體外推值;φSH表示泥質(zhì)孔隙度;Vsh為泥質(zhì)體積。

2.2 飽和度解釋模型

碳氧比能譜測井探測深度淺,受井徑、套管尺寸、儀器外徑及井內(nèi)流體等環(huán)境因素影響大,因此在解釋模型中必須考慮環(huán)境因素的貢獻(xiàn)。綜合考慮地層孔隙流體、地層密度、井眼流體(包括套管壁上粘有石蠟和原油的情況)及水泥環(huán)厚度的影響,建立如下解釋模型[2]:

式中,∑、∑max、∑min分別是目的層的俘獲截面值、俘獲截面最大值和俘獲截面最小值;GCUR是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

DDCO-3型碳氧比測井儀記錄非彈能譜和俘獲能譜的原理分別與密度測井和中子測井的原理相似,利用近、遠(yuǎn)探測器俘獲伽馬總計(jì)數(shù)比值RTMD能計(jì)算出類似中子孔隙度的地層孔隙度。利用近、遠(yuǎn)探測器

式中:Ch、CCa、Ow、OCa、OSi為常數(shù),分別為油中碳密度、CaCO3骨架中碳的密度、水中氧的密度、CaCO3骨架中氧的密度及石英骨架中氧的密度。So為含油飽和度(小數(shù));φ為孔隙度(小數(shù));Y為井筒內(nèi)宏觀持油率(0≤Yo≤1);H為水泥環(huán)厚度(cm);VCa為骨架中Ca含量(小數(shù));CAL為套管外徑(cm);A、a、b、c、d、δ、α為未知數(shù),可以根據(jù)儀器刻度試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過約束變尺度法確定。針對實(shí)際測井曲線,需先對測井曲線進(jìn)行泥質(zhì)含量校正,再使用最優(yōu)化技術(shù)解算方程組,得到地層剩余油飽和度So。

在高地層水礦化度地區(qū),可以利用曲線計(jì)算含水飽和度Sw[3]:

式中,∑是測井值,∑ma、∑sh、∑w、∑h分別是骨架、泥質(zhì)、地層水和油氣的∑值。

2.3 水淹級別劃分

驅(qū)油效率的高低反映了油層水淹的強(qiáng)度。碳氧比能譜測井目前主要采用驅(qū)油效率劃分水淹級別。驅(qū)油效率定義η為:

式中,Swco和Swi分別表示碳氧比計(jì)算含水飽和度和束縛水飽和度,單位為百分?jǐn)?shù)。

采用中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T 6618-2005碳氧比測井資料處理及解釋規(guī)范),根據(jù)驅(qū)油效率將水淹層劃分為三個級別:弱水淹14%＜η≤35%;中水淹非彈性散射伽馬總計(jì)數(shù)比值RIN能計(jì)算出類似密度孔隙度的地層孔隙度。有效孔隙度φe計(jì)算公式為35%＜η≤53%;強(qiáng)水淹η＞53%。

2.4 氧活化曲線指示出水層位

利用活化譜得到的氧活化指數(shù)曲線OAI能夠指示出水層,在已射孔高壓水淹層之上,經(jīng)常出現(xiàn)氧活化指數(shù)OAI曲線數(shù)值升高現(xiàn)象,表明套管內(nèi)有水向上流動,指示該層產(chǎn)水。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 堵水實(shí)例

圖1 西丁××井碳氧比測井成果圖

在套管井中確定油層水淹程度,為制定堵水方案提供依據(jù),是目前碳氧比測井最主要的用途之一。圖1為西丁××井碳氧比解釋成果圖,該井為一口二元試驗(yàn)區(qū)采油井,于2009年10月24日進(jìn)行碳氧比測井,解釋成果表見表1。測井解釋結(jié)果顯示該井剩余油飽和度較低,OAI曲線也表明套管內(nèi)有向上的水流流動,均為高水淹層。但細(xì)分解釋可以看出該井水淹不均,驅(qū)油效率差異較大,分析認(rèn)為該區(qū)塊在注水開發(fā)過程中,存在類似“大孔道”的高滲透帶或注水“優(yōu)勢通道”,造成該井水淹不均。依據(jù)碳氧比測井解釋結(jié)果,采用化學(xué)封堵法進(jìn)行堵水,封堵前該井含水100%,目前產(chǎn)液31.9 t/d,產(chǎn)油2.23 t/d,含水93%,措施后最高日產(chǎn)液100.8 t/d,產(chǎn)油6.8 t/d,含水93.2%,堵水效果明顯。

表1 西丁××井碳氧比測井解釋成果表

3.2 曲線重疊法定性識別氣層

儲層中含有天然氣將使中子孔隙度減小,通常情況下,原油與水的熱中子宏觀俘獲截面相近,而天然氣的熱中子俘獲截面很小,因此可以利用俘獲截面低值識別氣層。俘獲計(jì)數(shù)率與地層減速能力以及地層元素的俘獲能力有關(guān),氫是所有元素中最強(qiáng)的中子減速劑,當(dāng)?shù)貙雍瑲鈺r,地層氫元素含量相對較低,地層減速能力降低,將有更多的熱中子被遠(yuǎn)探測器接收到,因此可以利用近遠(yuǎn)探測器俘獲計(jì)數(shù)率重疊、近遠(yuǎn)探測器非彈計(jì)數(shù)率重疊識別氣層。氣層與水層相比,氣層處地層密度降低,脈沖中子測井的近遠(yuǎn)探測器非彈計(jì)數(shù)率比和近遠(yuǎn)探測器俘獲計(jì)數(shù)率比均降低,因此,可以利用近遠(yuǎn)探測器非彈計(jì)數(shù)率比和近遠(yuǎn)探測器俘獲計(jì)數(shù)率比曲線重疊識別氣層。

圖2為達(dá)深×井碳氧比測井氣層定性解釋成果圖,圖中第一道為近遠(yuǎn)探測器宏觀俘獲截面SGFM,第二道為近探測器俘獲計(jì)數(shù)率NCAP和遠(yuǎn)探測器俘獲計(jì)數(shù)率FCAP,第三道為近探測器非彈計(jì)數(shù)率NIN和遠(yuǎn)探測器非彈計(jì)數(shù)率FIN,第四道為近遠(yuǎn)探測器非彈計(jì)數(shù)率比RIN和俘獲計(jì)數(shù)率比RCAP,第五道為近探測器俘獲與非彈計(jì)數(shù)率比RCIN和遠(yuǎn)探測器俘獲與非彈計(jì)數(shù)率比RCIF。該井1號層和2號層的4組重疊曲線均有幅度異常顯示,FCAP大于NCAP,FIN大于NIN,RCIF大于RCIN,RCAP與RIN均變小,表明1、2號層為氣層,與該層實(shí)際結(jié)論一致。

圖2 達(dá)深×井碳氧比測井氣層定性解釋成果圖

4 結(jié) 論

(1)DDCO-3測井儀集碳氧比、中子壽命和氧活化水流指示測井功能于一體,測井信息多,將逐步取代DDCO-2測井儀,成為套管井剩余油評價主力儀器。

(2)DDCO-3測井儀實(shí)現(xiàn)了中子發(fā)生器自動控制和自動穩(wěn)譜功能,通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),井下儀器長度由過去的5.8m縮短到3.6m,減輕了現(xiàn)場操作人員的工作強(qiáng)度及人為干預(yù)程度,提高了儀器的可靠性。

(3)測井實(shí)例表明DDCO-3測井資料能準(zhǔn)確確定儲層水淹情況,定性識別氣層,為油田勘探開發(fā)提供依據(jù)。

[1] 董建華,劉憲偉,王 晶.DDCO-2型雙源距碳氧比能譜測井儀[J].石油儀器,2002,16(6)

[2] 鄭 華,劉憲偉,董建華.雙源距碳氧比測井技術(shù)研究[J].測井技術(shù),2005,29(2)

[3] 趙培華.油田開發(fā)水淹層測井技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2003

Application of DDCO-3 C/O tool in evaluation of water-flooded reservoirs.

Shen Fujian.

DDCO-3 dual-detector C/O logging tool achieves automatic control and automatic spectrum stabilization of the neutron generator.The length is shortened and the performance is improved by optimizing the design of the tool structure.The tool has three loggingfunctions:C/O,neutron lifetime and oxygen activation.The logging data can be used to interpret shale volume,porosity and water saturation.Oxygen activation index curve can be used to indentify water exit layers and guide water shutoff.According to the logging instance,DDCO-3 logging can accurately determine reservoir flood level and qualitative identify gas layer.The tool provide an effective basis for oil exploration and development.

dual-detector C/O;automatic spectrum stabilization;reservoir flood level;gas layer identification

P631.8+1

B

1004-9134(2011)03-0040-03

沈付建,男,1977年生,工程師,2000年畢業(yè)于西南石油學(xué)院,現(xiàn)在大慶油田測試分公司解釋評價中心從事測井資料解釋工作。郵編:163453

2010-01-06編輯姜 婷)

PI,2011,25(3):40～42

·開發(fā)設(shè)計(jì)·