DDCO-3型碳氧比测井仪在水淹层评价中的应用

沈付建

(大庆油田测试技术服务分公司 黑龙江大庆)

DDCO-3型碳氧比测井仪在水淹层评价中的应用

沈付建

(大庆油田测试技术服务分公司 黑龙江大庆)

DDCO-3双源距碳氧比测井仪实现了中子发生器的自动控制和自动稳谱功能,通过优化设计结构,缩短了仪器长度,提高了仪器性能。集碳氧比、中子寿命和氧活化水流指示测井功能于一体,可以利用测井数据解释地层泥质含量、孔隙度以及地层含水饱和度,利用氧活化水流指示曲线定性判断出水层位,指导堵水。实践证明,DDCO-3双源距碳氧比测井能准确确定储层水淹级别,定性识别气层,为油田勘探开发提供有效依据。

双源距碳氧比;自动稳谱;储层水淹级别;识别气层

0 引 言

碳氧比测井是套管井储层剩余油评价的主要方法之一,主要用于划分储层水淹等级,为制定堵水及老井补孔增油方案提供依据。大庆油田测试技术服务分公司研制的双源距DDCO-2型测井仪[1]技术配套解释软件完善,能现场快速直观解释,在生产中取得了良好的应用效果。但DDCO-2型测井仪器测量模式单一,仅具有碳氧比测量功能,在缺少裸眼井测井资料时难以准确确定地层泥质含量和地层孔隙度,不能定性直观指示出水层位。鉴于此对DDCO-2型双源距碳氧比测井仪器进行改造,形成集碳氧比、中子寿命和氧活化水流指示测井功能于一体的双源距碳氧比测井仪DDCO-3,新仪器不仅可以解释碳氧比剩余油饱和度,而且可以利用中子寿命测井信息确定地层的泥质含量和孔隙度,利用中子寿命测井在高地层水矿化度地区确定地层含水饱和度,利用氧活化指示曲线定性判断出水层位,利用曲线叠加法定性识别气层,为油气田水淹评价测井提供了一种有效手段。

1 DDCO-3型碳氧比测井仪简介

DDCO-3碳氧比测井仪外径为89 mm,采用铝合金和非金属等轻质材料,通过优化设计仪器整体机械结构,井下仪器长度由5.8 m缩短到3.6 m,重量减轻到90 kg。仪器耐压为60 MPa,中子发生器使用充气结构,靶压控制采用调幅方式,通过优化磁芯结构设计和提高倍加器性能,将中子发生器的耐温指标提高到150℃。

DDCO-3测井仪阳极高压变换器采用输出频率为4 Hz～10 kHz且占空比可调的阳极脉冲高压开关模块,由数控电路的综合时序发生器产生控制阳极高压开关的变频率、变宽度的时序信号,实现了多种测井模式。中子管的电离能达到方波电离的效果,实现了中子发生器的双爆发模式以及中子发生器的自动控制。并实现了井下自动稳谱,减小了现场操作人员的工作强度及人为干预程度。

DDCO-3型碳氧比测井仪探测器采用2个BGO晶体,源距分别为29 cm和52 cm。2个探测器分别记录非弹、俘获和本底能谱,通过对不同能谱的处理可以得到167条测井曲线。

2 资料解释方法

2.1 泥质含量及孔隙度解释方法

地层泥质含量和孔隙度是定量解释剩余油饱和度的关键参数,通常采用自然伽马和自然电位计算地层泥质含量,利用声波、密度和补偿中子等孔隙度测井曲线计算地层孔隙度。在没有自然伽马和自然电位测井资料的情况下,DDCO-2型碳氧比仪通常采用硅钙比曲线或岩性指示曲线计算地层泥质含量,但受地层岩性及矿物成分的影响较大,不适用灰质成分较多及岩石孔隙较小的地层。DDCO-3型碳氧比测井仪具有中子寿命测井功能,提供的地层俘获截面曲线,与自然伽马曲线类似,能够准确反映地层岩性变化,而且不受地层放射性异常影响。计算方法如下:

式中,R为RTMD或RIN;Rma、Rf分别为岩石骨架和孔隙流体外推值;φSH表示泥质孔隙度;Vsh为泥质体积。

2.2 饱和度解释模型

碳氧比能谱测井探测深度浅,受井径、套管尺寸、仪器外径及井内流体等环境因素影响大,因此在解释模型中必须考虑环境因素的贡献。综合考虑地层孔隙流体、地层密度、井眼流体(包括套管壁上粘有石蜡和原油的情况)及水泥环厚度的影响,建立如下解释模型[2]:

式中,∑、∑max、∑min分别是目的层的俘获截面值、俘获截面最大值和俘获截面最小值;GCUR是经验系数。

DDCO-3型碳氧比测井仪记录非弹能谱和俘获能谱的原理分别与密度测井和中子测井的原理相似,利用近、远探测器俘获伽马总计数比值RTMD能计算出类似中子孔隙度的地层孔隙度。利用近、远探测器

式中:Ch、CCa、Ow、OCa、OSi为常数,分别为油中碳密度、CaCO3骨架中碳的密度、水中氧的密度、CaCO3骨架中氧的密度及石英骨架中氧的密度。So为含油饱和度(小数);φ为孔隙度(小数);Y为井筒内宏观持油率(0≤Yo≤1);H为水泥环厚度(cm);VCa为骨架中Ca含量(小数);CAL为套管外径(cm);A、a、b、c、d、δ、α为未知数,可以根据仪器刻度试验数据通过约束变尺度法确定。针对实际测井曲线,需先对测井曲线进行泥质含量校正,再使用最优化技术解算方程组,得到地层剩余油饱和度So。

在高地层水矿化度地区,可以利用曲线计算含水饱和度Sw[3]:

式中,∑是测井值,∑ma、∑sh、∑w、∑h分别是骨架、泥质、地层水和油气的∑值。

2.3 水淹级别划分

驱油效率的高低反映了油层水淹的强度。碳氧比能谱测井目前主要采用驱油效率划分水淹级别。驱油效率定义η为:

式中,Swco和Swi分别表示碳氧比计算含水饱和度和束缚水饱和度,单位为百分数。

采用中国石油天然气行业标准(SY/T 6618-2005碳氧比测井资料处理及解释规范),根据驱油效率将水淹层划分为三个级别:弱水淹14%＜η≤35%;中水淹非弹性散射伽马总计数比值RIN能计算出类似密度孔隙度的地层孔隙度。有效孔隙度φe计算公式为35%＜η≤53%;强水淹η＞53%。

2.4 氧活化曲线指示出水层位

利用活化谱得到的氧活化指数曲线OAI能够指示出水层,在已射孔高压水淹层之上,经常出现氧活化指数OAI曲线数值升高现象,表明套管内有水向上流动,指示该层产水。

3 应用实例

3.1 堵水实例

图1 西丁××井碳氧比测井成果图

在套管井中确定油层水淹程度,为制定堵水方案提供依据,是目前碳氧比测井最主要的用途之一。图1为西丁××井碳氧比解释成果图,该井为一口二元试验区采油井,于2009年10月24日进行碳氧比测井,解释成果表见表1。测井解释结果显示该井剩余油饱和度较低,OAI曲线也表明套管内有向上的水流流动,均为高水淹层。但细分解释可以看出该井水淹不均,驱油效率差异较大,分析认为该区块在注水开发过程中,存在类似“大孔道”的高渗透带或注水“优势通道”,造成该井水淹不均。依据碳氧比测井解释结果,采用化学封堵法进行堵水,封堵前该井含水100%,目前产液31.9 t/d,产油2.23 t/d,含水93%,措施后最高日产液100.8 t/d,产油6.8 t/d,含水93.2%,堵水效果明显。

表1 西丁××井碳氧比测井解释成果表

3.2 曲线重叠法定性识别气层

储层中含有天然气将使中子孔隙度减小,通常情况下,原油与水的热中子宏观俘获截面相近,而天然气的热中子俘获截面很小,因此可以利用俘获截面低值识别气层。俘获计数率与地层减速能力以及地层元素的俘获能力有关,氢是所有元素中最强的中子减速剂,当地层含气时,地层氢元素含量相对较低,地层减速能力降低,将有更多的热中子被远探测器接收到,因此可以利用近远探测器俘获计数率重叠、近远探测器非弹计数率重叠识别气层。气层与水层相比,气层处地层密度降低,脉冲中子测井的近远探测器非弹计数率比和近远探测器俘获计数率比均降低,因此,可以利用近远探测器非弹计数率比和近远探测器俘获计数率比曲线重叠识别气层。

图2为达深×井碳氧比测井气层定性解释成果图,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RIN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号层和2号层的4组重叠曲线均有幅度异常显示,FCAP大于NCAP,FIN大于NIN,RCIF大于RCIN,RCAP与RIN均变小,表明1、2号层为气层,与该层实际结论一致。

图2 达深×井碳氧比测井气层定性解释成果图

4 结 论

(1)DDCO-3测井仪集碳氧比、中子寿命和氧活化水流指示测井功能于一体,测井信息多,将逐步取代DDCO-2测井仪,成为套管井剩余油评价主力仪器。

(2)DDCO-3测井仪实现了中子发生器自动控制和自动稳谱功能,通过优化结构设计,井下仪器长度由过去的5.8m缩短到3.6m,减轻了现场操作人员的工作强度及人为干预程度,提高了仪器的可靠性。

(3)测井实例表明DDCO-3测井资料能准确确定储层水淹情况,定性识别气层,为油田勘探开发提供依据。

[1] 董建华,刘宪伟,王 晶.DDCO-2型双源距碳氧比能谱测井仪[J].石油仪器,2002,16(6)

[2] 郑 华,刘宪伟,董建华.双源距碳氧比测井技术研究[J].测井技术,2005,29(2)

[3] 赵培华.油田开发水淹层测井技术[M].北京:石油工业出版社,2003

Application of DDCO-3 C/O tool in evaluation of water-flooded reservoirs.

Shen Fujian.

DDCO-3 dual-detector C/O logging tool achieves automatic control and automatic spectrum stabilization of the neutron generator.The length is shortened and the performance is improved by optimizing the design of the tool structure.The tool has three loggingfunctions:C/O,neutron lifetime and oxygen activation.The logging data can be used to interpret shale volume,porosity and water saturation.Oxygen activation index curve can be used to indentify water exit layers and guide water shutoff.According to the logging instance,DDCO-3 logging can accurately determine reservoir flood level and qualitative identify gas layer.The tool provide an effective basis for oil exploration and development.

dual-detector C/O;automatic spectrum stabilization;reservoir flood level;gas layer identification

P631.8+1

B

1004-9134(2011)03-0040-03

沈付建,男,1977年生,工程师,2000年毕业于西南石油学院,现在大庆油田测试分公司解释评价中心从事测井资料解释工作。邮编:163453

2010-01-06编辑姜 婷)

PI,2011,25(3):40～42

·开发设计·