利用碳氢比测井技术评价剩余油及水淹程度

何中盛，崔志刚，陈光辉，何玉阳，王学磊

1.中国石油集团公司测井有限公司吐哈事业部，新疆鄯善 8382022.中国石油集团公司测井有限公司长庆事业部，陕西西安 710075

利用碳氢比测井技术评价剩余油及水淹程度

何中盛1*，崔志刚1，陈光辉1，何玉阳2，王学磊1

1.中国石油集团公司测井有限公司吐哈事业部，新疆鄯善 838202
2.中国石油集团公司测井有限公司长庆事业部，陕西西安 710075

碳氢比测井是以地层中的碳、氢元素为主要研究和探测对象，以碳氢比值求解含油饱和度，降低了孔隙度的影响且不受矿化度的限制。依据5种类型油藏，15口井的测井解释结论与试油结论、密闭取芯含油饱和度资料进行分析研究，验证碳氢比（RCH）与孔隙度和含油饱和度的关系，RCH受孔隙度影响比较小，主要受含油饱和度的控制，随含油饱和度的变化而变化；测井解释结论与取芯含油饱和度和试油结论资料的准确性、可靠性、一致性和相关性都较好。实例分析结果表明：该方法可有效评价油层水淹程度、含油饱和度和油水界面，为寻找遗漏油层和堵水等措施提供有效资料，在砂泥岩剖面中适用范围较广，无论是砂岩、砾岩以及低阻油藏均可取得显著的地质效果。

碳氢比测井；孔隙度；密闭取芯含油饱和度；水淹程度；地质效果

何中盛，崔志刚，陈光辉，等.利用碳氢比测井技术评价剩余油及水淹程度[J].西南石油大学学报(自然科学版)，2016，38(5)：4149.

HE Zhongsheng，CUI Zhigang，CHEN Guanghui，etal.Evaluating Residua lOil Saturationand Water-flood Degreewith Hydrocarbon Ratio Logging[J]. Journal of Southwest Petroleum University(Science&Technology Edition)，2016，38(5)：4149.

引言

碳氢比测井是依据碳氢比求解含油饱和度，该方法主要特点是降低了孔隙度的影响，在多年的应用中取得了比较好的效果。但目前对该方法有不同看法[12]，能否降低孔隙度的影响及其适应性如何？

为此我们由碳氢比测井理论入手，以实测资料、试油、密闭取芯资料为依据，采用交绘、列表统计的方法进行对比分析，验证该方法对储层含油或剩余油气饱和度及油层水淹程度评价的有效性、准确性、可靠性和适应性以及孔隙度的影响等问题。

本文采用较多的实例以避免其偶然性，客观评价碳氢比测井技术的可行性，以期为剩余油研究及水淹程度评价提供一种比较有效的方法。

碳氢比测井技术由王振信等[3]于2002年提出，并进行了多年的研究和应用，之后不少人对该项技术进行了研究和应用，谢佳析等[45]先后发表了碳氢比测井技术应用和研究的论文。

1 方法研究

碳氢比测井主要依据快中子在地层中产生核反应过程中的非弹性散射、弹性散射、俘获反应。探测经非弹性散射、俘获反应所产生的次生伽马射线，来反映地层中各元素的含量，即探测地层流体中碳、氢等元素丰度，依据碳氢比值求解含油或剩余油饱和度，也就是直接探测地层流体性质和饱和度的方法[3]。

由于地层中的流体是由水和油气组成，水由氢氧元素组成，油气属碳氢化合物，一般情况下砂岩骨架本身并不含碳、氢元素，也就是说氢来源于油气和水、碳来源于油气。若采用碳氢原子密度比来测量流体，当含油饱和度一定时，无论孔隙度如何变化，其碳氢含量比值将保持基本不变[69]。当含油饱和度降低时，其碳原子密度随之降低，而氢原子密度基本不变(油与水中的氢原子密度基本相等)，其碳氢含量比值也将降低，也就是说碳氢含量比主要随含油饱和度变化而变化(见表1)。

表1 纯砂岩中不同孔隙度和含油饱和度下的碳氢比、碳氧比Tab.1The RCH、RCOin pure sand at different porosity and oil saturation

表中数据为纯砂岩中不同孔隙度与不同含油饱和度下RCH的理论值，RCH随含油饱和度而变化，不受孔隙度控制。但实际地层并非如此，因为地层中的砂岩骨架往往被泥质和碳酸钙胶结，即骨架中增加了碳原子，也就是说碳氢原子数比的响应方程从宏观角度考虑应在砂岩的基础上加上碳原子(原作者也考虑了碳酸钙胶结物中碳原子的影响，但未进入响应方程)，修正后响应方程应为

式中：

a—单位体积油的碳原子数，3.7422×1022；

b—单位体积碳酸钙的碳原子数，1.632×1022；

c—单位体积水的氢原子数，6.6911×1022；

d—单位体积油的氢原子数，7.4845×1022；

Sp—含油饱和度，%；

CHG—极值(极大或极小)；

φ—孔隙度，%；

n—碳酸钙百分含量。

式(1)中的RCH包含了流体aSp/［Sp(d-c)+c］和骨架两部分的贡献，其骨架部分的贡献即孔隙度和骨架中碳原子的影响如何？见表2理论计算。

含油饱和度误差为由(RCH-RCHw)/ΔRCH计算的含油饱和度与设定的Sp的差值。

其中：油水差值ΔRCH=0.5(纯砂岩值)， RCHw最小值，RCHw=0.020 1(实际应用中由解释图版选择)；RCH误差为孔隙度5%与30%时RCH的差。

表2 不同孔隙度和含油饱和度及碳酸钙胶结砂岩中的碳氢比Tab.2The RCHin sand with different porosity-oil saturation and calcium carbonate cementation

当碳酸钙含量为10%，孔隙度在5%～30%，含油饱和度在0～100%时，含油饱和度误差为3.1%～-0.96%。当含油饱和度等于零时，RCH为0.023 2～0.017 1(平均0.020 1)，含油饱和度误差0.62%～-0.6%；RCH值增加近0.5，油水差值与纯砂岩非常接近。RCH随孔隙度变化误差仅0.006 1～0.005 4，孔隙度为1.08%～1.22%。表明碳酸钙胶结物中碳原子的贡献及孔隙度的影响甚微，RCH主要随含油饱和度变化而变化。

矿化度的影响从理论上讲，由于碳与氯元素分别处于非弹和俘获两个不同核反应阶段，氢与氯元素虽同属俘获反应，但氢(2.014～2.431)、氯(4.654～6.599)谱能量范围相差较大，互不干扰。且由室内不同矿化度的流体实验值(表3)表明RCH受氯元素的影响甚微。

表3 不同矿化度的流体碳氢比实验值Tab.3The RCHexperiment of liquid of different mineralization

实际地层中RCH与含油饱和度、孔隙度、矿化度的关系如何？本文依据东西部3个油田15口井95个层段的试油、密闭取芯资料与碳氢比测井资料，包含不同层系(侏罗系、白垩系、三叠系)、不同孔隙度(7%～26%)、不同矿化度(4 000～28×104mg/L)、不同岩性(砂岩、砾岩)储层中的实测资料，进行分析，作出RCH与孔隙度(φ)，含油饱和度(Sp)与孔隙度(φ)及RCH与含油饱和度(Sp)关系图，如图1、图2、图3。

图1 RCH与孔隙度（φ）关系图Fig.1The relationship between RCHand φ

图2 Sp与φ关系图Fig.2The relationship between Spand φ

由图1、图2看出：RCH、Sp与孔隙度无明显关系，油层、弱淹、中淹、强淹、水层无规律地分布在孔隙度(11%～26%)变化范围内，表明不受孔隙度控制，仅差油层及含油或干层分布在低孔隙度区内；图3显示出：RCH值随含油饱和度变化而变化，能比较明显地区分油层、弱淹、中淹、强淹及水层。由此看出碳氢比主要受含油饱和度变化的控制，受孔隙度变化的影响比较小，且不受矿化度限制。

图3 RCH与含油饱和度（Sp）关系图Fig.3The relationship between RCHand Sp

图3中相同的RCH值而含油饱和度不相同，其原因主要是由于不同油田和不同层系的沉积机理与沉积环境不同，从而使不同油田或不同层系的解释模型不尽相同，且束缚水饱和度与残余油饱和度也存在差异，导致解释结论的不同，因而交绘图上就会出现相同的RCH而含油饱和度不相同，而油层、弱淹、中淹、强淹及水层却有规律地分布在相应的区域内，表明其资料一致性较好[11—16]。

由此引出建立“解释模型”的问题，它是依据解释机理而建立的解释方法。该方法是以分析研究储层、泥盖层中碳氢比值的背景值为基础的解释机理。因为油气在运移中，无论纵向或顺层运移残留在泥岩中的油气及有机质是客观的，尤其是泥岩成烃更是如此。当油层被水淹时含油饱和度降低，而泥岩或盖层及干层中的含油饱和度基本不变，以变与不变进行比较分析[17—19]。依据碳氢比值与硅钙比交绘建立解释图版，以此为基础建立解释模型，确保资料准确可靠。

在应用中由于各个油田的地质基础、沉积机理、储层特性差异较大，其测井解释模型也就存在差异，因此要建立适合本油田或地区的解释模型，包含：解释图版(图4)、水淹标准(表4)和基础参数(束缚水饱和度、残余油饱和度)。

图4 X554井解释图版Fig.4The interpretation chart of Well X554

表4 碳氢比测井解释水淹评价标准Tab.4The waterflood evaluation standard of Carbon-Hydrogen ratio logging interpretation

依据解释模型对资料进行处理分析，在此采用3口试油及密闭取芯资料与其对比分析，验证碳氢比测井解释结果的准确性及解释模型的可靠性，见表5。

碳氢比测井解释结论与密闭取芯含油饱和度(表5)对比结果显示，3口井取芯18个小层，9个层位(S1～S47层)，按含油饱和度误差(Sp≤±10%)计算，符合率均大于85%。

3口井7个试油层段，碳氢比测井测井解释结论与试油结论二者完全一致，且碳氢比测井解释与试油含水率(fw)误差均≤±6%。

碳氢比测井解释与取芯、试油资料对比结果显示碳氢比测井解释Sp准确可靠，可信度较高，且图5、图6(依据表5资料)直观显示出其相关性比较好。

表5 不同测井解释、试油结论、取芯含油饱和度成果表Tab.5Different logging interpretation，oil testing conclusion，core oil saturation results

图5 碳氢比测井解释、取芯含油饱和度关系图Fig.5Carbon-Hydrogen ratio logging interpretation，core oil saturation

图6 碳氢比测井解释、岩芯含油饱和度关系Fig.6The relationship between Carbon-Hydrogen ratio logging interpretation and core oil saturation

2 效果分析

该方法已在东西部3个油田5种类型油藏中进行应用，在此采用3种类型油藏的实例表明其应用效果。

2.1 三叠系砂砾岩油藏

该类型油藏具有低孔、低渗、低矿化度的特征，X567井属于该类型油藏，以下对该井进行实例分析。X567储层有效孔隙度9%～14%，砂砾岩油藏，非均质严重且微裂缝发育，矿化度(碳酸氢钠型)0.4×104mg/L，渗透率20～30 mD(图7、表6)。该井位于高含水区域，主要目的是了解各层位的剩余油饱和度及油层水淹程度，为调整开采方案提供资料依据。

图7 X567井碳氢比测井解释成果图Fig.7Carbon-Hydrogen ratio logging interpretation of Well X567

表6 X567井碳氢比测井解释与试油、密闭取芯成果Tab.6The Carbon-Hydrogen ratio logging interpretation and oil testing，the sealed coring results of Well X567

由表6看出：该井试油两段，解释与试油结论一致，含水率误差均小于±5%；密闭取芯17个小层，解释与取芯含油饱和度(Sp)误差均小于±10%(误差按Sp≤±10%计算)。由试油和取芯资料证实了碳氢比测井解释结论的准确性。

2.2 侏罗系砂岩油藏

该类型油藏具有中低孔、低渗、高矿化度的特征，ZP7117井属于该类型油藏，以下对该井进行实例分析。

ZP7117井：储层有效孔隙度12%～20%、渗透率10～30 mD、矿化度28×104mg/L(氯化钠型)，为高含水的一口老井。

碳氢比测井结论：4层：Sw37.3%、Swi37.2%、fw0.5%，油层；5层：Sw37.9%、Swi35.5%、fw7%，油层；6层：Sw57.2%、Swi34.5%、fw68%，中淹。

测后射开4、5层，日产油8.6 t不含水。试油结果表明该方法可为老井或高含水井寻找遗漏油层(图8)。

图8 ZP7117井碳氢比测井解释成果图Fig.8Carbon-Hydrogen ration logging interpretation of well ZP7117

2.3 白垩系砂岩油藏

该类型油藏具有中孔、中渗、高矿化度的特征，Ty608井属于该类油藏，以下对该井进行实例分析。

Ty608井为中孔(16%～22%)、中渗储层，矿化度(18×104mg/L)为氯化钠型，白垩系油藏。射孔井段：1 792.5～1 808.0 m。测井前含水97%。

碳氢比测井解释结论：1、3层为含油和致密层；2层为油层(Swi44%、Sw45%、fw0%)，底部弱淹(Swi38%、Sw46%、fw25%)；4层中淹(Swi48%、Sw62%、fw64%)；5层强淹(Swi36%、Sw68%、fw94%)；6层为水层(Swi38%、Sw86%、fw100%)。测后依据碳氢比测井资料在1 800 m左右堵水。措施后日产油17 t，不含水，堵水效果明显，表明该方法可为有效堵水提供可靠资料(图9)，能够较好地评价储层含油或剩余油饱和度，边底水动态、上升速度及大量产水临界状态。

图9 Ty608井碳氢比测井解释成果图Fig.9Carbon-Hydrogen ratio logging interpretation of Well Ty608

3 结论

(1)碳氢比测井方法是以地层流体中的碳、氢元素为主要研究和探测对象，以碳氢比值求解含油或剩余油饱和度，由理论、实验及实测资料和RCH与孔隙度、RCH与含油饱和度关系图分析结果表明：RCH主要受含油饱和度控制，随含油饱和度变化而变化，受孔隙度影响较小且不受矿化度限制。

(2)碳氢比测井解释结论通过与试油、密闭取芯饱和度资料对比结果显示出该方法的准确性、可靠性、一致性较好，解释符合率大于80%，含油饱和度误差≤±10%。

(3)由较高的解释符合率看出该方法解释模型可靠，解释机理比较科学。

(4)由实例分析看出：该方法应用效果较好，在砂泥岩剖面中适应范围较广，无论是砂岩或砾岩以及低阻油藏均可取得显著的地质效果；不仅可以有效评价油层水淹程度、油水界面及含油或剩余油饱和度，且可为堵水、寻找遗漏油层提供可靠资料依据，可为油藏动态分析，开采方案的调整等措施提供可靠资料依据。

(5)不足之处是目前该方法仅适用于砂泥岩剖面的多数层系，不能直接应用于含碳酸盐岩地层，对碳酸盐岩地层剖面的应用研究有待下一步进行探索。该方法尽管理论尚不够完善或存在缺陷，但从其对泥砂剖面显著的应用效果来看，不失为一种较好的方法，值得引起重视和推广。

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何中盛，1965年生，男，汉族，甘肃民勤人，高级工程师，主要从事测井仪器维修。E-mail：hezhongshengg@163.com

崔志刚，1981年生，男，汉族，山东东明人，工程师，主要从事测井仪器维修工作。E-mail：cuishare@163.com

王学磊，1990年生，男，汉族，甘肃张掖人，助理工程师，主要从事放射性测井仪器维修。E-mail：234958093@163.com

何玉阳，1987年生，男，汉族，甘肃民勤人，工程师，主要从事测井资料采集工作。E-mail：heyuyang123@163.com

陈光辉，1973年生，男，汉族，河北元氏人，高级工程师，主要从事测井仪器技术管理。E-mail：cghlcj@126.com

编辑：牛静静

编辑部网址：http：//zk.swpuxb.com

Evaluating Residual Oil Saturation and Water-flood Degree with Hydrocarbon Ratio Logging

HE Zhongsheng1*，CUI Zhigang1，CHEN Guanghui1，HE Yuyang2，WANG Xuelei1
1.Tuha Division of Logging Co.Ltd.，CNOPC，Shanshan，Xinjiang 838202，China 2.Changqing Division of Logging Co.Ltd.，CNOPC，Xi'an，Shaanxi 710075，China

RCHloggingtechnologyfocusesoncarbonandhydrogenratiointhestratumtogettheoilsaturation，whichmitigates the effect of porosity and is free from the limitation of salinity.The authors analyzed and identified the relation between the RCHand oil saturation according to the conclusions of the RCHinterpretation and oil testing of 15 wells of five reservoirs types，as well as the data on hermetic core oil saturation.the analysis revealed that the oil saturation，rather than porosity has the prominent effect on the RCH，which changes along with oil saturation changes；The conclusions of the RCHinterpretation and oil testing are accurate，credible and of good correlation.The test on the five reservoirs types indicated that theRCHcan evaluate waterflood degrees and the residual oil saturation effectively.It can provide reliable data in searching missing oil reservoir and providing measures of water plugging as well.Besides，the RCHcan be widely-used in sand shale profile.It has a remarkably geological effect in sand，mud or low resistance oil reservoir.

hydrocarbonratio logging；porosity；hermetic core oil saturation；waterflood degree；geological effect

10.11885/j.issn.16745086.2014.01.06.06

16745086(2016)05004109

TE151；P631.84

A

http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20161010.1656.016.html

20140106

时间：20161010

何中盛，E-mail：hezhongshengg@163.com