TMD-L测井监测喇嘛甸油田气顶方法研究

2016-05-07沈付建刘开天张唯聪郑希科

测井技术 2016年1期

沈付建, 刘开天, 张唯聪, 郑希科

(大庆油田测试技术服务分公司, 黑龙江大庆 163453)

0 引言

大庆喇嘛甸油田位于大庆长垣最北端,是一个含有气顶的构造油气田。其储集层以砂岩和泥质粉砂岩为主,纵向上与泥质岩交互呈层状分布。气顶油藏中油区和气区的流体在开发中可能相互窜流,天然气窜入油区,对天然气自身的采收率没有什么影响,而原油侵入气顶,原油的采收率却要受到影响。室内物理试验表明,喇嘛甸油田原油侵入气顶后油量损失巨大,开采进入含气砂岩中的原油,当用100倍孔隙体积的气驱油时,驱油效率只有30%左右,气驱后再用10倍孔隙体积的水驱替,最终驱油效率也只有50%左右[1]。因此,在喇嘛甸油田层状气顶油田的开发中,要严格控制油气界面的移动,特别是要防止油侵现象发生。

为实现油区和气区的压力平衡,维持油气界面的相对稳定,在油区、气区及气区外沿布署了一系列监测井,通过生产测井资料确定气顶、油气界面以及油水界面位置,判断油区、气区压力是否平衡,为开发方案的调整提供依据。目前主要采用中子-中子测井方法对气液界面进行监测,该技术发射快中子并测量经地层减速后的热中子,利用目的层与泥岩段(与目的层同地层组)的中子-中子测井计数率比值判断气层。通过统计分析得到测井计数率比值大于1.30时为气层[2]。

自应用以来,中子-中子测井技术很好地解决了喇嘛甸油田气液界面监测的问题。但是,这种方法也存在缺陷。①放射性源伤害人体并污染环境。中子-中子测井仪使用活度为1.7×1011Bq的Am-Be中子源,这是一种化学源,在运输、测井及保存过程中有可能对环境造成污染,不能满足绿色环保要求。②解释受人为影响较大。在测井资料解释计算计数率比值时,需要人工读取泥岩段中子值,受解释人员读值经验的影响。为克服中子-中子测井存在的缺陷,需要研究一种新的使用脉冲中子源的热中子多门衰减岩性(TMD-L)测井识别气层方法,实现气顶监测目的。

1 TMD-L测井气层识别方法研究

哈里伯顿公司热中子多门衰减岩性(TMD-L)测井仪[3]是一种中子寿命测井仪,它使用脉冲中子源。与化学源相比,脉冲中子源可控,只有供电才能产生中子,能够避免对人体的伤害并且不会对环境造成污染。TMD-L测井时中子发生器先发射0.10 ms中子脉冲,停歇1.18 ms。这个过程中中子发生器产生的14.1 MeV的快中子进入地层,先与地层核素发生非弹性散射(同时释放非弹性散射伽马射线)损失掉大量能量,经弹性散射继续减速成为能量为0.025 eV的热中子,热中子被地层元素俘获释放出俘获伽马射线。该仪器采用近远2个源距的BGO(锗酸铋)晶体作为探测器,对整个过程记录随时间变化的伽马射线强度,同时记录非弹伽马时间谱、俘获伽马时间谱。中子与地层的相互作用是中子测井的物理基础,靶核对快中子的减速能力与原子核的质量数有关,质量数越大,对快中子的减速能力越差。H核的质量数最小,对快中子的减速能力最强,H是所有元素中最强的中子减速剂,这是中子测井法测定地层含H量及解决与含H量有关的各种地质问题的依据。基于TMD-L测井获得的曲线信息,主要研究了2种解释方法[4]。

1.1 曲线叠合法

天然气的密度值比石油和水的密度值小,相同岩性和孔隙度下含气岩石的密度值比含油、水岩石密度值小,因此密度测井资料可用于识别气层。传统的密度测井利用了伽马射线在地层中的康普顿散射与地层电子密度相关的原理,可以把脉冲中子与地层元素非弹性散射产生的非弹伽马射线云作为密度测井源来反映地层密度值,TMD-L测井资料中近远探测器非弹计数率比曲线RIN对密度敏感,密度降低时RIN变小。

由于天然气的含氢指数比石油和水的含氢指数小,因此利用中子含氢指数测井能够识别气层。热中子俘获伽马射线计数率与地层元素的减速能力有关,TMD-L测井资料中近探测器俘获计数率NTMD、远探测器俘获计数率FTMD及近远探测器俘获计数率比RTMD对含氢指数敏感,储层含氢指数变小时,NTMD和FTMD都增大,且FTMD增大更显著,RTMD相应变小。

当储层含气时,储层具有密度变小、H元素含量降低的特点。因此,可以通过RTMD曲线与RIN曲线叠合、FTMD曲线与NTMD曲线叠合识别气层。

(1)RTMD曲线与RIN曲线叠合。气层与水层(油层)相比,地层密度降低。在气层处,TMD-L测井的近远非弹计数比RIN和近远俘获计数率比RTMD均降低,因此,可以通过叠合这2条曲线识别气层。将RTMD曲线与RIN曲线反向刻度,并使之在水层(油层)处重合。若在储层处2条曲线出现镜像幅度差,可判别为气层。

(2)FTMD曲线和NTMD曲线叠合。水层(油层)TMD-L测井的近、远俘获计数率曲线均为低值,气层近、远俘获计数率曲线均为高值,在岩性均匀的同一储集层中,水层(油层)的近、远俘获计数率曲线差异小,而含气层段的近、远俘获计数率曲线差异大。利用近、远俘获计数率曲线叠合可以定性区分气层与油水层。将远俘获计数率曲线FTMD与近俘获计数率曲线NTMD叠合(通常远、近计数率刻度比例为1∶4),在水层(油层)处2条曲线基本重合,若叠合曲线出现明显的正分离(FTMD高于NTMD),可定性判别地层为气层或者致密层(致密层类似于气层,H元素含量较少)。

1.2 建立定量解释标准

曲线叠合法能直观指示气层,但叠合时需要经验确定曲线的左右刻度。综合考虑TMD-L测井中SGFM、NTMD、FSIN等对气层敏感的曲线,构造出1条气层指示曲线GI[5]

(1)

式中,FSIN是远探测器非弹计数率;SGFM是通过近、远俘获时间谱获得的地层宏观俘获截面,反映地层岩性。使用式(1)时不需要人工读值,消除了人为读值经验误差,当地层含气时,GI值明显增大。

TMD-L测井原始曲线中有1条中子孔隙度曲线PHIT,PHIT曲线反映了地层的含H量,当地层含气时,PHIT曲线为低值。利用喇嘛甸油田12个层的PHIT、GI曲线数值做交会图(见图1),得出定量识别喇嘛甸气层的标准,从图1中可以看出,当GI>3.2、PHIT<0.15时为气层。

图1 喇嘛甸油田PHIT与GI交会图

2 TMD-L测井监测气液界面应用实例

利用以上2种方法,对喇7-××井进行TMD-L测井气液界面监测。图2为喇7-××井TMD-L气顶监测测井解释成果图。图2中第3道为近远探测器非弹计数率比RIN和近远探测器俘获计数率比RTMD反向刻度叠合曲线,在气层处,RIN、RTMD都显著变小,具有较大的叠合面积。第4道为近探测器俘获计数率NTMD和远探测器俘获计数率FTMD叠合曲线,FTMD曲线的刻度为1 000～6 000,NTMD曲线的刻度为4 000～24 000,2条曲线在油层处基本重合,在气层处出现明显的正分离。曲线叠合法显示气液界面为918.4 m。第5道为气层指示曲线GI和中子孔隙度曲线PHIT,在气层处,GI值显著增大,PHIT值变小。根据定量解释标准PHIT<0.15和GI>3.2,气液界面位置为918.4 m,与曲线叠合法的解释结论一致,符合该区块目前的开发状况。