新型陣列介電測(cè)井工具ADT在南海油田的應(yīng)用

張明杰，郭書生，安東嶺

（中海石油有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

新型陣列介電測(cè)井工具ADT在南海油田的應(yīng)用

張明杰，郭書生，安東嶺

（中海石油有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

新型陣列介電測(cè)井ADT測(cè)井工具是在單頻電磁波傳播測(cè)井EPT儀器的基礎(chǔ)上，采用了多級(jí)補(bǔ)償推靠極板設(shè)計(jì)和多頻交叉偶極子測(cè)量模式，有效地消除了井眼、泥餅等環(huán)境因素影響，通過在中國(guó)南海某油田的應(yīng)用案例分析，指出了此工具在識(shí)別地層稠油、薄層，計(jì)算殘余油飽和度、含水體積等方面有較好的應(yīng)用效果。

陣列介電測(cè)井；多級(jí)補(bǔ)償；交叉偶極子；殘余油飽和度

隨著勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，常規(guī)測(cè)井項(xiàng)目難以識(shí)別薄互層儲(chǔ)層，稠油油層及定量侵入關(guān)系，這就給測(cè)井解釋及油田開發(fā)帶來一些困惑，新型介電方法的引入為這種情況提供了解決的可能。在油氣勘探中，介電測(cè)井曾經(jīng)風(fēng)靡一時(shí)，后來由于受環(huán)境影響太大，探測(cè)太淺，解釋偏差較大而逐漸停止使用。介電測(cè)井工具的發(fā)展從單一頻率介電測(cè)井至雙頻介電，到后來發(fā)展的陣列介電測(cè)井。介電測(cè)井的設(shè)計(jì)及方法不斷的在改善，但應(yīng)用效果一直不太理想。斯倫貝謝公司新型陣列介電測(cè)井工具ADT，它的獨(dú)特設(shè)計(jì)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)了以前介電測(cè)井工具的許多缺點(diǎn)，其識(shí)別稠油和薄層的能力在南海取得了初步成功。

1 介電測(cè)量原理

介電測(cè)井是利用電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)的存在使得電磁波的幅度發(fā)生衰減和相位移動(dòng)，這與介質(zhì)的介電常數(shù)大小密切相關(guān)，由此可建立電磁波傳播幅度和相位與介電常數(shù)和電導(dǎo)率的關(guān)系，并且低頻測(cè)量主要受電導(dǎo)率的影響，隨著頻率的增加，介電效應(yīng)逐漸起主導(dǎo)作用，從而利用高頻介電常數(shù)計(jì)算地層含水飽和度和殘余油飽和度的測(cè)井方法，進(jìn)而評(píng)價(jià)油氣層[1]。圖1所示當(dāng)介質(zhì)存在時(shí)電磁波發(fā)生了幅度衰減和相位移動(dòng)。

介電頻散是介電常數(shù)隨頻率變化的函數(shù)，如下式：

圖1 介質(zhì)中電磁波傳播示意圖

介質(zhì)在外加電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生極化，極化的能力反應(yīng)為介電常數(shù)。介電常數(shù)大小與介質(zhì)的極化類型有關(guān)，主要有三種物理極化類型主導(dǎo)介電常數(shù)大小，分別為電子極化、分子定向極化和界面極化如圖2所示。

圖2 介電極化類型

每種極化類型都是由不同的電場(chǎng)頻率主導(dǎo)的，當(dāng)頻率超過一定范圍，主導(dǎo)的極化類型將改變，圖3顯示了在特定頻率范圍內(nèi)存在的極化類型。在低頻時(shí)介電常數(shù)有極大值，因?yàn)楫?dāng)頻率低于幾百兆赫茲出現(xiàn)了界面極化，隨著頻率的升高，起主導(dǎo)的極化類型為電子極化和分子定向極化，此時(shí)介電常數(shù)降低，這就是介電掃描測(cè)井的介電頻散。由于不同頻率下極化方式不同，所以介電常數(shù)是頻率的函數(shù)[2]。

圖3 介質(zhì)極化機(jī)理

巖石是一種復(fù)合介質(zhì)，由礦物成分，孔隙中的流體組成，常見的礦物介電常數(shù)值差別不大，由于水的介電常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他礦物以及油氣的介電常數(shù)，純油的相對(duì)介電常數(shù)約2 ～ 4左右，純水的相對(duì)介電常數(shù)約在60 ～ 80左右，因此利用油水的介電常數(shù)差別可以定性判別油水層[3]。表1為常見的礦物和流體介電常數(shù)值。

表1 常見礦物和流體介電常數(shù)值

2 陣列介電工具ADT簡(jiǎn)介

ADT陣列介電測(cè)井工具（圖4），亦稱介電掃描，它采用液壓推靠井徑儀陣列極板貼緊井壁，對(duì)于不規(guī)則井壁它可以自動(dòng)靈活調(diào)節(jié)極板壓力，使之貼緊井壁，消除了井眼不規(guī)則的影響。

極板上采用中間兩對(duì)電磁發(fā)射線圈，上下四對(duì)對(duì)稱補(bǔ)償?shù)慕邮站€圈，一個(gè)電極接收線圈，一個(gè)泥餅探測(cè)器用以探測(cè)泥餅介電特性，消除泥漿和泥餅影響，如圖5所示。它的測(cè)量方式是交叉偶極子測(cè)量方式。電磁波以20 MHz ～ 1 GHz四種頻率、兩種極化方向傳播進(jìn)入地層，測(cè)量井壁外達(dá)4 in（10.2 cm）的高分辨率和高精度的儲(chǔ)層特征[2]。它的探測(cè)深度4 in（10.2 cm），垂向分辨率1 in（2.5 cm），耐溫175℃，耐壓25 000 psi（172 375 kPa），測(cè)速1 800 ～ 3 600 ft/h（548 ～ 1 097 m/h）。

常規(guī)單頻介電測(cè)井在解釋巖石結(jié)構(gòu)響應(yīng)、侵入和地層侵入帶水的礦化度上存在著一定的困難。陣列介電測(cè)井工具ADT能夠連續(xù)測(cè)量地層的頻散特性，并且通過不同的陣列間距、兩種極化和四種頻率，徑向解釋每個(gè)頻率的介電常數(shù)和電導(dǎo)率[2]。陣列介電測(cè)井工具ADT應(yīng)用地球物理模型計(jì)算每個(gè)頻率的介電常數(shù)和電導(dǎo)率。輸出的模型參數(shù)是含水孔隙度、水的礦化度和碳酸鹽的巖石結(jié)構(gòu)響應(yīng)。如果用油基泥漿鉆井，所得水的礦化度為地層水礦化度。在碳酸鹽中，介電頻散特性主要受巖石結(jié)構(gòu)所影響，介電測(cè)井測(cè)量的巖石結(jié)構(gòu)可以提供阿爾其公式的m、n指數(shù)。在重油和侵入淺的地層可以和核磁儀器計(jì)算可動(dòng)油含量。該儀器主要探測(cè)三種信息：徑向信息、地質(zhì)構(gòu)造信息和巖石基質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，通過反演各個(gè)頻率下接收發(fā)射對(duì)記錄的數(shù)據(jù)，得到幾個(gè)區(qū)域如泥餅、近沖洗帶、遠(yuǎn)沖洗帶的介電常數(shù)和電導(dǎo)率[4]。利用CRI模型計(jì)算四種頻率中每一種頻率下的巖石物理參數(shù)，用多種頻率下的數(shù)據(jù)針對(duì)不同探測(cè)深度進(jìn)行頻散處理。

陣列介電測(cè)井工具的主要應(yīng)用是：

（1）可以直接測(cè)量探測(cè)范圍內(nèi)地層的含水體積，解決生產(chǎn)儲(chǔ)層中的殘余油氣體積，低阻或者低對(duì)比度砂泥互層的油氣體積，稠油儲(chǔ)層中油氣體積和流動(dòng)性，水的礦化度。

（2）識(shí)別高分辨率薄層及計(jì)算其含水孔隙度和殘余油飽和度。

（3）對(duì)于碳酸鹽巖儲(chǔ)層，還可以通過對(duì)巖石結(jié)構(gòu)的測(cè)量以獲得連續(xù)深度的膠結(jié)指數(shù)m和n，用來計(jì)算原狀地層的含水飽和度。

（4）碎屑巖儲(chǔ)層可以測(cè)量陽離子交換量（CEC）和做各向異性的分析。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

潿西南某口井鉆穿上下兩套目的地層，上下預(yù)計(jì)的地層壓力系數(shù)差別較大。特別是下部地層，為濁積體沉積，物性復(fù)雜，為了弄清楚此井下部地層的物性及含油氣性，在設(shè)計(jì)測(cè)井項(xiàng)目特加了新型陣列介電ADT測(cè)井項(xiàng)目。下面就新型陣列介電測(cè)井ADT的應(yīng)用進(jìn)行分析。

圖4 陣列介電測(cè)井工具ADT外觀圖

圖5 陣列介電測(cè)井ADT極板發(fā)射和接收線圈結(jié)構(gòu)圖

3.1利用介電測(cè)井計(jì)算沖洗帶殘余油飽和度和含水飽和度

其與核磁結(jié)合計(jì)算可動(dòng)油體積，揭示地層侵入和地層污染程度。如圖6所示，1 835～1 847 m井段為上部一套地層，核磁可動(dòng)孔隙（中間道的粉紅曲線）占總孔隙70%，核磁T2譜分布有不規(guī)則譜后移，說明有烴信號(hào)，從常規(guī)曲線上看本層為油層。從第五道介電測(cè)井ADT曲線（綠色區(qū)域）看出沖洗帶殘余油飽和度為10%左右，含水飽和度為90%，與核磁曲線結(jié)合，介電測(cè)井顯示本層泥漿侵入較深，地層污染嚴(yán)重，同時(shí)侵入程度也說明了可驅(qū)動(dòng)油較多，從MDT測(cè)壓泵抽資料所知本層地層壓力系數(shù)1.00左右，泥漿壓力系數(shù)1.35，高速泵抽1個(gè)小時(shí)才見到油信號(hào)顯示，也說明了泥漿侵入較深。1 745 ～ 1 795 m井段ADT含水飽和度基本為100%，得出的殘余油飽和度基本為零，為水層，核磁T2譜為明顯水的尖峰信號(hào)，與常規(guī)測(cè)井解釋一致。

3.2利用介電測(cè)井識(shí)別薄層，計(jì)算侵入較淺的稠油飽和度

圖6 陣列介電測(cè)井ADT與常規(guī)測(cè)井、核磁成果圖

由于當(dāng)前我國(guó)某些油田對(duì)薄層開發(fā)的需求，薄層和薄互層的識(shí)別與開發(fā)對(duì)測(cè)井儀器的縱向分辨能力提出了更高的要求[5]，新型陣列介電測(cè)井儀器對(duì)識(shí)別薄層有著很好的分辨能力。如圖7所示，此段為本井下部一套濁積砂體沉積地層，在2 348 ～ 2 360.5 m常規(guī)解釋為油層。從陣列介電工具測(cè)井（中間道綠色區(qū)域?yàn)锳DT所解釋殘余油飽和度）殘余油飽和度達(dá)到60%，與核磁所測(cè)核磁可動(dòng)空隙所占總孔體積（中間道粉紅曲線）基本一致，說明泥漿侵入地層較淺，侵入程度也從測(cè)壓取樣結(jié)果得到證實(shí)，本處泵抽10 min左右已顯示有油氣出現(xiàn)，取樣結(jié)果為稠油，所測(cè)地層壓力系數(shù)為1.32，與泥漿壓力系數(shù)1.34基本一致，未造成泥漿太大侵入。左邊第三道為FMI微電阻率成像，與左邊第二道（綠色區(qū)域）ADT所測(cè)殘余油飽和度對(duì)應(yīng)層位關(guān)系很好，尤其在2 348.5 ～2 348.7 m處只有0.2 m左右的薄層，其與FMI微電阻率成像的對(duì)應(yīng)關(guān)系很好，說明陣列介電工具有較高的薄層識(shí)別能力，可用于一些砂泥巖薄互層地層識(shí)別。

圖7 陣列介電測(cè)井ADT與微電阻率成像FMI、核磁對(duì)比圖

4 結(jié)論

（1）陣列介電ADT測(cè)井新技術(shù)對(duì)于計(jì)算殘余油飽和度，確定侵入深度及識(shí)別薄互層儲(chǔ)層方面具有很好的應(yīng)用前景。

（2）展望當(dāng)今，隨著勘探程度的不斷加深，儲(chǔ)層越來越復(fù)雜，三低儲(chǔ)層、侵入關(guān)系、殘余油飽和度計(jì)算、復(fù)雜巖性等等，給常規(guī)測(cè)井解釋帶來困惑，新型陣列介電測(cè)井工具的出現(xiàn)為測(cè)井解釋提供了一種手段，結(jié)合其它如核磁測(cè)井工具，它能更好的為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、油藏開發(fā)提供保障和依據(jù)。

[1] 李傳偉，慕德俊，李安宗．介電測(cè)井方法與實(shí)現(xiàn)[J]．地球物理學(xué)進(jìn)展，2007，22（6）：1862-1866．

[2] 謝然紅，馮啟寧，尚作源．雙頻介電測(cè)井解釋方法研究[J]．測(cè)井技術(shù)，1997，21（4）：250-253．

[3] 丁娛嬌，吳淑琴，李慶和，等．介電測(cè)井資料校正方法及油水層的定性識(shí)別[J]．測(cè)井技術(shù)，2000，24（2）：130-134．

[4] Carmona R, Decoster E, Hemingway J, et al. 介電測(cè)井新技術(shù)與應(yīng)用[J]．國(guó)外測(cè)井技術(shù)，2013（5）：62-74．

[5] 劉曼芬，馮慶國(guó)，王秀江，等．高頻介電測(cè)井的圍巖、薄夾層影響與分層能力的理論研究[J]．地球物理學(xué)報(bào)，1994，37（增刊）：552-560．

Application of New Array Dielectric Tool ADT to Oil Fields of South China Sea

ZHANG Mingjie, GUO Shusheng, AN Dongling
（Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Zhanjiang524034,China）

On the basis of previous dielectric equipment EPT, namely a single frequency electromagnetic wave propagation logging tool, the new type array dielectric tool (ADT) is designed with multi-level compensational electric pad and multi-frequency of cross dipole logging mode, which can eradicate effectively ambient effects, such as borehole and mud cake etc. Through analyzing the application case in oilfield of South China Sea, it is concluded that the application effects of this new tool are very good in identifying viscosity oil bearing layers, thin beds, calculation of residue oil saturation and water content.

array dielectric tool; multi-level compensation; cross-dipole; residue oil saturation

P631.8+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.04.070

1008-2336（2014）04-0070-05

2014-02-14；改回日期：2014-03-10

張明杰，男，1972年生，測(cè)井總監(jiān)，1996年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油地質(zhì)專業(yè)，從事測(cè)井、錄井現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)管理及研究工作。E-mail：zhangmj4@cnooc.com.cn。