时间谱测井气层识别方法在大庆油田的应用*

何巍巍，邓茜珊，何 葳，孙 亮，郑 华，郝淑娟，冯瑞姝

(1.大庆师范学院机电工程学院 黑龙江 大庆 163000；2.大庆油田测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163000；3.西安石油大学地球科学与工程学院 陕西 西安 710000)

0 引 言

脉冲中子全谱测井仪(PNST)利用电控脉冲中子发生器产生并向地层发射能量为14 MeV的高能脉冲中子，利用2个伽马探测器和1个热中子探测器采集中子-中子和中子-伽马谱，一次下井可实现双源距碳氧比、中子寿命(PNC)、脉冲中子-中子(PNN)、氧活化等四种测井功能[1-3]。PNST测井仪能提供地层岩性、泥质含量、孔隙度、剩余油饱和度等数据，可直观指示出水层，能够不依赖裸眼井测井资料进行独立的套管井剩余油评价[4]。

随着油田勘探开发的不断深入，老井浅层气测井评价日益受到人们重视，在大庆地区的现场试验结果显示，PNST测井仪在气层识别方面也具有较好的应用效果。但天然气勘探具有埋深大、物性差、圈闭条件复杂的特点，其发现难度逐渐增大[5]。因此，有必要研究地层中油、气、水在不同孔隙度下的影响规律，建立完善的脉冲中子测井解释模型，更好地进行气层识别，并形成适合当地孔隙度的解释方法。本文主要介绍了基于蒙特卡罗数值模拟方法和模拟井刻度试验结合的方式，形成了气层识别和孔隙度解释方法，在现场应用中取得了较好的效果。

1 数值模拟模型建立与校验

为了检验所建数值模拟模型的正确性，按PNST测井仪在实际刻度井井眼及地层条件建立数值模拟模型，设置井眼介质为清水，J55钢级油层套管的壁厚和外径分别为6.4 mm和140.2 mm，套管密度为7.85 g/cm3；套管外有层水泥环，按0.44水灰比用清水和G级油井水泥配制水泥环材料，水泥环密度2.02 g/cm3，水泥环外径204 mm，地层分别为16.8 %、20.4%、26.0%、28.9%和33.8 %孔隙度的饱和水砂岩和油砂岩地层，按PNST测井仪工作模式的中子爆发与近、远BGO探测器伽马时间谱的采集时序来进行数值模拟。对比了近、远两种探测器的模拟与实测时间谱，并且采用了PNST测井资料解释软件的算法，将数值模拟的RI、RCAP、CIN、CIF参数与实测进行了对比。

图1显示孔隙度20.4%水砂岩地层条件下，模拟获得近、远探测器时间谱与实测时间谱对比，图中用红色点表示实测时间谱，黑色点表示数值模拟时间谱。横轴代表时间，纵轴代表经过归一化处理的相对计数率。从图1可以看出，数值模拟时间谱与实测谱相关系数达到0.999以上，说明模拟与实测时间谱十分吻合，验证了模型的正确性。

采用PNST测井数据处理算法，分别提取非弹计数、俘获计数率，进一步获得RI、RCAP、CIN、CIF等测井参数。其中，RI为近、远探测器非弹计数率比；RCAP为近、远探测器俘获计数率比；CIN、CIF分别为近、远探测器俘获计数率与非弹计数率比，模拟与实测数据见表1。模拟与实测数据的相对差均小于3%，说明模拟数据能够再现测井响应规律，可用于解释方法的建立和解释参数的确定。

表1 水砂地层模拟与实测参数对比的实例

2 气层识别及孔隙度解释模型

按照大庆油田常规套管井条件，对经过基准校验的模型进行参数调整，将套管壁厚和外径分别设置为7.72 mm和139.7 mm，水泥环密度和外径分别设置为1.95 g/cm3和200 mm。考察0 ～ 40%孔隙度砂岩条件下地层孔隙中流体分别为水、油、气时，测井参数随孔隙度的变化，结果如图2所示。

从图2中可以看出，1) RI由于受密度影响，相同孔隙度含气砂岩值明显小于油砂和水砂；2) RCAP仅受孔隙度影响，油砂和水砂地层随孔隙度增加而增加，含气砂岩基本不变；3) 油水砂岩CIN值随孔隙度升高而升高，这是由于近探测器的俘获计数率基本不变，而井眼附近的非弹计数随孔隙度升高而降低，导致油水砂岩CIN值升高；含气砂岩CIN随孔隙度升高幅度小于油水砂岩，这是由于含气砂岩地层中，探测器对非弹计数的敏感程度比油水砂岩小造成的；4) 三种岩性的CIF值随孔隙度升高均降低，是由于三种岩性的远探测器时间谱均对地层俘获敏感，随孔隙度升高而升高。

图2 测井参数随孔隙度变化规律

根据不同孔隙度下各测井参数特点，可利用近/远非弹比值RI(反映密度孔隙度)与近/远俘获比值RCAP(反映中子孔隙度)叠合、远俘获/非弹计数比CIF(受含气影响大)与近俘获/非弹计数比CIN(受含气影响小)叠合挖掘的曲线特征来识别气层，按照RCAP测井参数图版中油砂、水砂测井参数随孔隙度变化情况，可获得适应大庆地区的孔隙度解释模型，如公式(1)所示。

φ=0.87e0.65RCAP-9.13

(1)

3 应用实例

3.1 气层识别应用

达深X井所在地层包含一定天然气储量，完井后进行了PNST测井，解释成果如图3所示。图中第一道为近远探测器宏观俘获截面SGFM，第二道为近探测器俘获计数率NCAP和远探测器俘获计数率FCAP，第三道为近探测器非弹计数率NIN和远探测器非弹计数率FIN，第四道为近远探测器非弹计数率比RI和俘获计数率比RCAP，第五道为近探测器俘获与非弹计数率比RCIN和远探测器俘获与非弹计数率比RCIF。该井1、2号层为气层，4组重叠曲线在气层处均有幅度异常显示，FCAP大于NCAP，FIN>NIN， RCIF>RCIN，RCAP与RI均变小，表明1、2号层为气层，该解释结论在试气及实际生产中得到了验证。

图3 达深X井解释成果图

3.2 孔隙度解释应用

西丁X井解释成果图如图4所示。该井1972年开发，采用套管完井，没有裸眼井测井资料。该井进行大修作业时利用PNST测井评价剩余油饱和度。测前主要生产层位为1号层和2号层，日产液72.22 t/d，含水90.2%。基于改进的孔隙度解释方法，采用PNST测井的RCAP(图中为RTMD)曲线计算孔隙度，得到有效孔隙度为30%左右，这与所在区块其它井对应层位的裸眼井资料显示情况相符，剩余油饱和度解释结果指示1号层的下部和2号层水淹严重，解释结论与作业前生产情况一致，采油厂根据解释结果作业后含水下降13.6%，取得了较好的应用效果。

图4 西丁X井解释成果图

4 结 论

根据刻度井实际井况及地层条件，对脉冲中子全谱测井仪(PNST)的测井响应进行了数值模拟研究，建立了较为完善的气层识别和孔隙度解释模型，在现场应用并取得了较好效果。

1) 利用实测谱对数值模拟模型进行基准校验，模拟谱能够再现实测谱，证明了数值模拟模型的正确；

2) 在气层识别方面，通过近/远非弹比值RIN与近/远俘获比值RCAP叠合，远俘获/非弹计数比FCI与近俘获/非弹计数比NCI叠合，当RCAPNCI时，该层为气层；

3) 在孔隙度解释方面，近俘获/非弹计数比NCI、近/远非弹计数比RIN，受含气影响较小；近/远俘获计数比RCAP和远俘获/非弹计数比FCI在气层处计算的孔隙度均偏低，利用校正公式可以取得更加准确的孔隙度参数。