熱中子成像測(cè)井在饒陽(yáng)油田的應(yīng)用

劉萍,馮偉,任書(shū)蓮,謝淑萍,殷潔,高振濤

(1.華北油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,河北 任丘 062552;2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司,陜西 西安 710077;3.華北油田公司第二采油廠,河北 霸州 065703)

0 引 言

華北油田進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期高含水階段,由于油田地質(zhì)條件復(fù)雜原油性質(zhì)差異大注水開(kāi)發(fā)后地下仍存在大量剩余油[1-3]。華北油田的儲(chǔ)層特點(diǎn)是溫度壓力高、地層水礦化度低、儲(chǔ)層物性差異大,利用常規(guī)測(cè)井資料評(píng)價(jià)剩余油飽和度困難較大。常用的剩余油飽和度測(cè)試方法RMT、RPM、RST、PND[4-8]、PNN[9-10]曾經(jīng)取得了一定的效果,但仍難以滿足很多低礦化度、低孔隙度儲(chǔ)層剩余油監(jiān)測(cè)的需要。華北油田為此引進(jìn)了熱中子成像測(cè)井系統(tǒng)(Thermal Neutron Imaging System,TNIS),通過(guò)熱中子衰減譜和熱中子俘獲譜,直觀分辨近井地帶的油氣水分布,計(jì)算含水飽和度。在TNIS測(cè)井資料處理解釋和評(píng)價(jià)中,通過(guò)建立引入?yún)^(qū)域特征系數(shù)的解釋模型,針對(duì)華北油田的巖性和地層水礦化度等地質(zhì)特征制定了解釋標(biāo)準(zhǔn),提高了解釋符合率;現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明TNIS測(cè)井能適用于華北油田儲(chǔ)層低孔隙度、低礦化度的特點(diǎn),根據(jù)TNIS測(cè)井解釋結(jié)果卡層補(bǔ)孔見(jiàn)到明顯增油效果,對(duì)于了解剩余油分布規(guī)律、尋找潛力層、識(shí)別水淹層、制訂油田開(kāi)發(fā)措施提供了可靠依據(jù)。

1 TNIS測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 測(cè)量原理和技術(shù)指標(biāo)

TNIS測(cè)井使用中子發(fā)生器向地層發(fā)射14.1 MeV的快中子,經(jīng)過(guò)一系列的非彈性碰撞(10-8～10-7s)和彈性碰撞(10-6～10-3s),當(dāng)中子的能量與組成地層的原子處于熱平衡狀態(tài)時(shí),中子不再減速,稱為熱中子,與地層原子核的反應(yīng)主要是俘獲反應(yīng)。該儀器利用2個(gè)高精度探測(cè)器(即長(zhǎng)、短源距探測(cè)器)記錄從快中子束發(fā)射15 μs后的2 700 μs時(shí)間內(nèi)的熱中子計(jì)數(shù)率衰竭狀況,每個(gè)探測(cè)器均將其時(shí)譜記錄分成180個(gè)時(shí)間道,根據(jù)各道記錄的熱中子計(jì)數(shù)生成熱中子衰減譜和地層熱中子俘獲譜,直觀分辨近井地帶的油氣水分布,進(jìn)而求取含油飽和度、儲(chǔ)層孔隙度、儲(chǔ)層內(nèi)泥質(zhì)含量及主要礦物含量等。TNIS測(cè)井主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 TNIS測(cè)井主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 TNIS測(cè)井優(yōu)勢(shì)

TNIS測(cè)井主要優(yōu)勢(shì):①獨(dú)特的測(cè)量方法提高了傳統(tǒng)中子壽命測(cè)井儀在低礦化度情況下區(qū)分油水層位的能力;②高精度、不同時(shí)間道的原始時(shí)間譜數(shù)據(jù)記錄,使得對(duì)測(cè)量結(jié)果可以進(jìn)行重新處理;③高產(chǎn)額、穩(wěn)定的中子發(fā)生器使儀器性能更加穩(wěn)定;④儀器直徑小(43 mm)可過(guò)油管測(cè)量;⑤對(duì)井眼條件要求不高,不用洗井。

TNIS測(cè)井主要用途:①剩余油評(píng)價(jià);②氣層挖潛、氣液界面確定;③分析儲(chǔ)層性質(zhì)、確定注水方案;④成像模式直觀儲(chǔ)層評(píng)價(jià)。

2 TNIS測(cè)井資料處理解釋

2.1 解釋模型及參數(shù)的選取

TNIS測(cè)井在套管井中測(cè)量,測(cè)量井段內(nèi)包含砂巖、泥巖系列,有些參數(shù)是應(yīng)用裸眼井?dāng)?shù)據(jù)解釋的,例如泥質(zhì)含量通過(guò)自然伽馬曲線計(jì)算得到,孔隙度通過(guò)聲波測(cè)井曲線計(jì)算得到,裸眼井含油飽和度通過(guò)感應(yīng)測(cè)井曲線計(jì)算得到,TNIS測(cè)井通過(guò)地層熱中子宏觀俘獲截面曲線計(jì)算含水飽和度。

對(duì)于含油泥質(zhì)巖石,根據(jù)體積模型有

Σ=(1-φ-Vsh)Σma+VshΣsh+φSwΣw+φ(1-Sw)Σh

(1)

(2)

式中,Σ為測(cè)量的地層熱中子宏觀俘獲截面,c.u.*非法定計(jì)量單位,1 c.u.=1×10-3 cm-1,下同;φ為地層孔隙度,小數(shù);Sw為地層含水飽和度,小數(shù);Σma為巖石骨架熱中子宏觀俘獲截面,c.u.;Σw為地層水熱中子宏觀俘獲截面,c.u.;Σh為油的熱中子宏觀俘獲截面,c.u.;Σsh為泥質(zhì)的熱中子宏觀俘獲截面,c.u.;Vsh為泥質(zhì)含量,小數(shù)。

通過(guò)參數(shù)敏感性分析,可知體積模型中的Σsh、Σw、Vsh對(duì)含水飽和度計(jì)算更為敏感。對(duì)上述體積模型進(jìn)行改進(jìn),在Σsh、Σw、Vsh項(xiàng)加入2個(gè)區(qū)域特征系數(shù)k1、k2

Σ=(1-Vsh-φΣma+k1VshΣsh+k2SwφΣw+

(1-Sw)φΣh

(3)

(4)

選取2段水層計(jì)算K1、K2

(5)

(6)

在饒陽(yáng)凹陷,砂巖的宏觀俘獲截面Σma一般是8～13 c.u.,泥巖的宏觀俘獲截面Σsh一般是35～55 c.u.,地層水的宏觀俘獲截面Σw一般是40～60 c.u.。由于泥質(zhì)中經(jīng)常含有硼、鋰熱中子強(qiáng)俘獲劑,故泥質(zhì)含量求取的準(zhǔn)確性會(huì)影響解釋精度,要根據(jù)具體區(qū)塊、層段,選擇恰當(dāng)?shù)哪噘|(zhì)含量計(jì)算方法。

2.2 解釋圖版

當(dāng)?shù)貙又谐錆M高礦化度流體時(shí),俘獲截面值明顯比充滿低礦化度流體和原油的俘獲截面值大。TNIS測(cè)井依據(jù)能夠反映儲(chǔ)集層巖性、物性、含油性的俘獲截面、長(zhǎng)(短)源距計(jì)數(shù)率、熱中子衰減譜等參數(shù)的變化特征,結(jié)合儲(chǔ)集層特性確定剩余油飽和度,了解儲(chǔ)集層的動(dòng)用狀況。通過(guò)應(yīng)用剩余油監(jiān)測(cè)的流體識(shí)別技術(shù),建立TNIS測(cè)井的流體識(shí)別圖版,選出可動(dòng)用的潛力層,提高了測(cè)井解釋精度,為老區(qū)挖潛穩(wěn)產(chǎn)提供了重要參數(shù)和依據(jù)。圖1是饒陽(yáng)凹陷標(biāo)準(zhǔn)化俘獲截面與地層俘獲截面交會(huì)圖.圖2是饒陽(yáng)凹陷地層俘獲截面與含油飽和度交會(huì)圖。表2是饒陽(yáng)凹陷儲(chǔ)層流體TNIS測(cè)井解釋標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 饒陽(yáng)凹陷標(biāo)準(zhǔn)化俘獲截面與地層俘獲截面交會(huì)圖

圖2 饒陽(yáng)凹陷地層俘獲截面與含油飽和度交會(huì)圖

表2 饒陽(yáng)凹陷儲(chǔ)層流體TNIS測(cè)井解釋標(biāo)準(zhǔn)

3 應(yīng)用效果

華北油田從2013年引進(jìn)TNIS測(cè)井技術(shù),在饒陽(yáng)凹陷的留西、留北、高陽(yáng)、大王莊等油田測(cè)量16口井次。根據(jù)TNIS測(cè)井資料綜合解釋評(píng)價(jià)結(jié)果,在其中的8口井19個(gè)層進(jìn)行了卡水補(bǔ)孔增油措施,符合16個(gè)層,解釋符合率為84.2%,累計(jì)增油6 349 t,應(yīng)用效果較好。

3.1 儲(chǔ)層特性

饒陽(yáng)油田屬于復(fù)雜斷塊油藏,表現(xiàn)為構(gòu)造復(fù)雜,儲(chǔ)層巖性復(fù)雜,既有砂巖又有碳酸鹽巖,含油井段長(zhǎng),油層縱向和平面非均質(zhì)性強(qiáng),儲(chǔ)層油氣水關(guān)系復(fù)雜,油田地質(zhì)條件復(fù)雜,開(kāi)發(fā)歷史跨度大,對(duì)地質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)是一個(gè)不斷深化不斷完善的過(guò)程。目前饒陽(yáng)油田已進(jìn)入高含水期開(kāi)發(fā)階段,雖近年來(lái)油田通過(guò)綜合治理,產(chǎn)量穩(wěn)中有升,但目前油田開(kāi)發(fā)中仍然存在2個(gè)方面的問(wèn)題:①油水界面不明確,給油田的滾動(dòng)擴(kuò)邊和已開(kāi)發(fā)斷塊的綜合治理帶來(lái)極大的困難;②由于鉆井時(shí)間不同,時(shí)間跨度較大,測(cè)井解釋沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),測(cè)井解釋存在著遺漏油層和與生產(chǎn)不符的情況,造成目前對(duì)已開(kāi)發(fā)區(qū)域的油層分布認(rèn)識(shí)不清楚,無(wú)法準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)剩余油的分布,嚴(yán)重影響了老油田的滾動(dòng)擴(kuò)邊,滾動(dòng)增儲(chǔ),以及已開(kāi)發(fā)區(qū)塊的開(kāi)發(fā)調(diào)整工作。為此在饒陽(yáng)油田應(yīng)用了TNIS測(cè)井,表3為饒陽(yáng)凹陷的儲(chǔ)層特性。

表3 饒陽(yáng)凹陷儲(chǔ)層特性

3.2 判斷水淹層

根據(jù)A井的TNIS測(cè)井解釋成果圖(見(jiàn)圖3)綜合分析,生產(chǎn)層段中的15、16、25、27號(hào)層,在巖性、泥質(zhì)含量和孔隙度大體相同的情況下,這些層的熱中子俘獲譜后曳時(shí)間較短,熱中子衰減譜顯示后時(shí)間道熱中子較少,環(huán)周成像灰度顏色較深,顯示剩余油飽和度較低,水淹程度相對(duì)較高。16-1層和16-3層相比,16-1層比16-3層的水淹程度高,熱中子俘獲譜后曳時(shí)間更短,熱中子衰減譜后時(shí)間道熱中子更少,環(huán)周成像灰度顏色更深。這些層定量評(píng)價(jià)后得孔隙度為14.3%～28.1%,剩余油飽和度為9.6%～12.6%,TNIS測(cè)井將這些層解釋為高水淹層。

3.3 尋找遺漏油層

遺漏油層指的是裸眼井資料未解釋的失誤層。為評(píng)價(jià)B井剩余油的分布特性,定性劃分油水層,定量計(jì)算剩余油飽和度,判別水淹層級(jí)別,為油田的挖潛上產(chǎn)提供技術(shù)支持,進(jìn)行了TNIS測(cè)井。根據(jù)TNIS測(cè)井解釋成果圖(見(jiàn)圖4)綜合分析,補(bǔ)8號(hào)層的熱中子俘獲譜后曳時(shí)間較長(zhǎng),熱中子衰減譜顯示后時(shí)間道還有一定的熱中子,環(huán)周成像灰度顏色呈黃紅色,顯示有一定的含油飽和度,該層定量評(píng)價(jià)的孔隙度為24.4%,含油飽和度為32.95%,TNIS測(cè)井將該層解釋為油水同層。補(bǔ)9號(hào)層的熱中子俘獲譜后曳時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),熱中子衰減譜顯示后時(shí)間道還有一定的熱中子,顯示有一定的含油飽和度,該層定量評(píng)價(jià)的孔隙度為15.2%,含油飽和度為25.6%,由于該層物性相對(duì)較差,TNIS測(cè)井將該層解釋為差油層;因此,補(bǔ)8、補(bǔ)9號(hào)層可以作為該井的潛力接替層,可以補(bǔ)孔挖潛。

3.4 尋找層間潛力

C井在TNIS測(cè)井前,8、9、10層已射孔,因高含水處于關(guān)井狀態(tài)。關(guān)井前日產(chǎn)液57.8 t/d,含水98.3%。2014年10月根據(jù)TNIS測(cè)井解釋成果圖(見(jiàn)圖5)綜合分析,8-2號(hào)層(1 746.0～1 748.3 m井段)的熱中子俘獲譜后曳時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),熱中子衰減譜顯示后時(shí)間道還有一定的熱中子,環(huán)周成像灰度顏色相對(duì)較淺,呈黃紅色,顯示有一定的含油飽和度,該層定量評(píng)價(jià)后孔隙度為26.2%,含油飽和度為28.3%,TNIS測(cè)井將該層解釋為油水同層;9號(hào)層(1 754.4～1 761.2 m井段)和10號(hào)層(1 764.4～1 769.6 m井段)根據(jù)綜合分析,這些層定量評(píng)價(jià)的孔隙度為24.6%～34.8%,含油飽和度為12.6%～16.3%,TNIS測(cè)井將這些層解釋為含油水層。根據(jù)TNIS測(cè)井解釋結(jié)果,堵8～10號(hào)層后重射8號(hào)層,產(chǎn)油4.7 t/d,產(chǎn)水11.8 t/d,含水71.8%,與產(chǎn)液剖面結(jié)果一致。

圖3 A井TNIS測(cè)井解釋成果圖*非法定計(jì)量單位,1 cps=1 s-1,下同

圖4 B井遺漏潛力層

圖5 C井TNIS測(cè)井及產(chǎn)液剖面成果圖

4 結(jié) 論

(1) 在TNIS測(cè)井資料處理和評(píng)價(jià)的解釋模型中引入?yún)^(qū)域特征系數(shù),提高了TNIS解釋評(píng)價(jià)精度;

(2) 針對(duì)饒陽(yáng)油田的巖性和地層水礦化度等地質(zhì)特征制定了TNIS測(cè)井解釋標(biāo)準(zhǔn),對(duì)16口井的TNIS測(cè)井資料進(jìn)行綜合解釋評(píng)價(jià),有8口井19個(gè)層根據(jù)綜合解釋結(jié)果進(jìn)行了卡水補(bǔ)孔增油措施,符合16個(gè)層,解釋符合率為84.2%,累計(jì)增油6 349 t,應(yīng)用效果較好。

(3) TNIS測(cè)井在判斷水淹層、尋找遺漏油層、尋找層間潛力等方面應(yīng)用都取得了較好的效果。