套管井剩余油飽和度測井現狀及展望

祁 峰

(中國石化江漢油田分公司勘探開發研究院，湖北 武漢 430223)

油田開發中后期，由于井網的不斷調整,注水量的變化和復雜地質情況的綜合影響，使得平面剩余油分布呈復雜化。掌握平面剩余油的分布情況是井網細分重組、加密布井和提出效措施的基礎。通過測井的手段，可對井眼附近垂向剩余油飽和度提供較為準確可靠的評價，從而對平面剩余油分析進行約束和印證。套管井中測剩余油飽和度的方法較多，儀器各有特點，不同儀器提供的地質信息也有差異，因此如何區分差異，優選剩余油測井方法成為關鍵。

1 常見套后剩余油飽和度測井方法

剩余油飽和度是油田經過一段時期的開發后地層中含油飽和度的現狀。對地層含油飽和度評價方法很多，裸眼井中常見的有電法測井、核磁共振測井等。套管井中由于套管的存在，常規的電法測井和核磁共振測井不能應用，但是可在套管井中實施過套管電阻率測井，以及眾多的核測井方法，以獲取套管外地層油飽和度信息。

1)過套管電阻率測井

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

過套管電阻率測井，根據每口井實際情況，選擇目的層附近受流體、圍巖影響小的厚層作為基準，將過套管測得的電阻率和裸眼井電阻率進行對比校正，獲取適合本井的K因子[2]，最終得到反應地層真實信息的過套管電阻率。其探測深度為2～11 m，動態探測范圍寬，可應用于低孔低滲地層。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比資料。但過套管電阻率測井難度大，受固井質量變化、套管變化影響[3]，導致難以廣泛應用。

2)寬能域-氯能譜測井

俄羅斯寬能域-氯能譜測井在長慶油田應用比較廣泛。寬能域-氯能譜測井采用钚鈹(Pu-Be)或镅鈹(Am-Be)同位素中子源，儀器包括寬能域中子-伽馬能譜測井儀和氯能譜測井儀兩部分。寬能域(0.1～0.8 MeV)中子-伽馬能譜測井儀主要由同位素中子源，長、短源距伽馬能譜探測器組成。氯能譜測井儀主要由同位素中子源，長、短源距中子探測器，長源距伽馬能譜探測器組成[4]。對寬能域部分探測到的熱中子俘獲伽馬進行譜分析，獲取鈣、硅、氫、氯、鐵、鈾、釷、鉀等元素含量；通過伽馬能譜的強度和地層密度的關系，計算出反應地層密度的函數，再利用刻度井與地層密度函數的響應關系求出地層密度；利用遠、近探測器計數率比值與孔隙度有相關性得出孔隙度信息。氯能譜部分利用遠近中子探測器計數率與孔隙度的關系進行孔隙度計算；利用長源距伽馬能譜探測器進行能譜分析，提出硬氯函數(高能區)和軟氯函數(低能區)；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量函數的差異進行油水區分，并能區分出淡水和原油飽和地層；利用氯函數和孔隙度函數交會圖版求取飽和度[5]。由于寬能域-氯能譜使用的是同位素中子源，無壽命限制是其優勢，但同位素中子源高能部分相對較少，所以該儀器未利用非彈性散射伽馬能譜，只對俘獲伽馬能譜進行分析。

3)PND-S測井

PND-S(Pulse Neutron Decay Spectrum)儀器由脈沖中子發生器，近、遠兩個伽馬能譜探測器組成。儀器可以同時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數率和氧離子的非彈性散射計數率的比值(CATO)，計算含油飽和度；通過近、遠俘獲伽馬計數率，獲取類似的中子孔隙度；通過近、遠非彈性散射伽馬計數率，獲取類似的密度孔隙度。另外，通過俘獲伽馬時間譜，獲取地層俘獲截面，計算含油飽和度。最新推出的Raptor由一個脈沖中子源，4個不同源距伽馬能譜探測器和1個中子探測器組成。

4)PNN測井

PNN(Pulsed Neutron-Neutron)測井儀器主要組成部分包括一個脈沖中子源和近、遠兩個He-3中子探測器。由記錄的熱中子時間譜，求取地層的宏觀吸收截面，然后計算含水飽和度。其獲取地層宏觀吸收截面和前述方法不同，是通過熱中子時間譜求取，不受自然伽馬本底的影響。根據張鋒蒙特卡羅模擬結果，PNN對低礦化度地層具有優勢[6]。

5)PNST脈沖中子全譜測井

PNST脈沖中子全譜測井儀主要包括1個脈沖中子發生器、2個伽馬探測器和1個熱中子探測器。儀器一次下井可同時完成雙源距碳氧比、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現，可以不依賴裸眼井資料進行套管井剩余油評價[7-8]。

6)RDM高精度脈沖中子剩余油飽和度測井

RDM(Reservoir Data Miner)高精度脈沖中子剩余油飽和度測井儀包括1個脈沖中子發生器、2個伽馬能譜探測器和2個熱中子探測器。該儀器一次下井可進行全譜測量和PNN功能，可實現高精度碳氧比、中子法獲取的地層宏觀俘獲截面、近遠伽馬俘獲獲取的地層宏觀俘獲截面、近遠俘獲伽馬計數率比值獲取的中子孔隙度，以及各種元素含量信息。該測井方法在儀器設計上兼顧中子和伽馬探測，采用雙中子、雙伽馬探測器，為后期數據處理提供了豐富的伽馬能譜、伽馬時間譜、中子時間譜和各種計數率比值信息。由于儀器硬件和處理方法的優化，使其能夠在低孔低滲地層有較好的應用效果[9-10]。

7)RST儲層飽和度測井

RST(Reservoir Saturation Tool)儀器主要由一個脈沖中子源，近、遠兩個伽馬探測器組成，可實現非彈性散射、俘獲、確定水流速和持率等測量[11]。最新的脈沖中子儀Pulsar是由1個脈沖中子源、源附近的中子探測器、近遠兩個LaBr3∶Ce晶體伽馬能譜探測器、超遠的YAP晶體伽馬能譜探測器組成。該儀器具備氣飽和度測量和部分元素測井功能[12]。

8)RMT測井儀

RMT(Reservoir Monitor Tool)測井是雙源距脈沖中子源測井儀器，由一個脈沖中子源，近、遠兩個伽馬探測器組成，可以實現非彈性散射測量模式、中子俘獲模式和氧活化測量模式[13]。在RMT基礎上，開發的三探測器儀器RMT-3D(Reservoir Monitor Tool 3-Detector)儀器，主要由1個脈沖中子源和3個鍺酸鉍(BGO)伽馬能譜探測器組成。它通過非彈和俘獲能譜獲取多種元素產額，油氣水三相飽和度評價，套后孔隙度，水流速度和方向等多種信息。

9)RPM測井

RPM(Reservoir Performance Monitor)儀器是由一個脈沖中子源，近、遠和超遠三個伽馬探測器組成，可以實現脈沖中子能譜測量模式(C/O)、脈沖中子俘獲模式(PNC)、脈沖中子持水率測量模式(PNHI)、中子活化水流(含水量HYDL，環空水流AFL)、示蹤能譜(PRISM)的測量[14-15]。

10)TNIS測井儀

TNIS熱中子成像測井(Thermal Neutron Imaging System)主要由一個脈沖中子源，2個He-3中子探測器組成。通過熱中子俘獲核譜圖,來識別油層、水層、干層和泥巖等。該方法記錄脈沖中子發射 15 μs 后，到 2700 μs 的熱中子計數率，并將時間譜分為180道，每 15 μs 為一道，從中提取地層的宏觀俘獲截面。該方法將時間譜分為：0～100 μs 熱能影響區、100～350 μs 井筒液和套管影響區、350～750 μs 地層俘獲熱中子穩定區、750 μs 以后的地層俘獲熱中子統計影響區。可通過350～750 μs 核譜圖的幅度,來進行巖性和流體區分，也可通過核譜圖的尾部結束時間來區分[16]。

2 套后剩余油飽和度測井硬件結構的發展

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

表1 核方法飽和度測井儀器特征表

1)脈沖中子源類儀器是主要的剩余油飽和度測井儀，化學中子源比例很小；

2)過油管的小直徑儀器與大直徑的測井儀并存，小直徑儀器作業方便，但大直徑儀器晶體大，同等條件下計數率要高，有其獨特優勢；

3)儀器耐溫性能在提高；

4)兩個及以上伽馬能譜探頭在儀器中應用較多，新儀器開始重視對中子的探測，其功能也不局限于監測中子源狀態；

5)核方法測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井展望

對于過套管電阻率測井，儀器通過電法對地層進行評價，有其獨特優勢，而且電測井資料在新井老井中都廣泛存在，有廣泛的基礎資料可進行對比，所以仍有存在的價值和意義。核測井可以穿透套管、水泥環，從地層元素的角度對地層進行評價，已經成為套管井評價的主流。

從環保、安全、健康等方面考慮，化學中子源發展空間有限，但中子源幾乎無壽命限制，存量儀器仍將繼續發揮一定作用。脈沖中子源方法將是未來套管井剩余油飽和度測井技術主流，但由于儀器造價高，脈沖中子源有使用壽命，屬于消耗品，測井費用較高。套管井飽和度測井作為一種監測測井，更需要一種功能實用、價格低、穩定性強的儀器，目前儀器在穩定性方面還有不足。隨著物理硬件的發展，脈沖中子源儀器的壽命的提高，價格降低，該類儀器不僅在套管井剩余油監測有廣泛應用，而且也會在裸眼井測井中有很好的應用前景。隨著勘探開發力度加大，向深層、深部方向發展，井深加大，必將對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。脈沖中子源剩余油飽和度測井儀獲取的物理信息豐富，對信息的充分利用挖掘，對數據的處理、解釋方法的提高將對儀器的功能和精度提升有重要意義。