青海油田套管井飽和度測井技術(shù)應(yīng)用

張洪, 邱金權(quán), 雷剛, 李得信, 王青川, 甘常建

(1.青海油田測試公司, 青海 茫崖 816499; 2.青海油田培訓中心, 青海 茫崖 816499)

0 引 言

隨著油田開發(fā)進入中后期,監(jiān)測剩余油變化、觀測油層動態(tài)和確定儲層剩余油飽和度成為油田生產(chǎn)開發(fā)過程中一個十分重要的環(huán)節(jié)[1-2]。套管井剩余油飽和度測井方法主要分為2類:核測井和電測井[3]。核測井主要有熱中子壽命、碳氧比能譜、地層元素測井[4-6];電測井主要是過套管電阻率測井[7-12]。青海油田套管井飽和度測井主要是以核測井為主,相繼引進了美國康普樂公司PND-S、奧地利Hotwell公司PNN[13-15]、中國公司PSSL全譜[16]和熱中子壽命測井技術(shù)。由于青海油田油氣藏類型豐富,開采方式和開發(fā)狀況各異,針對各油氣藏存在問題和側(cè)重點差異,選擇適應(yīng)的套管井飽和度測井工藝,在剩余油監(jiān)測方面發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢。

近年來,在典型油氣藏開展了4項研究工作,取得了較好的應(yīng)用效果:①在開發(fā)中后期,含水較高的油田識別水淹層,尋找未動用層;②在新開發(fā)、低礦化度礫巖油藏識別油水層,掌握動用程度;③在開發(fā)穩(wěn)產(chǎn)期,生物成因低電阻率氣藏氣水識別,挖掘潛力層;④在注氣開發(fā)油藏監(jiān)測氣液界面變化,制定下步開發(fā)方案。通過PNN、PSSL測井在油田綜合應(yīng)用,形成了適合青海油田地質(zhì)開發(fā)特征的核套管飽和度測井技術(shù)。

1 青海油田套管井飽和度核測井介紹

1.1 PNN測井

PNN是脈沖中子-中子(Pusle Neutron-neutron)儀器的簡稱。通過儀器遠、近2個3He計數(shù)管探測熱中子,由熱中子時間譜求出地層宏觀截面,進而求取含水飽和度。PNN儀器記錄從快中子束發(fā)射30 μs后的1 800 μs時間的熱中子記數(shù)率,并將其時譜記錄分成60道,每道30 μs,從中提取地層宏觀俘獲截面,并據(jù)此分辨近井地層的含油水性質(zhì)。PNN探測和分析未被地層俘獲的熱中子,避免了探測伽馬方法存在的本底值影響,同時在更低礦化度(高于10 000 mg/L)和低孔隙度(大于8%)等地層保持了相對較高的記數(shù)率,削減了統(tǒng)計起伏的影響。同時,PNN還有一套獨特的數(shù)據(jù)處理方法,能夠最大程度地去除井眼影響,保證了地層中子俘獲截面Σ曲線的準確性,精度可以達到±0.1 c.u.*非法定計量單位,1 c.u.=10-3 cm-1,下同。PNN測井施工簡單,不需要特殊的作業(yè)準備,可過油管測量。

1.2 PSSL測井

PSSL是脈沖全譜飽和度測井儀器的簡稱。儀器通過向地層發(fā)射14 MeV的中子流,同時記錄了2種特征γ射線能譜,即非彈譜和俘獲譜。非彈散射伽馬射線與地層的含油性有關(guān),典型的特征元素有碳和氧,主要反映地層的流體性質(zhì);俘獲伽馬射線與地層某些元素性質(zhì)有關(guān),典型的特征元素有硅、鈣等,主要反映地層的巖性、孔隙性。PSSL測井儀有C/O和中子壽命2種測井模式,其中C/O模式不受地層水礦化度變化的影響,適用于高孔隙度(>15%)的儲層。常規(guī)碳氧比測井求取剩余油飽和度誤差較大(>±12%),探測深度約23 cm。影響C/O測量誤差的主要因素有井眼尺寸、井中流體礦化度、俘獲本底值、中子脈沖周期及中子源強等,測量的統(tǒng)計起伏也是誤差來源之一;中子壽命測量地層中巖石骨架和巖石孔隙內(nèi)流體各成份俘獲截面的總和,由總的俘獲截面計算出剩余油飽和度,這種方法適用于中、高孔隙度地區(qū),要求地層水礦化度大于4×104mg/L。

2 典型油氣藏應(yīng)用

2.1 中高水淹油田

A油田飽和度測井系列相對較多。目前在該區(qū)塊開展PNN測井,其主要解釋方法是標準公式法、交會圖、中子-俘獲截面疊加法。

(1) 標準公式法和交會圖[13-14]。標準公式法基于體積物理模型,將儲層看成由泥質(zhì)、骨架和孔隙組成的物理模型,骨架常包括不同巖性組分,孔隙中含有油、氣、水流體,測井俘獲截面反映三者總的響應(yīng),適用已詳細獲取地層參數(shù)及地層流體俘獲特性的油藏。該方法在油田開發(fā)早期應(yīng)用較多。交會圖法是彌補標準公式法局限性的一種補充解釋方法,利用孔隙度與地層俘獲截面的交會圖,確定水線和油線位置,在二者之間線性插值得出其他不同的含水飽和度線,進而計算各層含水飽和度。該方法需要對某一區(qū)塊進行PNN集中測試,錄取相當數(shù)量的實測資料,并結(jié)合同一層位一定數(shù)量的油層或水層的單層試油資料,進行標準解釋圖版建立。目前該解釋方法應(yīng)用較為廣泛。

(2) 中子-俘獲截面疊加法。補償中子測井測量地層含氫指數(shù),反映地層總孔隙度;PNN測井俘獲截面主要表征儲層不同元素俘獲能力的大小,其中氯元素俘獲能力較強,反映水的含量(含水孔隙度)。因此,將二者曲線進行疊合分析,可以定性判斷烴類層與水層,適用于中高水淹油田。

圖1 中子-俘獲截面疊加法

油層:砂巖儲層段電阻率曲線為高值[見圖1(a)],俘獲截面曲線相對中子孔隙度曲線明顯正異常顯示。

油水同層:砂巖儲層段電阻率曲線上高下低[見圖1(b)],上部俘獲截面曲線相對中子孔隙度曲線明顯正異常顯示,但在儲層下部2條曲線疊合,可以清晰指示油水界面位置。

水層:砂巖儲層段電阻率曲線低值[見圖1(c)],俘獲截面曲線相對中子孔隙度曲線重合。

水淹層:砂巖儲層段電阻率曲線高值[見圖1(d)],補償中子為高值,俘獲截面曲線相對中子孔隙度曲線負異常顯示。

A-X1井Ⅲ-4、Ⅲ-6小層,自然伽馬曲線分別為110.6 API、106.9 API,自然電位負異常,顯示為砂巖。應(yīng)用補償中子測井曲線-俘獲截面曲線疊合后有明顯正異常顯示,定性判斷為油層(見圖2)。采用交會圖法計算2層含油飽和度分別為65%(Ⅲ-4)、58.7%(Ⅲ-6),解釋為油層。補孔Ⅲ-4、Ⅲ-6后產(chǎn)液量為6.7 m3/d,含水8.7%。

圖2 A-X1井PNN測井解釋成果圖

2.2 低礦化度油田

B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?？紫抖葹?%～11%,滲透率為(0.1～2)×10-3μm2。地層水水型為CaCl2型,礦化度36 499～71 897 mg/L,平均54 068 mg/L,屬于低礦化度油藏,目前綜合含水為62.5%。

B油田早期開展PNN、中子壽命測井效果較差,油層與水層俘獲界面相近,不易區(qū)分。目前主要應(yīng)用PSSL全譜飽和度測井,其碳氧比測井模式直接反映的是地層的含碳量,不受地層水礦化度的影響。解釋方法主要有定性判斷和定量計算[15]。

圖3 B-X2井PSSL測井解釋成果圖*非法定計量單位,1 mD=9.87×-4 μm2,下同

PSSL定性判斷。單一曲線直接判斷,主要有碳氧比曲線和地層水礦化度曲線。曲線組合判斷為碳氧比(C/O)與硅鈣比(Si/Ca)曲線疊合顯示,2條曲線間所包圍的面積正是儲層含油飽和度及含油量相對大小的直觀顯示。在泥巖層或明顯水層處使2條曲線重合;油層或弱水淹層處,C/O為高值,Si/Ca也為高值,2條曲線所包圍的面積較大;在中水淹層處,2條曲線所包圍的面積比油層或弱水淹層小,比強水淹層的大;在強水淹層處,C/O趨于低值,Si/Ca在地層水礦化度較高時也趨于低值,使2條曲線所包圍的面積很小。

B-X2井Ⅰ-5小層碳氧比曲線顯示該層含碳量較高(見圖3),應(yīng)用碳氧比曲線定量計算該小層剩余油飽和度為75%。射孔Ⅰ-5小層生產(chǎn)后單層產(chǎn)油6.05 m3/d,含水2.32%。

2.3 低電阻率氣田

C氣田埋藏較淺,儲層巖性疏松,易出砂,具有含氣井段長、氣層數(shù)多且薄、弱邊水彈性氣驅(qū),氣水分布復雜的特點。巖性主要為淺灰色、灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖以及灰色、灰綠色粉砂質(zhì)泥巖。孔隙度分布范圍為8.3%～38.6%,平均孔隙度為30.95%;滲透率(0.01～387)×10-3μm2,平均為24.32×10-3μm2。儲層表現(xiàn)為高孔隙度,中-低滲透率的特點。地層水主要為CaCl2、MgCl2型,平均礦化度為118 485 mg/L。

C氣田使用PNN、PSSL全譜2種測井方法都可以識別氣層。PNN利用長短源距曲線疊合法、PSSL全譜利用NCNI(俘獲伽馬射線總譜/非彈性散射伽馬射線總譜)與SI(俘獲硅計數(shù)率)疊合識別氣層。

(1) 長短源距疊合。探測器長源距與短源距曲線進行疊合,在圍巖段2條曲線重合,在氣層段由于受到挖掘效應(yīng)影響,長短源距曲線疊合后有幅度差。

(2)NCNI-SI疊合:俘獲譜/非彈譜(NCNI)與俘獲硅疊合可以識別氣層,因為氣層含氫量低,減速能力弱,其俘獲譜/非彈譜(NCNI)與俘獲硅均為高值;油、水層減速能力強,俘獲譜/非彈譜(NCNI)與俘獲硅均為低值。近俘獲/近非彈比值曲線與遠俘獲/遠非彈比值曲線疊合、近俘獲/遠俘獲比值曲線與近非彈/遠非彈比值曲線疊合也可識別氣層,用近俘獲非彈比NCI(或稱NCNI)、遠俘獲非彈比FCI(或稱FCFI)疊加,FCI>NCI表示有氣存在;用近遠俘獲比NFCC與近遠非彈比NFII疊加,NFCC

C-X3井Ⅰ-2-2、Ⅰ-2-3、Ⅰ-2-4b等3個小層NCNI-SI曲線疊合后都有明顯幅度差(見圖4),為典型氣層特征,補孔Ⅰ-2-4b小層,套管生產(chǎn)日產(chǎn)氣量2×104m3。Ⅰ-2-4a小層疊合曲線幅度差較小,解釋為氣水同層,干層Ⅰ-2-3b和水層Ⅰ-3-1a疊合曲線無幅度差。

圖4 C-X3井PSSL測井解釋成果圖

2.4 注氣開發(fā)油田

D油田為受斷層控制的斷背斜構(gòu)造,軸向為近南—北方向。南北軸向狹長,約3.6 km,東西向較為短窄,約1.6 km,其形態(tài)為北高南低。孔隙度平均25%,滲透率平均273.5×10-3μm2,平均礦化度為30 290 mg/L。早期為注水開發(fā),由于為底水油藏,含水上升較迅速,2013年在油田南部和北部高部位2個井組開始注氣開發(fā)。

2013—2016年對2個注氣井組開展PNN時間推移測井,采用長短源距曲線疊合方法識別氣液界面。探測器長源距與短源距曲線進行疊合,在圍巖段2條曲線重合,在氣層段由于受到挖掘效應(yīng)影響,長短源距曲線疊合后有幅度差。

D-X4井射開884.0～888.0 m層段投產(chǎn),初期日產(chǎn)油8.8 m3,日產(chǎn)水0.6 m3。2013年10月注氣后,該井壓力快速上升,氣油比大于1 000,2013年、2014年、2015年開展3次PNN測井,氣油界面分別下降2.2、0.9 m(見圖5)。

圖5 D-X4井PNN測井解釋成果圖

3 結(jié) 論

(1) 套管井飽和度測井在青海油田應(yīng)用較為廣泛,以核技術(shù)為基礎(chǔ)的PNN、PSSL測井在油田儲層評價方面發(fā)揮了重要作用,尤其通過在4類典型油氣田的應(yīng)用研究,形成了適合油田地質(zhì)特征和開發(fā)狀況的技術(shù)優(yōu)選工藝和解釋方法。

(2) 在以高孔隙度、高滲透率、高礦化度為代表的A油田,結(jié)合裸眼井測井曲線,提出了中子曲線—俘獲截面曲線疊合定性識別水淹層的方法,是目前水淹層測井方法的有益探索;在以低礦化度為代表的B油田,采用碳氧比測井取得了較好的應(yīng)用效果;在以低電阻率為代表的C氣田,采用曲線疊合方法,定性識別氣層;在以注氣油田為代表的D油田,采用PNN時間推移測井能夠很好地監(jiān)測氣液界面運移情況。

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