華北油田套后飽和度測井技術優選

2021-09-28 07:03:36熊葵楊曉東陳菲趙璐陽陳少鋒吳青芳

測井技術 2021年3期

熊葵,楊曉東,陳菲,趙璐陽,陳少鋒,吳青芳

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

0 引言

華北油田很多區塊已經進入開發的中后期,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。完井測井解釋評價是確定油水層的重要方法,但由于長期注水開發和多輪次措施調整,很多儲層已被水淹,地層水礦化度不易確定,故僅靠完井測井資料很難準確判斷油水層。可以通過補充套后飽和度測井資料,彌補完井測井解釋評價的不足。華北油田應用過多種套后飽和度測井技術,例如注硼中子測井技術[1-2]在某些區塊取得了較好的效果,但一般適用于儲層物性好、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;過套管電阻率測井技術[3]在CHJ油田應用較多,該技術一般適用于套管完好、固井質量好的地層;在北部區塊應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)測井技術[5],在某些區塊應用過熱中子成像系統(Thermal Neutron Imaging System,TNIS)[6-7]、脈沖中子全譜飽和度測井(Pulsed Neutron Full-spectra Saturation Logging,PSSL)[8]、四中子(Quad Neutron)測井技術[9-10]。根據不同套后飽和度測井技術的測量原理和技術指標,結合試油生產資料,分析不同套后飽和度測井技術對研究區塊的適用性,為準備進行剩余油監測的區塊選擇套后飽和度測井技術提供借鑒。

1 華北油田套后飽和度測井技術

1.1 常用套后飽和度測井技術的比較

華北油田應用過的套后飽和度測井技術較多,除過套管電阻率測井技術外,其余大多數屬于放射性測井技術。放射性套后飽和度測井技術主要有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。目前華北油田應用較多的套后飽和度測井技術是TNIS、PSSL、Quad Neutron測井,表1是目前華北油田常用的幾種套后飽和度測井技術的性能對比,其中Quad Neutron測井要求地層水礦化度高或油水密度差異大。

表1 幾種套后飽和度測井技術的比較

1.2 TNIS測井

由TNIS測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俘獲劑,主要存在于地層水中,故可以通過測量氯元素的含量來判斷地層含水飽和度的高低。TNIS測井儀器有很多優點,例如外徑只有43 mm,可以進行過油管測量;探測深度比PNN測井深;耐溫耐壓指標高,最大耐溫175 ℃,最大耐壓103 MPa;對井斜沒有要求,但在大斜度井及水平井中測量要采用特殊輸送方式;對井眼條件要求不高,測井前不用洗井;TNIS測井儀器通過多個探測器記錄大量地層信息,形成多個數據庫的矩陣文件即成像文件,成像方式使測試成果更直觀。

TNIS測井通過一系列硬件、軟件措施,一定程度上降低了儀器對地層水礦化度、孔隙度的要求,但從理論分析和實際應用中發現,TNIS測井是否能取得比較好的油水識別效果,需要綜合考慮地層孔隙度和地層水礦化度(實際上應該折合成氯離子濃度)。如果地層水礦化度很高,對孔隙度的要求就可以低一些;反之,如果孔隙度較高,對地層水礦化度的要求就可以低一些。在生產實際中發現如果孔隙度能達到20%,地層水氯離子濃度甚至只要達到1 000 mg/L,結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TNIS測井識別油水層越有利。

通過參數敏感性分析,可知TNIS測井通用解釋模型中泥質的俘獲截面和地層水的俘獲截面對含水飽和度計算更為敏感。針對華北油田油藏特點,對TNIS測井通用解釋模型加以改進,在剩余油飽和度解釋模型-體積模型中加入2個校正系數m1、m2,形成新的模型[見式(1)、式(2)],并選取2段水層計算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;Sw為地層含水飽和度,小數;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為泥質的俘獲截面,10-3cm-1;Vsh為泥質含量,小數;m1為校正系數,小數;m2為校正系數,小數;φ1和φ2分別為第1段水層和第2段水層的孔隙度,小數;Vsh,1為第1段水層的泥質含量,小數;Vsh,2為第2段水層的泥質含量,小數;Σ1為第1段水層俘獲截面測量值,10-3cm-1;Σ2為第2段水層俘獲截面測量值,10-3cm-1。

TNIS測井技術應用過程中還應該注意鋰元素、硼元素也是強俘獲劑,鋰元素、硼元素一般存在于泥質中,所以如果儲層的泥質含量較高,就必須充分考慮泥質對俘獲截面的影響,否則容易引起含水飽和度的誤判。

1.3 PSSL測井

PSSL測井最突出的特點是綜合性,集碳氧比能譜、碳氫比能譜、氯能譜、釓能譜、示蹤能譜、中子壽命測井于一體,一次下井可以同時測量多種地層參數(碳氧比、碳氫比、俘獲截面、氧活化等),多參數交互使用使測量精度和解釋評價符合率大大提高。PSSL測井結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測井儀器在硬件、軟件上都做了很多改進,新型的中子發生器使用溫度能達到150 ℃,中子管使用壽命達200～300 h,適用于薄層評價和厚層細分評價。在PSSL測井資料的解釋評價中,使用通用的解釋模型效果較差,結合華北油田的實際情況,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;RW為碳氧比水線,小數;RO為碳氧比油線,小數;(VSi/VCa)為測試得到的硅鈣比,小數;(VC/VO)為測試得到的碳氧比,小數;k、Lw、a、b為校正系數。

建立了有關區塊的PSSL測井解釋圖版,圖1為LL區塊館陶組的PSSL測井解釋交會圖版;根據PSSL測井解釋參數和試油生產數據建立了LL區塊的PSSL測井解釋標準(見表2)。

圖1 LL區塊館陶組PSSL測井解釋交會圖

表2 LL區塊PSSL館陶組測井解釋標準

1.4 四中子測井

四中子測井采用镅鈹中子源,向地層發射快中子,通過4個探測器采集中子-中子、中子-伽馬雙物理過程的信息,分別得到長源距伽馬計數率、長源距中子計數率、短源距伽馬計數率、短源距中子計數率,通過以上信息計算分析判斷儲層含油性。根據四中子測井原理,油水密度差異越明顯或地層水氯離子含量越高會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,四中子測井適用于油質好、原油密度低、含氣儲層的測量。根據理論計算,當原油的密度為1.076 g/cm3、地層水礦化度為4 000 mg/L時,QTP與QL的差值為1.2%;而當原油的密度為0.825 g/cm3、地層水礦化度為20 000 mg/L時,QTP與QL的差值為10.1%。

2 技術優選

2.1 華北油田的儲層特點

華北油田雖然也有高孔隙度高滲透率儲層,但更多的是低孔隙度低滲透率儲層。與中國其他油田相比,華北油田儲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 套后飽和度測井技術優選的方法

要確定某個區塊使用使用何種套后飽和度測井技術,首先從2個方面進行理論分析,一方面是每種套后飽和度測井技術或儀器都有其工作原理,對地層水礦化度、孔隙度都有一定的要求;另一方面是每個區塊也有其諸如地層水礦化度、孔隙度等地質特征和管柱結構等工程特征,依據儀器的工作原理及特點、區塊地質參數特征的綜合分析初步確定某種套后飽和度測井技術是否適用于某區塊。

有一部分井在進行套后飽和度測井后,根據其解釋評價結論采取堵水、補孔等措施,根據試油生產資料評價套后飽和度測井解釋結論的正確性更可靠。通過對套后飽和度測井技術應用效果的分析,初步認識了華北油田各區塊對不同套后飽和度測井技術的適應性。為使套后飽和度測井技術更好地發揮作用,首先應該按照目的區塊的巖性、孔隙度、地層水礦化度、油品性質選擇恰當的套后飽和度測井技術;其次,根據研究區塊儲層的各種特征,建立合理的符合目的區塊實際的套后飽和度測井解釋模型及解釋圖版,分析影響套后飽和度測井響應的敏感因素,進行合理的校正,提高飽和度測井技術的解釋評價符合率。

根據華北油田儲層實際情況,提出套后飽和度測井技術優選原則[11]:①適應儲層中低孔隙度、地層水礦化度較低的特點;②投入產出比高;③儀器性能指標與儲層特點盡量匹配。綜合考慮各種因素,華北油田套后飽和度測井技術優選結果見表3。

3 應用實例

3.1 TNIS測井

SL凹陷K斷塊的J井于2002年12月投產,2014年9月進行TNIS測井。J井的TNIS測井解釋成果圖(見圖2)表明33和37號層含油特征明顯,特點是熱中子俘獲成像邊緣幅度高,環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。補孔前日產油4.0 t,含水率為91.7%,補孔33和37號層后日產油18.7 t,含水率降為29.4%,降水增油效果明顯,說明TNIS測井解釋評價結論正確。表4是K區塊TNIS測井解釋標準,其中標準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井技術優選

圖2 J井TNIS測井解釋評價成果圖

表4 K區塊TNIS測井解釋標準

3.2 PSSL測井

LL區塊的新近系中淺儲層,地層水礦化度較低,但孔隙度相對較高,可以采用PSSL測井進行套后飽和度測井。LL區塊的L井于2012年2月投產,生產層段是39、40、44號層,到2013年底,日產液5.4 t,日產油1.3 t,含水率76.4%。為改善該井生產情況,提高油井產能,進行套后飽和度測井以了解油藏油井剖面采出狀況及剩余油分布狀況。根據L井的完井測井資料,判斷該井的26、27、30、33、35號層都是含油水層,但根據L井的PSSL測井資料(見圖3),把26號層、30號層解釋為油水同層,物性較好,產水率較高,產水率分別為84.7%、76.4%,有一定剩余油;27號層含油飽和度較高,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測井后于2014年1月12日補孔26、27、30、33、35號層,補孔后日產液11.9 t,日產油4.9 t,含水率降為59.0%,增油效果比較明顯。

3.3 四中子測井

華北油田北部的LQ區塊中深層等儲層,或者油質好、密度低,或者礦化度高,或者油氣比較高,或者兼而有之,有利于四中子測井的應用。LQ區塊巖石類型主要為碳酸巖質粉砂巖、細砂巖、粉砂巖和長石粉砂巖,儲層類型為高孔隙度中滲透率儲層,地下原油的密度為0.77 g/cm3、黏度為1.05 mPa·s,原始氣油比97 m3/t,地層水總礦化度3 481.5 mg/L,水型為NaHCO3。

LQ區塊的Q井于2013年11月完井,2014年1月投產,生產48、49、50號層,日產液12.45 m3,無油,含水率達100%,因高含水關井。為判斷該井剩余油狀況,分析生產潛力,2017年12月進行四中子測井。根據四中子測井解釋評價結果(見表5)可以看出,在已射孔的各層中,48號層為強水淹層,50號層為中水淹層;未射孔的39號層(1 957.0～1 959.6 m),四中子測井計算的有效孔隙度為11.6%,計算的含油飽和度為38.9%,QTP與QL包絡有含油顯示,解釋為油層。圖4是Q井四中子測井解釋成果圖。

根據四中子測井解釋評價結論,結合其他研究資料及措施實施的條件,決定采取以下措施:對 1 988.5 ～1 996.7 m層段進行封堵、對1 957.0～1 959.6 m層段補孔,措施后日產油7.9 t,日產水0.2 m3,日產氣3 700 m3,措施效果比較好,說明四中子測井解釋評價結論是正確的。