PNN+饱和度测井复杂水淹层识别

郑利江,孙雅琳,车蓉,熊坤,王青川,孟庆伟,邓瑞

(1.青海油田公司测试公司,青海茫崖816499;2.青海油田公司财务处,甘肃敦煌736200;3.青海油田公司采油一厂,青海茫崖816499;4.油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学),湖北武汉430100)

0 引 言

随着油田注水开发工作不断深入,注入水常突破到一线油井,主力储层呈连片水淹态势,层间矛盾加剧,剩余油分布呈孤立、零星状态,寻找剩余油工作也变得越来越困难。2007年,青海油田引进了PNN饱和度测井技术,为油藏综合治理、剩余油挖潜提供了科学依据,在油田开发中发挥了不可替代的重要作用。

从多年PNN饱和度测井应用效果看,该技术受淡水水淹、混合水复杂水淹和地层水矿化度低等因素的影响。一方面是尕斯E31、尕斯N1-N21、跃进二号东高点等油田处于开发中后期,由于平面注水推进的不均衡和清污交替混合注入,造成了纵向上不同地层混合液电阻率和矿化度复杂多变,给中高含水阶段水淹层的准确识别带来极大困难;同时,英东等新开发油田部分区块注入淡水,在部分更新井上已经出现明显的淡水水淹情况。不同井累计注水、相对注入量不同,使得不同井的矿化度在不同水淹时期变化也不同,地层混合水矿化度的复杂多变,且难以准确确定,给以中子寿命测井为主的剩余油评价造成较大困难。另一方面是昆北、马北等低矿化度油田,由于储层中氯离子含量低,油水层俘获截面值均为低值(均在16 c.u.(1)非法定计量单位,1 c.u.=1×10-3 cm-1,下同以下),使得采用中子寿命进行油、水层以及水淹状况识别的准确性大大降低。

为满足油田淡水水淹、混合水复杂水淹层的准确识别需求,近几年,奥地利HOTWELL公司在PNN测井的基础上升级推出了PNN+测井技术,增加了远近2个伽马探头。该技术通过对储层氧元素含量变化的探测并结合俘获截面曲线来综合判断水淹状况,可弥补PNN测井的不足,对油田淡水水淹、混合水复杂水淹层的准确识别具有独到优势。

1 PNN+饱和度测井技术

1.1 饱和度测井技术

套管井饱和度核测井技术根据测量对象的不同可分为碳氧比能谱测井、中子寿命测井和过套管电阻率测井3个大类。碳氧比能谱测井包括普通碳氧比测井(单源距)、斯伦贝谢公司的RST测井[1]、哈里伯顿公司的RMT测井[2]、阿特拉斯公司的RPM测井[3]以及康普乐公司的PND-S测井[4];中子寿命测井包括传统的中子寿命测井[5]、注硼中子寿命测井[6]以及HOTWELL公司的PNN和PNN+测井等(见表1);过套管电阻率测井仪器投入商业使用的有CHFR仪器、ECOS仪器、XCRL仪器、TCFR仪器等。

套管井饱和度核测井早期仅有中子寿命测井1种测井方法,如今出现了以多种元素为探测目标的测井技术,测井方法从单一元素探测到全谱测量。如大庆测试公司研发的PNST[7-8]、西安奥华公司研发的PSSL全谱饱和度测井[9]仪器等都实现了单一元素探测到全谱全过程测量。奥地利HOTWELL公司PNN+测井技术,增加了地层氧元素含量的探测,主要结合俘获截面曲线综合应用在低矿化度地区、淡水水淹层识别等方面。

1.2 PNN+测井原理及技术特点

1.2.1测井原理

通过可控中子源向地层中发射14 MeV高能中子流,该中子流具有较强的穿透能力,可以穿过仪器外壳、井液、套管、水泥环,射入地层数10 cm深,与地层原子核发生各种反应[13]。中子探测器利用长、短2个源距探头记录从快中子束发射30 μs后的1 800 μs时间的热中子计数率,每个探测器均将其时间谱记录分成60道,每道30 μs,测量的是地层中热中子本身数量的多少——热中子计数率,根据热中子的衰减情况计算热中子的寿命,进而求出热中子的宏观俘获截面Σ;伽马探测器利用远、近2个源距探头记录地层中低能(活化Al、Si等)、高能(活化氧)伽马射线计数率,主要通过氧元素含量的测量来区分水淹层和潜力层(见图1)。

1.2.2技术特点

主要通过氧元素含量曲线和俘获截面曲线综合分析,在低矿化度地区识别油水层,在淡水水淹和混合水复杂水淹地区识别水淹层。以地层水矿化度150 000 mg/L,注入水矿化度25 000 mg/L为例(见图2),俘获截面(Σ)曲线在1号层(含油饱和度50%的油水同层)和4号层(水层,50%注入水、50%地层水)值一致,无法有效区分,通过氧元素含量曲线与Σ曲线结合,可有效识别出4号层为水层(氧含量值为高值)。

表1 仪器性能指标对比表

图1 PNN+饱和度测井测量原理图

1.3 影响因素分析

影响PNN+测井质量的因素主要包括地层高伽马、井眼流体矿化度、井身结构、流体性质等[11-12](见表2)。比如当井内存在不同的流体界面时,对计数率会产生较大的影响,特别是井内具有大量气体时,对远计数率的影响较大。

图2 PNN+饱和度测井标准层曲线理论响应图

2 PNN+饱和度测井资料解释方法

2.1 测井速度校正

测井过程中,最好能够保证测速恒定,这样所有的曲线可以做同样的校正;但是一般情况下,保持测速恒定比较困难,所以曲线必须要做速度校正。对于平均活化半衰期的假设,对校正很有必要;高能伽马射线需要校正的比重较大。

2.2 计算比率曲线

不同的比率曲线交会图和重叠方法用于确定高的氧活化区。在图3中,根据2条比率曲线的关系,显示较高的氧活化区(蓝色)和较低的氧活化区(潜在的碳氢化合物为绿色绿色)。比率曲线也与Σ曲线交会显示,同样用绿色包络显示含烃化合物的存在。

2.3 定性分析

(1)近源距伽马探测器。低能(<2 MeV)活化Al、Si等;高能(>2 MeV)活化氧。

表2 PNN+饱和度测井影响因素表

*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

20世纪50年代，美国生理学家卡波维奇首次提出运动处方的概念。运动处方即医师根据医学检查资料（包括运动试验和体力测验），按病人的健康、体力以及心血管功能状况，用处方的形式规定运动种类、运动强度、运动频率及运动时间等，并提出运动中的注意事项等，以此来改善病人的身体状态。

图3 PNN+饱和度测井成果图

(2)远源距伽马探测器。低能(<2 MeV)活化Al、Si等;高能(>2 MeV)活化氧。

(3)计算比率。近/远低能伽马比值RATGNFL(用来计算孔隙度类比密度孔隙度);近源距低能/高能伽马比值RATGN;远源距低能/高能伽马比值RATGF(主要为地层的活化反应)。

图4 Σ—RATGN交会图 图5 RATGN—φ交会图

(4)水层/淡水水淹层。含氧量高,高能伽马射线的计数率高,低能/高能的比值小,与俘获截面曲线无包络面积。

(5)油层。含氧量低,高能自然伽马射线的计数率低,低能/高能的比值大,与俘获截面曲线包络面积大。

2.4 定量计算

PNN+解释是基于PNN+处理的比率曲线和通过交会图(模拟碳/氧比率曲线)显示的绿色包络低氧活化区,初步认为其为含油气饱和度较高的层位。

PNN+的解释基于一些假设:所有的井眼效应都被去除,如果存在,也应该是一个常数;储层岩性相对稳定,因此,岩性氧活化的作用相对稳定;测速相对稳定。

PNN+解释软件主要提供Σ—RATGN交会图法、RATGN—φ交会图法2种解释模型。

(1)Σ—RATGN交会图法。横坐标为Σ,纵坐标为RATGN(低能/高能比值),颜色深浅代表常规PNN计算的含水饱和度大小,水、油的Σ值在常规PNN解释中确定。圈内数据,Σ低值,计算含水饱和度较低。但是根据RATGN分析,该层含水饱和度较高,解释为淡水水淹(见图4)。

(2)RATGN—φ交会图法。横坐标为RATGN(低能/高能比值),纵坐标为φ(有效孔隙度),该交会图类似于常规PNN定量解释交会图,需要确定水、油、骨架、泥质的RATGN值(见图5)。

图6 A井PNN+饱和度测井成果图

3 应用效果分析

3.1 清污交替混合注入油藏复杂水淹层识别

在复杂多变的非均质储层中进行水淹层测井的解释和剩余油的评价,是地质工程师和油藏工程师在注水开发油田中后期最为关注的热点和难点问题。因此在注水油田开发的中后期,进行剩余油研究的首要任务是进行水淹层评价。

青海多数油田处于中高含水期,存在淡水水淹、水驱动用程度较低、剩余油高度分散等现象,尤其跃进二号油田断层分布复杂,其储层薄、多、散、杂,加之注水以及边水作用,剩余油分布更趋复杂。单一测井资料难以准确识别水淹层,如PNN测井因为淡水水淹Σ值在水淹层也呈现低值。

A井为跃进二号油田一口采油井(见图6),2018年1月进行PNN+饱和度测井,该井测前高含水(98.21%),拟层调补孔。PNN+饱和度测井资料分析,拟射孔层:Ⅰ-4+5+6小层中部物性最好的部位中水淹,俘获截面相对偏高,近、远源距低能比高能曲线“偏右”,与俘获截面曲线叠合面积小,邻近水井注入剖面为Ⅰ-6小层主吸,建议不补孔该层,补孔Ⅰ-7、13这2个低水淹层。4个已射孔层俘获截面曲线均反向,近、远源距低能比高能比值均为低值,判断已全部高水淹,建议封堵。实际措施:封堵4个已射孔高水淹层;补孔Ⅰ-7、13这2个低水淹层。措施后,初期日产油6.23 t,含水17.6%,目前日产油2.74 t,含水24.02%。效果较好,与解释结论相符,措施后半年累计增油753 t,效果明显。

3.2 低矿化度地区底水抬升程度以及剩余油分布

柴达木盆地的昆北油田为辫状河三角洲平原与前缘沉积环境,砂体厚度大,储层岩性粒度较粗,主要为砾状中—粗砂岩、不等粒砂岩、砂砾岩、细砾岩。孔隙度7%～11%,渗透率(0.1～2)×10-3μm2[10]。油田矿化度较低,一般低于50 000 mg/L,由于储层中氯离子含量低,油、水层俘获截面均为低值(16 c.u.以下),不易区分,使得采用俘获模式进行油、水层以及水淹状况识别的准确性大大降低。

昆北切六E31油藏3口井的测井应用情况显示,通过近、远源距低比高能曲线与俘获截面曲线叠合后的包络面积分析,较好地识别了由于底水的锥进而造成的不同级别水淹状况,为落实该油藏主力层、次非主力层剩余油分布和动用情况提供了依据,改变了仅依靠俘获截面曲线不能区分开油、水层的难题。B井为昆北切六E31油藏采油井(见图7),2018年3月进行PNN+饱和度测井,该井测井前主要开发Ⅱ油组,主力层Ⅰ-12小层未生产。PNN+饱和度测井资料分析,Ⅰ-12小层氧含量中高,近、远源距低比高能曲线与俘获截面曲线叠合后有包络面积,有剩余油显示,中下部剩余油略高于顶部;次非主力层Ⅰ-13小层氧含量中高,近、远源距低比高能曲线与俘获截面曲线叠合后有一定的包络面积,有剩余油显示,含油性相对较好。实际措施:2018年4月3日封堵补孔,封堵射孔层Ⅱ-7、8、11;补孔Ⅰ-13(1 762.0～1 764.0 m)。措施后4月13日开始起抽,初期日产液5.74 t,日产油5.54 t,含水3.46%;7月日产液4.71 t,日产油4.33 t,含水8.12%,3个月累计增油475 t,效果明显。

图7 B井PNN+饱和度测井成果图

4 结 论

(1)PNN+饱和度测井通过对储层氧元素含量变化的探测并结合俘获截面曲线来综合判断水淹状况,对油田淡水水淹、混合水复杂水淹层的准确识别具有独到优势,是进行套管井剩余油饱和度测井的理想测井技术。

(2)通过8井次现场应用及效果评价,PNN+饱和度测井不仅能进行常规条件下的饱和度测井,而且可以满足复杂地层条件下的饱和度测井,在低矿化度地区饱和度测井具有明显的的技术优势。

(3)PNN+饱和度测井氧元素含量获取受地层高伽马影响较大,在该类井饱和度测井中解释符合率和解释精度有所降低。