哈里伯頓ALD隨鉆密度測(cè)量原理及曲線優(yōu)選

李 建，張 偉，朱佳音，萬(wàn) 鈞

1中海石油有限公司深圳分公司，廣東 深圳

2中海油田服務(wù)股份有限公司深圳作業(yè)公司，廣東 深圳

1.引言

隨著地質(zhì)導(dǎo)向?qū)圮壽E要求的不斷提高，隨鉆方位密度成為不可或缺的測(cè)井工具，國(guó)外三大油田服務(wù)公司均開發(fā)出了各自的方位密度測(cè)井儀，主要是通過(guò)對(duì)測(cè)量區(qū)域進(jìn)行象限劃分的方式來(lái)提供多條密度曲線，如低邊密度、高邊密度、平均密度等，但實(shí)際地層評(píng)價(jià)中如何選用卻沒有明確的規(guī)范。研究表明，不同的井斜、井眼條件及儀器串組合都會(huì)影響測(cè)井儀器對(duì)地層密度的測(cè)量；從儀器本身的測(cè)量原理入手，總結(jié)其在不同條件的響應(yīng)特征，可以明確不同的密度曲線與井眼地層條件的匹配關(guān)系，從而在后續(xù)的地層評(píng)價(jià)中采用更為可靠的測(cè)井資料。筆者以南海東部某油田開發(fā)井為例，總結(jié)了哈里伯頓隨鉆方位密度測(cè)井儀(ALD)密度曲線的優(yōu)選原則。

2.密度曲線響應(yīng)過(guò)激現(xiàn)象

研究區(qū)開發(fā)井隨鉆測(cè)井作業(yè)使用哈里伯頓FEWD系統(tǒng)，密度測(cè)量采用ALD (圖1)。

Figure 1.The azimuth density logging tool while drilling (ALD)圖1.隨鉆方位密度測(cè)井儀(ALD)

在該區(qū)A井實(shí)鉆過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，ALD提供的高值密度(ALCDLC)在穿越某些地層界面時(shí)出現(xiàn)響應(yīng)過(guò)激現(xiàn)象(圖2)：A井的相鄰預(yù)探井同層段砂巖密度一般為2.25 g/cm3左右，泥巖密度一般為2.55 g/cm3左右，而A井實(shí)鉆測(cè)量到的ALCDLC (紅色)過(guò)層界面時(shí)測(cè)量值最高達(dá)到了2.85 g/cm3左右，與地層經(jīng)驗(yàn)值差異較大，明顯不符合地層規(guī)律；對(duì)比之下，平均密度(ALCDA)(藍(lán)色)測(cè)量值更接近經(jīng)驗(yàn)值。研究區(qū)作業(yè)井型均為大斜度井與水平井，確定ALD不同密度曲線測(cè)量原理及適用條件，有利于準(zhǔn)確計(jì)算孔、滲、飽參數(shù)，對(duì)于測(cè)井處理解釋及油藏開發(fā)工作意義重大。

Figure 2.The over-responding density readings of ALCDLC from Well A圖2.A井ALCDLC過(guò)層界面響應(yīng)過(guò)激現(xiàn)象

3.ALD隨鉆密度測(cè)量原理

3.1.密度測(cè)井測(cè)量原理

密度測(cè)井是利用康普頓散射原理來(lái)進(jìn)行地層密度測(cè)量的一種測(cè)井技術(shù)。工具通過(guò)銫(Cs137)源向地層輻射伽馬射線，再利用與源相距一定距離的探測(cè)器測(cè)量經(jīng)過(guò)地層散射和吸收后的伽馬射線強(qiáng)度。伽馬射線在地層中散射的概率僅取決于地層的電子密度，通過(guò)校正將電子密度轉(zhuǎn)換為體積密度可實(shí)現(xiàn)地層密度的測(cè)量[1]。

3.2.密度測(cè)井環(huán)境校正

在隨鉆密度測(cè)井中，最常見的是對(duì)井壁間隙(standoff)的環(huán)境校正。環(huán)境校正受 standoff的大小、工具與井壁間的泥漿密度影響，通過(guò)“脊肋圖”的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境校正(圖3)?！凹咕€”對(duì)應(yīng)于工具翼肋緊靠在井壁上的情況(standoff = 0")，此時(shí)井眼流體的干擾為零，遠(yuǎn)、近探測(cè)器測(cè)量得到的視密度值相同；“肋線”反映工具與地層間存在不同大小standoff時(shí)所對(duì)應(yīng)的響應(yīng)趨勢(shì)[2]。

Figure 3.The spine and ribs plot of ALD environmental correction圖3.ALD環(huán)境校正“脊肋圖”

由于遠(yuǎn)探測(cè)器對(duì)地層密度較為敏感，近探測(cè)器對(duì)井眼環(huán)境較為敏感，在工具與井壁之間存在間隙時(shí)，為獲得準(zhǔn)確的密度讀數(shù)，必須在遠(yuǎn)探測(cè)器的視密度讀數(shù)上加一個(gè)附加校正量，以抵消井眼對(duì)于密度讀數(shù)的影響，該校正量是遠(yuǎn)探測(cè)器讀數(shù)和與該點(diǎn)所處的肋線與脊線交叉處對(duì)應(yīng)的密度之間的差值。standoff校正公式為：

式中：Δρ為密度附加校正量，g/cm3；a、b、c、d為擬合常數(shù)，1。

在實(shí)際測(cè)量中得到遠(yuǎn)、近探測(cè)器的視密度后，通過(guò)兩者間的差值得到Δρ，校正后的電子密度為：

式中：ρe為校正后的電子密度，g/cm3。

ρe可轉(zhuǎn)換為體積密度：

式中：ρb為體積密度，g/cm3。

當(dāng)泥漿密度比較小時(shí)，Δρ為正值，ρb為正向校正(測(cè)量值偏小)；當(dāng)泥漿密度大于地層密度時(shí)，由于近探測(cè)器受泥漿和井眼條件的影響更大，則Δρ為負(fù)值，ρb為反向校正(測(cè)量值偏大)。

3.3.ALD密度曲線類型

3.3.1.平均密度(ALCDA)

ALD可以將采樣區(qū)間分為4、8、16個(gè)象限。研究區(qū)方位密度存儲(chǔ)數(shù)據(jù)分為360?、8扇區(qū)(圖4)，ALCDA為8個(gè)扇區(qū)共同的平均密度。

Figure 4.The diagrammatic sketch of 8 sectors of ALD圖4.ALD的8扇區(qū)示意圖

與電纜測(cè)井不同，隨鉆測(cè)井工具的特點(diǎn)是在旋轉(zhuǎn)中測(cè)量。而“脊肋圖”校正算法適用于工具靜止采集數(shù)據(jù)(不旋轉(zhuǎn))的情況。在鉆具旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，特別是井眼存在擴(kuò)徑現(xiàn)象時(shí)，“靜態(tài)”測(cè)量條件很可能被破壞，導(dǎo)致額外誤差值的形成。

在隨鉆密度工具采樣期間內(nèi)，如果井徑?jīng)]有明顯擴(kuò)大，即工具間隙值小(standoff ＜ 0.5")時(shí)，肋線距脊線較近且近于直線，此時(shí)得到的ALCDA測(cè)量值較為準(zhǔn)確。在井徑擴(kuò)大的情況下，工具間隙值大(standoff ＞0.5")時(shí)，井眼形狀和井徑均不規(guī)則，在遠(yuǎn)、近視密度肋脊線交會(huì)圖上，肋線距脊線較遠(yuǎn)且較彎曲，此時(shí)ALCDA測(cè)量有偏差。由此可知，井況越好，遠(yuǎn)、近密度值越接近，肋線形態(tài)越接近于直線，工具測(cè)量得到的ALCDA越準(zhǔn)確。

3.3.2.低邊密度(ALCDLC_B)

低邊密度(ALCDLC_B)取低邊左45?到低邊右45?區(qū)間(扇區(qū)4 + 5)的平均密度。在均一地層、大井斜的情況下，低邊密度可以被認(rèn)為是地層密度。

3.3.3.高值密度LCRB (ALCDLC)

當(dāng)井眼條件欠佳或者有較大的standoff時(shí)，ALD會(huì)運(yùn)行“快速采樣模式”，用以解決ALCDA受旋轉(zhuǎn)與擴(kuò)徑影響造成測(cè)量失準(zhǔn)的缺點(diǎn)。

“快速采樣模式”的原理為：在井眼擴(kuò)大井段，儀器旋轉(zhuǎn)過(guò)程中在各個(gè)方向上的間隙不同，儀器從各個(gè)方向上獲得的地層反饋信號(hào)強(qiáng)弱不同；根據(jù)每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)數(shù)率(Count Rate)高低不同，把采樣獲得的數(shù)據(jù)由低到高分成3組——Bin1、Bin2、Bin3。實(shí)際試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Bin2區(qū)域采樣點(diǎn)很少，主要采樣點(diǎn)落在其他2個(gè)區(qū)域。Bin1定義為低計(jì)數(shù)率區(qū)(Low Count Rate Bin)，Bin3定義為高計(jì)數(shù)率區(qū)(High Count Rate Bin)。使用Bin1、Bin3原始采樣數(shù)據(jù)獲得的密度分別叫LCRB(即ALCDLC)和HCRB。

快速采樣模式在一個(gè)采樣期間快速對(duì)不同計(jì)數(shù)率數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)，劃分最小 standoff 和最大 standoff的采樣計(jì)數(shù)率，進(jìn)而得出最小standoff和最大standoff的密度值。在低泥漿密度情況下，ALCDLC反映了在工具旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，standoff最小時(shí)獲得的密度值，對(duì)比其他方法，此時(shí)的ALCDLC準(zhǔn)確度更高一些。在擴(kuò)徑段，ALCDLC會(huì)比其他密度(HCRB和ALCDA)要高一些，可以理解為ALCDLC是測(cè)量值最高的密度曲線，即為高值密度。

4.實(shí)例分析

以B5H井水平段(圖5)為例，在4040～4045 m井段，儀器由低密度向高密度穿層，ALCDLC (紅色)與ALCDLC_B (褐色)差異不大，均大于ALCDA (紫色)；而在4048～4054 m井段，儀器從高密度向低密度穿層，ALCDLC取上部高密度層密度，ALCDLC_B取下部低密度層密度，ALCDA介于兩者之間；由井徑曲線可知，整個(gè)井段井徑較為規(guī)則，此時(shí)ALCDA能夠較為準(zhǔn)確地代表地層密度。

Figure 5.The diagram of through-formation logging in Horizontal Well B5H圖5.B5H井水平段穿層測(cè)井圖

如圖6所示，在B6H井水平段4258～4288 m，井眼靠近砂泥巖的交界面，井眼上部為泥巖，密度較高，此時(shí)ALCDLC取井眼上部泥巖密度，井眼下部為低密度砂巖，ALCDLC_B取井眼底部砂巖密度，ALCDA介于兩者之間，由于井徑?jīng)]有擴(kuò)大，ALCDA能夠準(zhǔn)確反映地層密度。

通過(guò)上述實(shí)例可知，“快速采樣模式”原理決定了ALCDLC在穿越層界面時(shí)，測(cè)量值取儀器旋轉(zhuǎn)過(guò)程中相鄰地層的最高值，一般高于ALCDA，導(dǎo)致了ALCDLC過(guò)界面時(shí)響應(yīng)過(guò)激現(xiàn)象。在井況較好的均質(zhì)地層中，ALCDLC與ALCDA接近，2種密度均能較為真實(shí)地反映地層密度。

在井況條件不好的地層中，如C4P2井著陸段為12.25in井眼大斜度井段，存在不同程度的擴(kuò)徑現(xiàn)象，部分井段擴(kuò)徑嚴(yán)重，導(dǎo)致 standoff增大，ALCDA受擴(kuò)徑影響較大，故在測(cè)井處理解釋工作中應(yīng)選擇ALCDLC作為密度處理曲線。

5.結(jié)論

1)哈里伯頓隨鉆方位密度測(cè)井儀ALD可同時(shí)提供平均密度、低邊密度、高值密度等3類密度曲線。

2)高值密度曲線為低計(jì)數(shù)率區(qū)密度，用以解決平均密度在擴(kuò)徑時(shí)測(cè)量失準(zhǔn)的缺點(diǎn)，反映儀器旋轉(zhuǎn)過(guò)程中相鄰地層的最高值；井況較好時(shí)，平均密度能夠真實(shí)反映地層密度；井況較差時(shí)，擴(kuò)徑使得工具偏心距增大，導(dǎo)致平均密度測(cè)量值偏差較大。

3)結(jié)合工區(qū)實(shí)際井況，提出ALD密度曲線優(yōu)選原則為：在擴(kuò)徑嚴(yán)重的12.25in井眼中，選取高值密度進(jìn)行處理解釋工作；在井況較好的水平段，選取平均密度進(jìn)行處理解釋工作。