井徑在隨鉆中子測井中的校正應用

王昊煒

（中海油田服務股份有限公司，河北燕郊 065201）

1 隨鉆中子測井和井徑測量原理

孔隙度是對儲集層進行評價時的基本參數，675型隨鉆中子測井儀采用熱中子測井原理進行熱中子探測和孔隙度實時測量。中子放射源源源不斷釋放快中子流，快中子流照射井下地層時，中子一般要經歷減速、擴散、俘獲這3個過程，攜帶地層孔隙度信息的熱中子分布被安裝在儀器鉆鋌內部的HE3中子探測器探測到，并由內部電路轉化成電脈沖，以脈沖計數的形式用于數據記錄和孔隙度計算。氫是對快中子的彈性散射和能量損失起到決定性作用的減速核素，利用快中子的這一特性可以進行地層孔隙度的定量分析。然而井眼環境中的泥漿密度、泥漿礦化度、井徑及偏心距等因素的差別，也會不同程度地影響中子儀器對氫元素分布情況的探測結果和近源距探測器計數率與遠源距探測器計數率的比值，進而影響真實孔隙度的測量。因此文章分析探討某井實鉆井作業中井徑測量并參與地層真實孔隙度的數據校正的實際應用。

675型隨鉆中子測井儀使用3個超聲井徑測量探頭分別測量各探頭到井壁間的間隙距離，3個超聲探頭在儀器圓周上呈120°等角度分布。在實鉆井作業中，由于鉆具組合串剛進入新地層，被鉆頭打通的新地層井眼未收到擠壓、侵蝕等影響而變形，因此可以認為此時井眼為規則圓形。基于超聲波遇到不同介質反射的原理，3個超聲探頭發射的超聲波遇到井壁時進行反射，反射波首波到達時間與探頭到井壁上反射面的距離及傳輸介質（泥漿等）的聲速有關。測量到首波到時后，結合當時條件下的聲速，即可通過計算得到探頭到反射面的距離。675型隨鉆中子測井儀在井眼中位置居中或偏心，即儀器軸心與井筒軸心存在位置偏移的情況下，都可以實時測量得到當前井徑尺寸和偏心距。

2 井徑校正的必要性

675型隨鉆中子測井儀外徑為17.145 cm，為獲得視石灰巖孔隙度測量值，需要在石灰巖標準井群中進行儀器一級刻度確定孔隙度計算參數。在刻度時，石灰巖井井徑尺寸為21.59 cm，儀器安裝中子源后下放至儀器測量點在井中固定高度位置，儀器在井眼中居中放置，井內和地層孔隙中充滿淡水，在常溫一個大氣壓下進行一級刻度。在實鉆井作業中，刻度狀態中的淡水被泥漿取代，井眼環境中的含氫量、含氯量均有所改變。隨著實鉆作業中井徑尺寸、儀器偏心距的不斷變化，刻度狀態中的固定井徑環境改變。在井徑擴大時，儀器與地層間的泥漿層增厚，泥漿的含氫量比地層高，因此在井徑擴大時測井的視中子孔隙度大于地層實際孔隙度，因此通過對實時測量孔隙度數據針對上述因素進行校正，可保證測量孔隙度的準確性。

3 中子孔隙度的井徑參數校正

在隨鉆中子儀器設計階段，使用蒙特卡洛進行模擬仿真實驗，建立以下實驗模型：儀器實驗地層為石灰巖，巖石孔隙度分別為0 pu、5 pu、10 pu、15 pu、20 pu、25 pu、30 pu、35 pu、40 pu、45 pu、50 pu，儀器直徑為17.145 cm。儀器居中測量，井眼間隙中均為淡水，探測器的長短源距分別為59.2 cm、24.6 cm。在模擬井眼井徑校正時，只改變井徑這一種影響因素條件下模擬測井儀對不同孔隙度地層的響應。

圖1 為改變井徑（Borehole Diameter，圖中縮寫為BD，BD 下劃線后的數字為井徑值，單位為mm）時測井儀的響應。

圖中數據點為不同井徑和不同孔隙度下的模擬結果。利用二階多項式擬合可以得到不同井徑下測井儀的響應：

式中，p為方程的擬合參數，porosity 為巖石孔隙度。其中標準井徑（21.59 cm）下，測井儀的響應為：

在某一特定地層孔隙度下，根據式（1）可以得到不同尺寸井徑下隨鉆中子測井儀的近源距探測器計數率與遠源距探測器計數率的比值。將該比值代入式（2）中求解可得地層孔隙度計算值。由這些列井徑和孔隙度計算值繪制的曲線即為井徑校正曲線。其表征著當井徑變化時，孔隙度計算值的變化趨勢。計算多個地層孔隙度下的井徑校正曲線，即可得到井徑校正圖版，如圖2所示。受模擬點個數及統計誤差的影響，圖中數據點存在一定誤差，采用最小二乘法擬合可得到一條相對平滑的曲線。

由圖2可知，當地層真孔隙度一定時，視中子孔隙度隨著井眼直徑增大而增大；當井眼直徑一定時，地層真孔隙度越大，測得的視中子孔隙度就越大。當地層真孔隙度越大時，隨井眼直徑的增大，視孔隙度與真孔隙度的差值也越大。因此在隨鉆中子測井中，遇到井眼直徑與刻度井直徑有較大差異時，必須進行井眼校正，以得到比較真實的地層孔隙度。

對圖2中的坐標點進行公式擬合，得到中子測井值的井徑影響校正公式。

式中，k0、k1和k2為待定系數，具體取值見表1；BD為井徑，cm。

表1 井徑校正圖版曲線擬合參數

使用上述圖版校正方法工作量極大且人為處理數據誤差較大，實井作業中通常采用軟件處理方式對中子孔隙度進行井徑尺寸校正。通過井徑校正圖版得到井徑校正孔隙度的經驗公式，在實井作業中使用數據處理軟件實現井徑經驗公式校正孔隙度，提高數據的準確性和實時性。利用表1中的公式確定校正后的孔隙度是圖版查找確定的軟件實現。

4 作業中的井徑校正孔隙度實例分析

以某井實鉆作業為例，本次作業使用675型4條線隨鉆伽馬電阻率、中子密度儀器，主要目的層測量井段為1 108～1 308 m。在確定井口儀器串組合、儀器串插電測試正常后，安裝中子密度放射源，儀器下鉆進行作業。中子儀器在套管中的數據采集、傳輸正常，儀器探測器激勵工作高壓正常，此時在套管內的井徑測量值為23.622 cm。

由于隨鉆中子儀器內部井徑控制電路單元對井徑測量值的計算采用在淡水中的超聲波傳輸速率為參數，當超聲波在泥漿比重為1.70 g/cm3，泥漿礦化度為22 000×10-6的泥漿介質中傳輸時，所測井徑值與真實套管內徑存在偏差，因此利用套管內徑作為標準，超聲井徑進行加減校正。本次作業井徑測量值比真實套管內徑大4.953 cm，在本次作業后續的鉆進作業中，把套管內井徑測量偏差值4.953 cm 作為井徑測量真實值的校正因數，得到實時井徑測量真實值，通過實時井徑測量真實值對視孔隙度進行校正。

作業結束后讀取隨鉆中子儀器內存數據進行分析，在套管和新地層中井徑測量工作正常穩定，所測真實井徑值略大于鉆頭直徑尺寸，對測井資料中中子孔隙度數據進行資料分析，處理現場測井數據，經過井徑校正后的孔隙度數值與未經井徑校正的孔隙度數值相比有明顯的改善，并且與臨井孔隙度曲線相對比吻合較好。具體處理前后比較結果如圖3所示。

圖3 675型中子測井儀井徑校正效果對比

圖中孔隙度測量一欄中有3條曲線，其含義解釋如下：①最左側曲線——未經井徑校正的675型隨鉆中子測井儀測井數據；②中間曲線——用實時井徑校正軟件得到的675型隨鉆中子測井儀測井數據；③最右側曲線——臨井電纜中子測井儀測井數據。

鄰井泥巖段中子值主要集中在20 pu 左右，本次測量的泥巖段中子值為24.08 pu，隨鉆中子的孔隙度參數測量效果較好，井徑因素校正后與臨井曲線貼合效果較好。

5 結束語

在隨鉆中子測量孔隙度的實鉆井作業中，井徑大小對孔隙度值的影響較大，為保證測量孔隙度的準確性，通過超聲井徑探頭測距測量系統對井徑進行實時測量，根據井徑的實時校正和圖版校正，校正后的孔隙度準確度較高，能夠滿足現場作業對孔隙度的測量要求。