0.2 m分辨率补偿密度测井仪设计与应用

王建民, 刘长伟, 高标

(中国石油集团大庆钻探工程公司测井公司, 黑龙江 大庆 163412)

0 引 言

陆相沉积油田中薄层、薄互层发育丰富,油气储量巨大。随着油田勘探开发的深入,薄层识别、厚层细分、提高水淹层有效识别率已经成为油田开发的迫切要求[1-3]。然而,由于常规测井系列纵向分辨率低,导致薄储层识别率与解释精度低,无法满足油田开发稳产、增产的需求。目前仅斯伦贝谢公司开发研制的Platform Express测井系列的三探测器岩性密度测井分辨率达到了0.3 m[4-5],其他补偿密度测井仪或改进的岩性密度测井仪分辨率仅为0.6 m,还不能满足薄层评价的需求。为提高密度测井资料的分辨率,国内外的学者也提出了多种软件处理方法,如反褶积、小波变换、α因子法、分辨率匹配法以及利用短源距密度补偿方法[6-7],但这些处理方法都具有相同的局限性,即它们的处理对象都不是仪器原始测量信息,而是对处理后的信息进行二次处理,从而导致新的误差出现。

大庆钻探工程公司测井公司开发以薄差储层为探测对象的0.2 m分辨率测井系列,主要用于薄差储层的测井评价,将成为储层厚度细分、薄差层识别的重要探测手段和工具,为薄差储层的测井解释提供更为准确的参数。0.2 m分辨率密度测井仪器是该测井系列新研制的仪器之一。

1 仪器设计

0.2 m分辨率补偿密度测井仪采用的放射源和探测器均装在压向井壁的滑板上,测井时伽马源向地层发射伽马光子,经地层散射(光子同地层物质作用后产生康普顿效应)吸收后,有部分经过散射的光子由密度测井仪器的探测器接收。地层密度不同,对伽马光子的散射和吸收能力不同,探测器记录到的读数也不同。地层密度越大,探测器接收到的光子越少,计数率就越小,即密度测井仪器记录的计数率与地层密度值之间成反比关系(正源距情况下),因此可用来确定岩石的体积密度值[8]。

1.1 理论设计

1.1.1 模型设计

考虑到实际情况和计算方便,模型建立为半圆柱状(见图1)。地层高75 cm,半径10～43 cm。仪器推靠井壁,外壳厚5 mm,源仓材料为钢,探测器承压壳为镉。源为137Cs点源,能量为0.662 MeV。2块半圆柱状理想屏蔽体半径与仪器半径相同,厚度随源距改变。在该模型中,屏蔽体材料及厚度、源距大小、探测器晶体的直径和长度、源强、探测器和源的开口形状及角度、地层的岩性、岩石中的孔隙度、孔隙中充填物质的成分及百分含量等可以随着研究问题的不同而改变。用探测器记录光子通量和能谱。模型之外的空间充满理想屏蔽体。对密度测井,记录能量大于0.15 MeV光子通量,并且保证记数相对统计误差均小于1%[9]。

图1 理论计算模型(X、Y为地层径向方向,cm;Z为井轴方向,cm)

1.1.2 仪器源距与纵向分辨率关系

仪器的纵向分辨率是指仪器能够分辨地层的最小厚度。它必须同时满足2个条件:仪器的测量值接近地层的真值,且该地层的厚度是仪器分辨的最小厚度。理论上,计数率随着地层厚度增加而增加,达到饱和值时不再增加。

计算条件:高密度层密度值为2.71 g/cm3,低密度层密度值1.99 g/cm3,源距分别为34、36、39、42 cm等。图2给出的是源距L分别为34、42 cm的薄层响应曲线。可以看出,当薄层在地层纵向上移动时,探测器计数的变化曲线逐渐上升,到达极大值后开始逐渐下降,响应曲线左右对称;当薄层厚度逐渐增加,探测器计数的极大值逐渐增大,当薄层厚度增大到一定程度后,该极大值处于稳定,不再随薄层厚度而变化,此时,该极大值就可以代表地层的真值。

图2 源距的纵向探测特性

对不同源距的计数率作归一化分析。具体做法:计算每个厚度地层的最大计数率,在所计算的计数率当中,最厚地层的最大计数率值最大,然后用其他厚度地层的最大计数率都除以这个计数率。这样就得到了如图3所示源距和分辨率的关系,说明仪器探测器源距L与分辨率F呈线性关系。

图3 探测器源距与分辨率关系曲线图

1.1.3 仪器结构设计

仪器由电子线路短节、探测器和推靠器3部分组成。根据探测器源距与分辨率关系,对探测器进行优化设计。采用三探测器补偿方式,选择适合的短、中探测器源距,同时在保证仪器测量精度的条件下,使长探测器的源距最短。利用3个探测器测量的视密度值进行补偿计算,可实现0.2 m高分辨率补偿密度测量。

2 应用效果

0.2 m分辨率密度测井仪已在大庆油田完成100多口井的测量。现场应用表明,仪器工作稳定,与常规密度测井仪器相比,具有更高的划分薄层能力,纵向地层分辨率达到0.2 m,可获取超薄地层真密度值,有效确定地层孔隙度。

2.1 重复性评价

从重复性对比图可以看出,主测曲线与重复曲线数值与形态基本一致(见图4)。0.2 m分辨率测井曲线重复误差0.028 g/cm3,满足重复性指标小于0.03 g/cm3要求,仪器性能稳定。

2.2 数值评价

在厚砂岩层处,0.2 m分辨率密度与521密度数值基本相同。如图5中1 013.0～1 017.0 m的砂岩厚层,井径比较规则时,0.2 m分辨率密度测井值与常规补偿密度测井值相比较,2种密度测井曲线数值基本相同。

图4 ××井0.2 m分辨率密度测井曲线重复性对比图

图5 ××井0.2 m分辨率密度测井曲线数值对比图

2.3 分辨率评价

图6为岩心分析资料对比图,图6中给出了0.2 m分辨率的微电极、自然伽马、自然电位、双侧向测井曲线,0.2 m分辨率密度测井曲线与其他0.2 m分辨率测井曲线的分层能力对应良好。图6中1 061.9～1 062.0 m处为厚度0.1 m的表外薄层,岩性为油侵泥质粉砂岩,常规补偿密度测井曲线对该层无响应,0.2 m分辨率密度测井曲线对这一表外薄层有响应,且0.2 m分辨率密度测井曲线测量值更接近于地层真值,可以用于储层参数计算,提高解释精度。

图6 ××井0.2 m分辨率密度测井曲线分辨率对比图

3 结 论

(1) 通过对仪器进行实际刻度、上井试验,该仪器样机性能稳定、可靠,测量精度高。

(2) 通过对该仪器测井资料评价可以看出,分层能力能够达到0.2 m,为薄差储层测井解释提供更为准确的参数,将成为储层厚度划分、薄差储层参数探测及解释的重要手段和工具。

参考文献:

[1] 陈守田, 孟宪禄. 薄互层储层预测方法 [J]. 石油物探, 2004, 43(1): 33-36.

[2] 刁刚田, 杨元亮, 宋文芳, 等. 低电阻率油层识别技术 [J]. 特种油气藏, 2003, 10(2): 53-55.

[3] 崔凤林, 张向君, 王氏清. 松辽盆地北部薄互层复杂构造的精细刻画方法与应用 [J]. 地球科学: 中国地质大学学报, 2005, 30(4): 503-508

[4] K A Eyl. High Resolution Density Logging Using a Three Detector Device [C]∥SPE28407, 1994.

[5] 张焕武, 马恩军, 曹丽, 等. 国外集成化测井技术 [J]. 测井技术, 2001, 25(4): 245-249.

[6] 安丰全, 唐炼, 牛华, 等. 补偿密度测井高分辨率处理技术研究 [J]. 测井技术, 1997, 21(5): 323-326.

[7] 朱振宇, 刘洪. 稀疏反褶积方法及其应用 [J]. 中国石油大学学报: 自然科学版, 2005, 29(6): 20-22.

[8] 黄隆基. 放射性测井原理 [M]. 北京: 中国石油工业出版社, 1985: 87-102.

[9] 吴文圣, 黄隆基. 三探测器密度测井的Monte Carlo模拟 [J]. 地球物理学报, 2004, 47(1): 164-170.