環(huán)境因素對隨鉆密度測井的影響

員順勇，馬春彬

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300457)

0 引言

隨著渤海地區(qū)勘探開發(fā)的深入，大斜度井、水平井和分支井數(shù)量不斷增多，對隨鉆測井的需求越來越大。隨鉆密度測井在隨鉆測井中占有重要地位，在劃分地層巖性、計算孔隙度、顯示油氣層等方面有著重要作用。本文以哈里伯頓ALD(azimuthal litho density)隨鉆密度測井儀器為例，詳細分析該儀器的環(huán)境影響因素并給出相應(yīng)校正方法，通過正確輸入環(huán)境參數(shù)，實現(xiàn)ALD資料的自動校正處理。

1 ALD儀器結(jié)構(gòu)及測量原理

ALD工具基本布局如圖1所示，主要包括(從左到右)Cs源、低密度窗口、鎢屏蔽環(huán)、遠近伽馬射線接收極、扶正器、聲波發(fā)射器等。放射源和一對伽馬射線接收極被安裝在扶正翼上，扶正器的作用是減少鉆具與井壁之間的鉆井液的影響，屏蔽材料和扶正器的作用是防止放射源伽馬射線不通過地層直接到達接收極。兩個接收極為NaI晶體探測器，當伽馬射線進入探測器后，系統(tǒng)產(chǎn)生電脈沖，不僅檢測到伽馬射線，還提供伽馬射線能量信息(即能譜)，通過能譜可以得出密度和巖性信息。ALD的數(shù)字電路板執(zhí)行許多功能，包括原始計數(shù)數(shù)據(jù)的儲存、每個接收極的密度值計算，以及連續(xù)增益穩(wěn)定、快速取樣法的實現(xiàn)(分離出井眼擴大時的數(shù)據(jù))、聲波井徑和方位密度測量。

圖1 隨鉆密度測井儀器ALD傳感器布局示意圖

ALD放射源使用的是2Ci CS137伽馬源，其能量為663 keV，伽馬源與地層相互作用的主要方式為康普頓散射和光電效應(yīng)。伽馬射線與電子碰撞產(chǎn)生的結(jié)果只與地層密度有關(guān)，地層密度越大，碰撞次數(shù)就越多，因此接收端能夠通過分析接收到的伽馬射線能量狀況得出地層密度。隨著碰撞次數(shù)的增加，射線能量下降到100 keV以下，此時與地層作用的主要形式變?yōu)楣怆娦?yīng)，相互作用的結(jié)果與原子的性質(zhì)有關(guān)，質(zhì)子數(shù)越多，原子吸收伽馬射線的能力越強，而質(zhì)子數(shù)的不同代表地層巖性不同。在整個測量過程中，需對探測器的計數(shù)結(jié)果進行能窗取值，在某一能窗范圍內(nèi)求取其總計數(shù)用以計算地層密度(bulk density)和巖性(Pe)[1]。

2 隨鉆密度測井的影響因素分析

2.1 泥漿密度

ALD的近接收極受井眼環(huán)境的影響大于地層影響，遠接收極正好相反，近接收極計數(shù)用來校正遠接收極。裸眼井理想狀態(tài)時扶正翼緊貼地層，即間隙(standoff)為0時，近接收極和遠接收極讀取同樣的體積密度。當間隙小于2.54 cm(1英寸）時，工具通過“脊肋”校正可以消除泥漿的影響。如圖2所示，不同密度物質(zhì)的“肋”大體是平行的，用一個簡單的多項式來表示：

圖2 “脊肋”校正

式中：a=0；c為很小的數(shù)值；x=ρfar-ρnear；SOC即DRho(Delta Rho)。

校正后的電子密度ρe=ρfar+SOC，再通過公式ρb=1.070ρe-0.188得出體積密度[2]。

SOC的正負如圖3所示，在沖洗帶或擴大井眼的情況下，遠近接收極讀取的數(shù)值均為泥漿密度，因為此時間隙遠大于2.54 cm(1英寸）。當泥漿密度小于地層密度時，使用正的密度校正，當侵入帶中侵入流體密度大于地層流體密度時，使用負的密度校正，密度校正將隨著時間推移以及侵入深度的變化而變化。

圖3 SOC的正負校正

目前主要使用快速取樣法來計算地層密度和巖性(Pe)值。以0.1 s/采樣點的速率快速取樣，在30 s內(nèi)遠、近接收極將各取得300個計數(shù)，600個數(shù)值存在于內(nèi)存中，分為高低計數(shù)率兩種。從快速取樣數(shù)據(jù)中選取最優(yōu)計數(shù)率參與密度和巖性計算，當泥漿密度小于地層密度時，低計數(shù)部分(LCRB)為最優(yōu)計數(shù)部分(best bin)；當泥漿密度大于地層密度時，高計數(shù)部分(HCRB)為最優(yōu)計數(shù)部分(best bin)，即在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下選取貼近地層密度的射線計數(shù)為參考。使用遠、近接收極best bin數(shù)值來參與地層密度計算。

2.2 間隙(stand-off)

大部分情況下，探測極扶正翼和井壁間隙小于2.54 cm(1英寸）時，能計算出正確的地層密度。而沖洗帶會對密度測量產(chǎn)生不利影響。快速取樣法就是使用扶正翼靠近井壁時采集的數(shù)據(jù)，用來消除沖洗帶的影響。當然，在擴大的井眼中或工具不旋轉(zhuǎn)時，扶正翼無法靠近井壁，快速取樣法也無法取得正確數(shù)值，地層密度數(shù)據(jù)會受到大間隙的影響。

2.3 天然氣

地層中含有天然氣時，體積密度讀取的數(shù)值異常的低[2]。由于氣層中的電子密度比較小，在康普頓散射作用下，伽馬射線通過一定距離的地層后所損失的能量比較小，儀器接收端接收到伽馬射線的能量比較高，從而讀取出異常低的地層密度。天然氣的存在也會使中子測井孔隙度讀數(shù)比真實的孔隙度小，與密度曲線交叉。在現(xiàn)場工作中，通過中子-密度曲線交叉識別氣層。

2.4 溫度

接收極感應(yīng)到的由穩(wěn)定源和測井源產(chǎn)生的射線數(shù)量受溫度影響。溫度與漂移量呈線性關(guān)系，并且兩個源的漂移量不同，通過探測極外殼內(nèi)部的穩(wěn)定源可極大降低兩個源的漂移。在測井和校準過程中使用溫度校正計數(shù)，在校準過程中漂移系數(shù)存儲在工具中。校準文件中校正參數(shù)表的溫度部分，N0和F0分別對應(yīng)于穩(wěn)定源的近、遠接收極的校正參數(shù)；N1和F1分別對應(yīng)于測井源的近、遠接收極的校正參數(shù)[1]。溫度對計數(shù)的影響隨著工具形狀和配置的不同而不同，隨著工具的變化，校正的準確數(shù)值略有不同。需要注意的是，間隙存在時，溫度校正更大。因此，溫度升高，高邊密度影響大于低邊密度。

2.5 壓力

由于源的計數(shù)隨著井下壓力變化，因此需將應(yīng)用線性修正。漂移系數(shù)作為校準的校正參數(shù)，保存在工具中。校準文件中校正參數(shù)表的壓力部分，N和F分別對應(yīng)近、遠接收極的校正參數(shù)。需要注意的是，較大間隙的壓力校正值比較小間隙的壓力校正值大，因此壓力升高時，對高邊密度比低邊密度的影響大[2]。

3 實例分析

在實際工作中，為了保證測量數(shù)據(jù)的準確性、屏蔽環(huán)境因素的影響，需要及時輸入環(huán)境參數(shù)，不斷校正原始數(shù)據(jù)。如在渤海灣某次隨鉆密度測井中，根據(jù)泥漿信息，輸入泥漿類型為water based mud，泥漿配比密度為1.15～1.23 g/cm3，隨著泥漿密度的改變及時更新數(shù)據(jù)。根據(jù)實時傳輸?shù)臏囟葦?shù)據(jù)，井下溫度范圍為22～64 ℃，隨著溫度的改變及時更新數(shù)據(jù)，當儀器出井后可使用隨鉆電阻率測井EWR-P4中的溫度數(shù)據(jù)處理內(nèi)存數(shù)據(jù)。壓力值是軟件根據(jù)公式

式中：Pressure為壓力(MPa)；mud density為泥漿比重(g/cm3)；TVD為當前位置的垂直深度(m)。

自動計算，其中mud density為泥漿比重，TVD為當前位置的垂直深度。伽馬射線背景值根據(jù)實時傳輸?shù)碾S鉆自然伽馬測井DGR數(shù)據(jù)得出，當儀器出井后可使用隨鉆自然伽馬測井DGR數(shù)據(jù)中的自然伽馬數(shù)據(jù)處理內(nèi)存數(shù)據(jù)。所有參數(shù)輸入完畢后就可以得出如圖4所示的測井圖。

圖4 渤海某井隨鉆自然伽馬、電阻率、密度、中子孔隙度測井圖

圖4中左列區(qū)域為自然伽馬曲線，可劃分巖層。圖中中間區(qū)域為電阻率曲線，主要通過電阻率區(qū)分油氣水。圖中右列區(qū)域可以看到PHC曲線為Pe數(shù)據(jù)曲線，主要劃分地層巖性；RLC曲線為Delta Rho數(shù)據(jù)曲線，主要用于校正地層密度；DLC曲線為地層密度曲線；SLSP曲線為中子孔隙度曲線。圖中截取的垂深井段1560～1605 m，在1560.0～1572.5 m及1594.9～1605.0 m井段，從伽馬自然曲線可以看到，其伽馬值較高，可判斷這兩段井段為泥巖層；從地層密度和中子曲線可以觀察到該兩段井段的密度值在2.26 g/cm3左右浮動，中子孔隙度在33 p.u.左右浮動，與伽馬自然曲線及電阻率曲線響應(yīng)一致。從伽馬自然曲線可以看到1572.5～1594.9 m井段的伽馬值較低，為砂巖層，對應(yīng)圖中的電阻率曲線，可以判斷該井段為油氣儲層；從地層密度和中子曲線可以觀察到該井段的密度值在2.06 g/cm3左右浮動，中子孔隙度在27 p.u.左右浮動，與伽馬自然曲線及電阻率曲線響應(yīng)一致。再根據(jù)錄井及上下層綜合判斷，該井段為氣層。綜上所述，使用校正后的ALD隨鉆密度測井曲線、中子孔隙度曲線可以有效地識別油氣層。

4 結(jié)論

(1)隨鉆密度測井為地層實時評價和地質(zhì)導(dǎo)向等提供地層密度和巖性數(shù)據(jù)，準確填寫環(huán)境參數(shù)對于提高隨鉆密度測井的測量精度有重要意義；

(2)使用ALD測量時，隨鉆密度測井資料主要受井眼大小、泥漿密度、溫度、壓力、天然氣等環(huán)境因素的影響，一般需要做井眼大小和SOC的校正；

(3)在隨鉆密度測井過程中需要實時更新環(huán)境參數(shù)，以得到準確的測井圖，并通過自然伽馬曲線劃分巖層，通過電阻率曲線及隨鉆中子-密度測井曲線識別油氣水層。