華北油田套后飽和度測(cè)井技術(shù)優(yōu)選

熊葵,楊曉東,陳菲,趙璐陽,陳少鋒,吳青芳

(1.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司華北分公司,河北任丘062552;2.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長慶分公司,陜西西安710201)

0 引 言

華北油田很多區(qū)塊已經(jīng)進(jìn)入開發(fā)的中后期,剩余油分布的確定日益受到重視,其核心問題是油水層的確定。完井測(cè)井解釋評(píng)價(jià)是確定油水層的重要方法,但由于長期注水開發(fā)和多輪次措施調(diào)整,很多儲(chǔ)層已被水淹,地層水礦化度不易確定,故僅靠完井測(cè)井資料很難準(zhǔn)確判斷油水層。可以通過補(bǔ)充套后飽和度測(cè)井資料,彌補(bǔ)完井測(cè)井解釋評(píng)價(jià)的不足。華北油田應(yīng)用過多種套后飽和度測(cè)井技術(shù),例如注硼中子測(cè)井技術(shù)[1-2]在某些區(qū)塊取得了較好的效果,但一般適用于儲(chǔ)層物性好、單層厚度大的情況,且只能用于已射孔層的剩余油判斷,不能判斷未射孔層的剩余油;過套管電阻率測(cè)井技術(shù)[3]在CHJ油田應(yīng)用較多,該技術(shù)一般適用于套管完好、固井質(zhì)量好的地層;在北部區(qū)塊應(yīng)用過脈沖中子衰減能譜(Pulsed Neutron Decay,PND)[4]、脈沖中子中子(Pulsed Neutron Neutron,PNN)測(cè)井技術(shù)[5],在某些區(qū)塊應(yīng)用過熱中子成像系統(tǒng)(Thermal Neutron Imaging System,TNIS)[6-7]、脈沖中子全譜飽和度測(cè)井(Pulsed Neutron Full-spectra Saturation Logging,PSSL)[8]、四中子(Quad Neutron)測(cè)井技術(shù)[9-10]。根據(jù)不同套后飽和度測(cè)井技術(shù)的測(cè)量原理和技術(shù)指標(biāo),結(jié)合試油生產(chǎn)資料,分析不同套后飽和度測(cè)井技術(shù)對(duì)研究區(qū)塊的適用性,為準(zhǔn)備進(jìn)行剩余油監(jiān)測(cè)的區(qū)塊選擇套后飽和度測(cè)井技術(shù)提供借鑒。

1 華北油田套后飽和度測(cè)井技術(shù)

1.1 常用套后飽和度測(cè)井技術(shù)的比較

華北油田應(yīng)用過的套后飽和度測(cè)井技術(shù)較多,除過套管電阻率測(cè)井技術(shù)外,其余大多數(shù)屬于放射性測(cè)井技術(shù)。放射性套后飽和度測(cè)井技術(shù)主要有2種模式,即非彈性散射模式和中子壽命模式。非彈性散射模式不受地層水礦化度的影響(或影響比較小),但要求地層孔隙度大;中子壽命模式要求地層水礦化度較高。目前華北油田應(yīng)用較多的套后飽和度測(cè)井技術(shù)是TNIS、PSSL、Quad Neutron測(cè)井,表1是目前華北油田常用的幾種套后飽和度測(cè)井技術(shù)的性能對(duì)比,其中Quad Neutron測(cè)井要求地層水礦化度高或油水密度差異大。

表1 幾種套后飽和度測(cè)井技術(shù)的比較

1.2 TNIS測(cè)井

由TNIS測(cè)井儀器的工作原理可知,其采用中子壽命模式,氯元素是熱中子的強(qiáng)俘獲劑,主要存在于地層水中,故可以通過測(cè)量氯元素的含量來判斷地層含水飽和度的高低。TNIS測(cè)井儀器有很多優(yōu)點(diǎn),例如外徑只有43 mm,可以進(jìn)行過油管測(cè)量;探測(cè)深度比PNN測(cè)井深;耐溫耐壓指標(biāo)高,最大耐溫175 ℃,最大耐壓103 MPa;對(duì)井斜沒有要求,但在大斜度井及水平井中測(cè)量要采用特殊輸送方式;對(duì)井眼條件要求不高,測(cè)井前不用洗井;TNIS測(cè)井儀器通過多個(gè)探測(cè)器記錄大量地層信息,形成多個(gè)數(shù)據(jù)庫的矩陣文件即成像文件,成像方式使測(cè)試成果更直觀。

TNIS測(cè)井通過一系列硬件、軟件措施,一定程度上降低了儀器對(duì)地層水礦化度、孔隙度的要求,但從理論分析和實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),TNIS測(cè)井是否能取得比較好的油水識(shí)別效果,需要綜合考慮地層孔隙度和地層水礦化度(實(shí)際上應(yīng)該折合成氯離子濃度)。如果地層水礦化度很高,對(duì)孔隙度的要求就可以低一些;反之,如果孔隙度較高,對(duì)地層水礦化度的要求就可以低一些。在生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)現(xiàn)如果孔隙度能達(dá)到20%,地層水氯離子濃度甚至只要達(dá)到1 000 mg/L,結(jié)合其他研究資料就可以分辨油水層;顯然地層水礦化度越高、孔隙度越高,對(duì)TNIS測(cè)井識(shí)別油水層越有利。

通過參數(shù)敏感性分析,可知TNIS測(cè)井通用解釋模型中泥質(zhì)的俘獲截面和地層水的俘獲截面對(duì)含水飽和度計(jì)算更為敏感。針對(duì)華北油田油藏特點(diǎn),對(duì)TNIS測(cè)井通用解釋模型加以改進(jìn),在剩余油飽和度解釋模型-體積模型中加入2個(gè)校正系數(shù)m1、m2,形成新的模型[見式(1)、式(2)],并選取2段水層計(jì)算m1、m2[見式(3)、式(4)]。

Σ=(1-Vsh-φΣma+m1VshΣsh+m2SwφΣw+(1-Sw)φΣh

(1)

(2)

(3)

(4)

式(1)～式(4)中,Σ為測(cè)量獲得的地層熱中子宏觀俘獲截面(簡稱俘獲截面),10-3cm-1;φ為地層孔隙度,小數(shù);Sw為地層含水飽和度,小數(shù);Σma為巖石骨架的俘獲截面,10-3cm-1;Σw為地層水的俘獲截面,10-3cm-1;Σh為油的俘獲截面,10-3cm-1;Σsh為泥質(zhì)的俘獲截面,10-3cm-1;Vsh為泥質(zhì)含量,小數(shù);m1為校正系數(shù),小數(shù);m2為校正系數(shù),小數(shù);φ1和φ2分別為第1段水層和第2段水層的孔隙度,小數(shù);Vsh,1為第1段水層的泥質(zhì)含量,小數(shù);Vsh,2為第2段水層的泥質(zhì)含量,小數(shù);Σ1為第1段水層俘獲截面測(cè)量值,10-3cm-1;Σ2為第2段水層俘獲截面測(cè)量值,10-3cm-1。

TNIS測(cè)井技術(shù)應(yīng)用過程中還應(yīng)該注意鋰元素、硼元素也是強(qiáng)俘獲劑,鋰元素、硼元素一般存在于泥質(zhì)中,所以如果儲(chǔ)層的泥質(zhì)含量較高,就必須充分考慮泥質(zhì)對(duì)俘獲截面的影響,否則容易引起含水飽和度的誤判。

1.3 PSSL測(cè)井

PSSL測(cè)井最突出的特點(diǎn)是綜合性,集碳氧比能譜、碳?xì)浔饶茏V、氯能譜、釓能譜、示蹤能譜、中子壽命測(cè)井于一體,一次下井可以同時(shí)測(cè)量多種地層參數(shù)(碳氧比、碳?xì)浔?、俘獲截面、氧活化等),多參數(shù)交互使用使測(cè)量精度和解釋評(píng)價(jià)符合率大大提高。PSSL測(cè)井結(jié)合了非彈性散射模式和中子壽命模式,但以非彈性散射模式為主。PSSL測(cè)井儀器在硬件、軟件上都做了很多改進(jìn),新型的中子發(fā)生器使用溫度能達(dá)到150 ℃,中子管使用壽命達(dá)200～300 h,適用于薄層評(píng)價(jià)和厚層細(xì)分評(píng)價(jià)。在PSSL測(cè)井資料的解釋評(píng)價(jià)中,使用通用的解釋模型效果較差,結(jié)合華北油田的實(shí)際情況,建立解釋模型

(5)

RW=k(VSi/VCa)+Lw

(6)

RO=k(VSi/VCa)+Lw+aφb

(7)

式中,SO為含油飽和度,小數(shù);RW為碳氧比水線,小數(shù);RO為碳氧比油線,小數(shù);(VSi/VCa)為測(cè)試得到的硅鈣比,小數(shù);(VC/VO)為測(cè)試得到的碳氧比,小數(shù);k、Lw、a、b為校正系數(shù)。

建立了有關(guān)區(qū)塊的PSSL測(cè)井解釋圖版,圖1為LL區(qū)塊館陶組的PSSL測(cè)井解釋交會(huì)圖版;根據(jù)PSSL測(cè)井解釋參數(shù)和試油生產(chǎn)數(shù)據(jù)建立了LL區(qū)塊的PSSL測(cè)井解釋標(biāo)準(zhǔn)(見表2)。

圖1 LL區(qū)塊館陶組PSSL測(cè)井解釋交會(huì)圖

表2 LL區(qū)塊PSSL館陶組測(cè)井解釋標(biāo)準(zhǔn)

1.4 四中子測(cè)井

四中子測(cè)井采用镅鈹中子源,向地層發(fā)射快中子,通過4個(gè)探測(cè)器采集中子-中子、中子-伽馬雙物理過程的信息,分別得到長源距伽馬計(jì)數(shù)率、長源距中子計(jì)數(shù)率、短源距伽馬計(jì)數(shù)率、短源距中子計(jì)數(shù)率,通過以上信息計(jì)算分析判斷儲(chǔ)層含油性。根據(jù)四中子測(cè)井原理,油水密度差異越明顯或地層水氯離子含量越高會(huì)造成油層的總孔隙度(QTP)和流體曲線(QL)分離越明顯,即QTP與QL的差值越大,因此,四中子測(cè)井適用于油質(zhì)好、原油密度低、含氣儲(chǔ)層的測(cè)量。根據(jù)理論計(jì)算,當(dāng)原油的密度為1.076 g/cm3、地層水礦化度為4 000 mg/L時(shí),QTP與QL的差值為1.2%;而當(dāng)原油的密度為0.825 g/cm3、地層水礦化度為20 000 mg/L時(shí),QTP與QL的差值為10.1%。

2 技術(shù)優(yōu)選

2.1 華北油田的儲(chǔ)層特點(diǎn)

華北油田雖然也有高孔隙度高滲透率儲(chǔ)層,但更多的是低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層。與中國其他油田相比,華北油田儲(chǔ)層的地層水礦化度低,例如CC油田的礦化度在華北油田屬于較高的,在20 000～60 000 mg/L,GY油田的礦化度在10 000 mg/L左右,DWZ油田的礦化度在4 000～10 000 mg/L,LX油田的礦化度甚至僅有2 000 mg/L。

2.2 套后飽和度測(cè)井技術(shù)優(yōu)選的方法

要確定某個(gè)區(qū)塊使用使用何種套后飽和度測(cè)井技術(shù),首先從2個(gè)方面進(jìn)行理論分析,一方面是每種套后飽和度測(cè)井技術(shù)或儀器都有其工作原理,對(duì)地層水礦化度、孔隙度都有一定的要求;另一方面是每個(gè)區(qū)塊也有其諸如地層水礦化度、孔隙度等地質(zhì)特征和管柱結(jié)構(gòu)等工程特征,依據(jù)儀器的工作原理及特點(diǎn)、區(qū)塊地質(zhì)參數(shù)特征的綜合分析初步確定某種套后飽和度測(cè)井技術(shù)是否適用于某區(qū)塊。

有一部分井在進(jìn)行套后飽和度測(cè)井后,根據(jù)其解釋評(píng)價(jià)結(jié)論采取堵水、補(bǔ)孔等措施,根據(jù)試油生產(chǎn)資料評(píng)價(jià)套后飽和度測(cè)井解釋結(jié)論的正確性更可靠。通過對(duì)套后飽和度測(cè)井技術(shù)應(yīng)用效果的分析,初步認(rèn)識(shí)了華北油田各區(qū)塊對(duì)不同套后飽和度測(cè)井技術(shù)的適應(yīng)性。為使套后飽和度測(cè)井技術(shù)更好地發(fā)揮作用,首先應(yīng)該按照目的區(qū)塊的巖性、孔隙度、地層水礦化度、油品性質(zhì)選擇恰當(dāng)?shù)奶缀箫柡投葴y(cè)井技術(shù);其次,根據(jù)研究區(qū)塊儲(chǔ)層的各種特征,建立合理的符合目的區(qū)塊實(shí)際的套后飽和度測(cè)井解釋模型及解釋圖版,分析影響套后飽和度測(cè)井響應(yīng)的敏感因素,進(jìn)行合理的校正,提高飽和度測(cè)井技術(shù)的解釋評(píng)價(jià)符合率。

根據(jù)華北油田儲(chǔ)層實(shí)際情況,提出套后飽和度測(cè)井技術(shù)優(yōu)選原則[11]:①適應(yīng)儲(chǔ)層中低孔隙度、地層水礦化度較低的特點(diǎn);②投入產(chǎn)出比高;③儀器性能指標(biāo)與儲(chǔ)層特點(diǎn)盡量匹配。綜合考慮各種因素,華北油田套后飽和度測(cè)井技術(shù)優(yōu)選結(jié)果見表3。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 TNIS測(cè)井

SL凹陷K斷塊的J井于2002年12月投產(chǎn),2014年9月進(jìn)行TNIS測(cè)井。J井的TNIS測(cè)井解釋成果圖(見圖2)表明33和37號(hào)層含油特征明顯,特點(diǎn)是熱中子俘獲成像邊緣幅度高,環(huán)周成像灰度顏色呈淺黃色,俘獲截面值低,含油飽和度高,綜合解釋為油層,具有潛力。補(bǔ)孔前日產(chǎn)油4.0 t,含水率為91.7%,補(bǔ)孔33和37號(hào)層后日產(chǎn)油18.7 t,含水率降為29.4%,降水增油效果明顯,說明TNIS測(cè)井解釋評(píng)價(jià)結(jié)論正確。表4是K區(qū)塊TNIS測(cè)井解釋標(biāo)準(zhǔn),其中標(biāo)準(zhǔn)化俘獲截面是俘獲截面與孔隙度的乘積。

表3 華北油田套后飽和度測(cè)井技術(shù)優(yōu)選

圖2 J井TNIS測(cè)井解釋評(píng)價(jià)成果圖

表4 K區(qū)塊TNIS測(cè)井解釋標(biāo)準(zhǔn)

3.2 PSSL測(cè)井

LL區(qū)塊的新近系中淺儲(chǔ)層,地層水礦化度較低,但孔隙度相對(duì)較高,可以采用PSSL測(cè)井進(jìn)行套后飽和度測(cè)井。LL區(qū)塊的L井于2012年2月投產(chǎn),生產(chǎn)層段是39、40、44號(hào)層,到2013年底,日產(chǎn)液5.4 t,日產(chǎn)油1.3 t,含水率76.4%。為改善該井生產(chǎn)情況,提高油井產(chǎn)能,進(jìn)行套后飽和度測(cè)井以了解油藏油井剖面采出狀況及剩余油分布狀況。根據(jù)L井的完井測(cè)井資料,判斷該井的26、27、30、33、35號(hào)層都是含油水層,但根據(jù)L井的PSSL測(cè)井資料(見圖3),把26號(hào)層、30號(hào)層解釋為油水同層,物性較好,產(chǎn)水率較高,產(chǎn)水率分別為84.7%、76.4%,有一定剩余油;27號(hào)層含油飽和度較高,但孔隙度較低,物性差,解釋為差油層;33、35號(hào)層的孔隙度較高,分別為17.3%、14.4%,但含油飽和度較低,綜合解釋為油水同層;L井在PSSL測(cè)井后于2014年1月12日補(bǔ)孔26、27、30、33、35號(hào)層,補(bǔ)孔后日產(chǎn)液11.9 t,日產(chǎn)油4.9 t,含水率降為59.0%,增油效果比較明顯。

3.3 四中子測(cè)井

華北油田北部的LQ區(qū)塊中深層等儲(chǔ)層,或者油質(zhì)好、密度低,或者礦化度高,或者油氣比較高,或者兼而有之,有利于四中子測(cè)井的應(yīng)用。LQ區(qū)塊巖石類型主要為碳酸巖質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖和長石粉砂巖,儲(chǔ)層類型為高孔隙度中滲透率儲(chǔ)層,地下原油的密度為0.77 g/cm3、黏度為1.05 mPa·s,原始?xì)庥捅?7 m3/t,地層水總礦化度3 481.5 mg/L,水型為NaHCO3。

LQ區(qū)塊的Q井于2013年11月完井,2014年1月投產(chǎn),生產(chǎn)48、49、50號(hào)層,日產(chǎn)液12.45 m3,無油,含水率達(dá)100%,因高含水關(guān)井。為判斷該井剩余油狀況,分析生產(chǎn)潛力,2017年12月進(jìn)行四中子測(cè)井。根據(jù)四中子測(cè)井解釋評(píng)價(jià)結(jié)果(見表5)可以看出,在已射孔的各層中,48號(hào)層為強(qiáng)水淹層,50號(hào)層為中水淹層;未射孔的39號(hào)層(1 957.0～1 959.6 m),四中子測(cè)井計(jì)算的有效孔隙度為11.6%,計(jì)算的含油飽和度為38.9%,QTP與QL包絡(luò)有含油顯示,解釋為油層。圖4是Q井四中子測(cè)井解釋成果圖。

根據(jù)四中子測(cè)井解釋評(píng)價(jià)結(jié)論,結(jié)合其他研究資料及措施實(shí)施的條件,決定采取以下措施:對(duì) 1 988.5 ～1 996.7 m層段進(jìn)行封堵、對(duì)1 957.0～1 959.6 m層段補(bǔ)孔,措施后日產(chǎn)油7.9 t,日產(chǎn)水0.2 m3,日產(chǎn)氣3 700 m3,措施效果比較好,說明四中子測(cè)井解釋評(píng)價(jià)結(jié)論是正確的。

圖3 L井PSSL測(cè)井解釋成果圖

表5 Q井四中子測(cè)井解釋成果表

圖4 Q井四中子測(cè)井解釋成果圖

4 結(jié) 論

(1)根據(jù)華北油田不同區(qū)塊的地質(zhì)特點(diǎn)、孔隙度、地層水礦化度,選擇適合于研究區(qū)塊的套后飽和度測(cè)井技術(shù)。

(2)對(duì)于油質(zhì)好、原油密度低、氣油比高的儲(chǔ)層,優(yōu)先選用Quad Nrutron測(cè)井;對(duì)于地層水礦化度明顯高的儲(chǔ)層,優(yōu)先選用TNIS測(cè)井;其他情況時(shí)選用PSSL測(cè)井。

(3)對(duì)于每一種套后飽和度測(cè)井技術(shù),應(yīng)在通用解釋模型的基礎(chǔ)上,利用投產(chǎn)試油資料建立合理的符合研究區(qū)塊實(shí)際的套后飽和度測(cè)井解釋模型、解釋圖版,分析影響飽和度測(cè)井響應(yīng)的敏感因素,進(jìn)行合理的校正,提高套后飽和度測(cè)井技術(shù)的解釋評(píng)價(jià)符合率。