套管井剩余油飽和度測(cè)井現(xiàn)狀及展望

祁 峰

(中國(guó)石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢 430223)

油田開發(fā)中后期，由于井網(wǎng)的不斷調(diào)整,注水量的變化和復(fù)雜地質(zhì)情況的綜合影響，使得平面剩余油分布呈復(fù)雜化。掌握平面剩余油的分布情況是井網(wǎng)細(xì)分重組、加密布井和提出效措施的基礎(chǔ)。通過測(cè)井的手段，可對(duì)井眼附近垂向剩余油飽和度提供較為準(zhǔn)確可靠的評(píng)價(jià)，從而對(duì)平面剩余油分析進(jìn)行約束和印證。套管井中測(cè)剩余油飽和度的方法較多，儀器各有特點(diǎn)，不同儀器提供的地質(zhì)信息也有差異，因此如何區(qū)分差異，優(yōu)選剩余油測(cè)井方法成為關(guān)鍵。

1 常見套后剩余油飽和度測(cè)井方法

剩余油飽和度是油田經(jīng)過一段時(shí)期的開發(fā)后地層中含油飽和度的現(xiàn)狀。對(duì)地層含油飽和度評(píng)價(jià)方法很多，裸眼井中常見的有電法測(cè)井、核磁共振測(cè)井等。套管井中由于套管的存在，常規(guī)的電法測(cè)井和核磁共振測(cè)井不能應(yīng)用，但是可在套管井中實(shí)施過套管電阻率測(cè)井，以及眾多的核測(cè)井方法，以獲取套管外地層油飽和度信息。

1)過套管電阻率測(cè)井

在套管井中，由于金屬套管的電阻率相對(duì)于地層的電阻率很小，套管產(chǎn)生屏蔽作用，只有很少一部分漏失電流流入地層。過套管電阻率測(cè)井就是通過測(cè)量套管中的漏失電流來獲取地層信息[1]，從而進(jìn)行含油飽和度評(píng)價(jià)。

過套管電阻率測(cè)井，根據(jù)每口井實(shí)際情況，選擇目的層附近受流體、圍巖影響小的厚層作為基準(zhǔn)，將過套管測(cè)得的電阻率和裸眼井電阻率進(jìn)行對(duì)比校正，獲取適合本井的K因子[2]，最終得到反應(yīng)地層真實(shí)信息的過套管電阻率。其探測(cè)深度為2～11 m，動(dòng)態(tài)探測(cè)范圍寬，可應(yīng)用于低孔低滲地層。裸眼井的電阻率曲線容易獲取，為過套管電阻率提供了廣泛的可對(duì)比資料。但過套管電阻率測(cè)井難度大，受固井質(zhì)量變化、套管變化影響[3]，導(dǎo)致難以廣泛應(yīng)用。

2)寬能域-氯能譜測(cè)井

俄羅斯寬能域-氯能譜測(cè)井在長(zhǎng)慶油田應(yīng)用比較廣泛。寬能域-氯能譜測(cè)井采用钚鈹(Pu-Be)或镅鈹(Am-Be)同位素中子源，儀器包括寬能域中子-伽馬能譜測(cè)井儀和氯能譜測(cè)井儀兩部分。寬能域(0.1～0.8 MeV)中子-伽馬能譜測(cè)井儀主要由同位素中子源，長(zhǎng)、短源距伽馬能譜探測(cè)器組成。氯能譜測(cè)井儀主要由同位素中子源，長(zhǎng)、短源距中子探測(cè)器，長(zhǎng)源距伽馬能譜探測(cè)器組成[4]。對(duì)寬能域部分探測(cè)到的熱中子俘獲伽馬進(jìn)行譜分析，獲取鈣、硅、氫、氯、鐵、鈾、釷、鉀等元素含量；通過伽馬能譜的強(qiáng)度和地層密度的關(guān)系，計(jì)算出反應(yīng)地層密度的函數(shù)，再利用刻度井與地層密度函數(shù)的響應(yīng)關(guān)系求出地層密度；利用遠(yuǎn)、近探測(cè)器計(jì)數(shù)率比值與孔隙度有相關(guān)性得出孔隙度信息。氯能譜部分利用遠(yuǎn)近中子探測(cè)器計(jì)數(shù)率與孔隙度的關(guān)系進(jìn)行孔隙度計(jì)算；利用長(zhǎng)源距伽馬能譜探測(cè)器進(jìn)行能譜分析，提出硬氯函數(shù)(高能區(qū))和軟氯函數(shù)(低能區(qū))；利用石油飽和、地層水飽和、淡水沖洗地層、致密層以及天然氣飽和之間氯質(zhì)量函數(shù)的差異進(jìn)行油水區(qū)分，并能區(qū)分出淡水和原油飽和地層；利用氯函數(shù)和孔隙度函數(shù)交會(huì)圖版求取飽和度[5]。由于寬能域-氯能譜使用的是同位素中子源，無壽命限制是其優(yōu)勢(shì)，但同位素中子源高能部分相對(duì)較少，所以該儀器未利用非彈性散射伽馬能譜，只對(duì)俘獲伽馬能譜進(jìn)行分析。

3)PND-S測(cè)井

PND-S(Pulse Neutron Decay Spectrum)儀器由脈沖中子發(fā)生器，近、遠(yuǎn)兩個(gè)伽馬能譜探測(cè)器組成。儀器可以同時(shí)采集非彈性散射伽馬能譜和俘獲伽馬能譜。與碳氧比不同的是，PND-S采用陽離子的非彈性散射計(jì)數(shù)率和氧離子的非彈性散射計(jì)數(shù)率的比值(CATO)，計(jì)算含油飽和度；通過近、遠(yuǎn)俘獲伽馬計(jì)數(shù)率，獲取類似的中子孔隙度；通過近、遠(yuǎn)非彈性散射伽馬計(jì)數(shù)率，獲取類似的密度孔隙度。另外，通過俘獲伽馬時(shí)間譜，獲取地層俘獲截面，計(jì)算含油飽和度。最新推出的Raptor由一個(gè)脈沖中子源，4個(gè)不同源距伽馬能譜探測(cè)器和1個(gè)中子探測(cè)器組成。

4)PNN測(cè)井

PNN(Pulsed Neutron-Neutron)測(cè)井儀器主要組成部分包括一個(gè)脈沖中子源和近、遠(yuǎn)兩個(gè)He-3中子探測(cè)器。由記錄的熱中子時(shí)間譜，求取地層的宏觀吸收截面，然后計(jì)算含水飽和度。其獲取地層宏觀吸收截面和前述方法不同，是通過熱中子時(shí)間譜求取，不受自然伽馬本底的影響。根據(jù)張鋒蒙特卡羅模擬結(jié)果，PNN對(duì)低礦化度地層具有優(yōu)勢(shì)[6]。

5)PNST脈沖中子全譜測(cè)井

PNST脈沖中子全譜測(cè)井儀主要包括1個(gè)脈沖中子發(fā)生器、2個(gè)伽馬探測(cè)器和1個(gè)熱中子探測(cè)器。儀器一次下井可同時(shí)完成雙源距碳氧比、中子壽命、PNN功能和能譜水流功能。該儀器多種功能集于一次下井實(shí)現(xiàn)，可以不依賴裸眼井資料進(jìn)行套管井剩余油評(píng)價(jià)[7-8]。

6)RDM高精度脈沖中子剩余油飽和度測(cè)井

RDM(Reservoir Data Miner)高精度脈沖中子剩余油飽和度測(cè)井儀包括1個(gè)脈沖中子發(fā)生器、2個(gè)伽馬能譜探測(cè)器和2個(gè)熱中子探測(cè)器。該儀器一次下井可進(jìn)行全譜測(cè)量和PNN功能，可實(shí)現(xiàn)高精度碳氧比、中子法獲取的地層宏觀俘獲截面、近遠(yuǎn)伽馬俘獲獲取的地層宏觀俘獲截面、近遠(yuǎn)俘獲伽馬計(jì)數(shù)率比值獲取的中子孔隙度，以及各種元素含量信息。該測(cè)井方法在儀器設(shè)計(jì)上兼顧中子和伽馬探測(cè)，采用雙中子、雙伽馬探測(cè)器，為后期數(shù)據(jù)處理提供了豐富的伽馬能譜、伽馬時(shí)間譜、中子時(shí)間譜和各種計(jì)數(shù)率比值信息。由于儀器硬件和處理方法的優(yōu)化，使其能夠在低孔低滲地層有較好的應(yīng)用效果[9-10]。

7)RST儲(chǔ)層飽和度測(cè)井

RST(Reservoir Saturation Tool)儀器主要由一個(gè)脈沖中子源，近、遠(yuǎn)兩個(gè)伽馬探測(cè)器組成，可實(shí)現(xiàn)非彈性散射、俘獲、確定水流速和持率等測(cè)量[11]。最新的脈沖中子儀Pulsar是由1個(gè)脈沖中子源、源附近的中子探測(cè)器、近遠(yuǎn)兩個(gè)LaBr3∶Ce晶體伽馬能譜探測(cè)器、超遠(yuǎn)的YAP晶體伽馬能譜探測(cè)器組成。該儀器具備氣飽和度測(cè)量和部分元素測(cè)井功能[12]。

8)RMT測(cè)井儀

RMT(Reservoir Monitor Tool)測(cè)井是雙源距脈沖中子源測(cè)井儀器，由一個(gè)脈沖中子源，近、遠(yuǎn)兩個(gè)伽馬探測(cè)器組成，可以實(shí)現(xiàn)非彈性散射測(cè)量模式、中子俘獲模式和氧活化測(cè)量模式[13]。在RMT基礎(chǔ)上，開發(fā)的三探測(cè)器儀器RMT-3D(Reservoir Monitor Tool 3-Detector)儀器，主要由1個(gè)脈沖中子源和3個(gè)鍺酸鉍(BGO)伽馬能譜探測(cè)器組成。它通過非彈和俘獲能譜獲取多種元素產(chǎn)額，油氣水三相飽和度評(píng)價(jià)，套后孔隙度，水流速度和方向等多種信息。

9)RPM測(cè)井

RPM(Reservoir Performance Monitor)儀器是由一個(gè)脈沖中子源，近、遠(yuǎn)和超遠(yuǎn)三個(gè)伽馬探測(cè)器組成，可以實(shí)現(xiàn)脈沖中子能譜測(cè)量模式(C/O)、脈沖中子俘獲模式(PNC)、脈沖中子持水率測(cè)量模式(PNHI)、中子活化水流(含水量HYDL，環(huán)空水流AFL)、示蹤能譜(PRISM)的測(cè)量[14-15]。

10)TNIS測(cè)井儀

TNIS熱中子成像測(cè)井(Thermal Neutron Imaging System)主要由一個(gè)脈沖中子源，2個(gè)He-3中子探測(cè)器組成。通過熱中子俘獲核譜圖,來識(shí)別油層、水層、干層和泥巖等。該方法記錄脈沖中子發(fā)射 15 μs 后，到 2700 μs 的熱中子計(jì)數(shù)率，并將時(shí)間譜分為180道，每 15 μs 為一道，從中提取地層的宏觀俘獲截面。該方法將時(shí)間譜分為：0～100 μs 熱能影響區(qū)、100～350 μs 井筒液和套管影響區(qū)、350～750 μs 地層俘獲熱中子穩(wěn)定區(qū)、750 μs 以后的地層俘獲熱中子統(tǒng)計(jì)影響區(qū)?？赏ㄟ^350～750 μs 核譜圖的幅度,來進(jìn)行巖性和流體區(qū)分，也可通過核譜圖的尾部結(jié)束時(shí)間來區(qū)分[16]。

2 套后剩余油飽和度測(cè)井硬件結(jié)構(gòu)的發(fā)展

從常見套后剩余油飽和度測(cè)井可以發(fā)現(xiàn)，核方法占據(jù)主要位置。核方法套后剩余油飽和度測(cè)井儀器硬件變化表現(xiàn)出以下特征(表1)：

表1 核方法飽和度測(cè)井儀器特征表

1)脈沖中子源類儀器是主要的剩余油飽和度測(cè)井儀，化學(xué)中子源比例很??；

2)過油管的小直徑儀器與大直徑的測(cè)井儀并存，小直徑儀器作業(yè)方便，但大直徑儀器晶體大，同等條件下計(jì)數(shù)率要高，有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)；

3)儀器耐溫性能在提高；

4)兩個(gè)及以上伽馬能譜探頭在儀器中應(yīng)用較多，新儀器開始重視對(duì)中子的探測(cè)，其功能也不局限于監(jiān)測(cè)中子源狀態(tài)；

5)核方法測(cè)井儀具備一些反映地層元素功能。

3 套管井剩余油飽和度測(cè)井展望

對(duì)于過套管電阻率測(cè)井，儀器通過電法對(duì)地層進(jìn)行評(píng)價(jià)，有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，而且電測(cè)井資料在新井老井中都廣泛存在，有廣泛的基礎(chǔ)資料可進(jìn)行對(duì)比，所以仍有存在的價(jià)值和意義。核測(cè)井可以穿透套管、水泥環(huán)，從地層元素的角度對(duì)地層進(jìn)行評(píng)價(jià)，已經(jīng)成為套管井評(píng)價(jià)的主流。

從環(huán)保、安全、健康等方面考慮，化學(xué)中子源發(fā)展空間有限，但中子源幾乎無壽命限制，存量?jī)x器仍將繼續(xù)發(fā)揮一定作用。脈沖中子源方法將是未來套管井剩余油飽和度測(cè)井技術(shù)主流，但由于儀器造價(jià)高，脈沖中子源有使用壽命，屬于消耗品，測(cè)井費(fèi)用較高。套管井飽和度測(cè)井作為一種監(jiān)測(cè)測(cè)井，更需要一種功能實(shí)用、價(jià)格低、穩(wěn)定性強(qiáng)的儀器，目前儀器在穩(wěn)定性方面還有不足。隨著物理硬件的發(fā)展，脈沖中子源儀器的壽命的提高，價(jià)格降低，該類儀器不僅在套管井剩余油監(jiān)測(cè)有廣泛應(yīng)用，而且也會(huì)在裸眼井測(cè)井中有很好的應(yīng)用前景。隨著勘探開發(fā)力度加大，向深層、深部方向發(fā)展，井深加大，必將對(duì)儀器耐溫性能提出更高的要求，儀器耐溫性能將是重要的考慮指標(biāo)。脈沖中子源剩余油飽和度測(cè)井儀獲取的物理信息豐富，對(duì)信息的充分利用挖掘，對(duì)數(shù)據(jù)的處理、解釋方法的提高將對(duì)儀器的功能和精度提升有重要意義。