补偿中子测井套管井影响校正方法

何彪, 吴寒, 林岩栋, 孙佩, 唐宇, 蔡成定

(中国石油集团测井有限公司, 陕西 西安 710077)

0 引 言

一些老井和安全因素限制的井,放射性测井资料可能缺失。如果能够有效实现套后测井,就可以弥补资料缺失。套管井补偿中子测井,国外一些著名测井公司如斯伦贝谢、哈里伯顿公司的测井平台系列中均有配置[1-2]。过套管补偿中子测井的一个重要应用是与套管密度测量结合,确定气层。近些年,过套管补偿中子测井在中国也有应用,王贵清等[3]通过套管井与裸眼井相关分析,建立套管井孔隙度转换成裸眼井孔隙度的方法。某些技术领先的公司的套管井测量通过校正图版,对套管和水泥进行校正,能直接给出测量孔隙度工程值[4-5]。

过套管补偿中子测井要实现地层孔隙度值的直接输出,需要确定套管及固井水泥对测井的影响。与裸眼井环境相比,套管井中套管和固井水泥替代了原来井眼空间的部分泥浆。依靠实验的研究方法确定套管及水泥对补偿中子测井的影响,耗费人力、物力,甚至有些环境条件难以实现。本文在裸眼井补偿中子测井影响因素研究的基础上,进一步建立补偿中子套管测井影响因素(水泥环、套管厚度)的数值模拟计算模型。通过模型对套管井补偿中子测井影响因素进行校正,直接得出过套管补偿中子孔隙度测量值。

1 数值模拟模型建立

针对EILog补偿中子测井仪器,建立了MCNP程序的数值模拟研究模型。图1是依据实际仪器和刻度井建立的计算模型。中子源是Am-Be同位素中子源,探测器是3He管热中子探测器。地层模型是中国石油集团测井有限公司刻度中心的中子刻度模型井。裸眼井井眼20 cm,井眼中充满淡水。地层直径150 cm,地层厚度150 cm,满足无限空间要求。地层岩性为灰岩条件。模拟计算设计条件时孔隙度、井径、套管及水泥厚度可以变换。

图1 补偿中子测井数值模拟模型图

2 模型检验及校正图版制作

2.1 模型检验

初步建立的几何模型其源距、探测器尺寸等是依据仪器的机械设计确定的。但是,同位素源的有效活面、探测器的有效区域等对计算结果产生重要影响,需要将计算结果与实际测量结果进行比较后,对模型参数进行反复校正[6]。图2是按照最终确定的几何模型,对照仪器在石灰岩系列孔隙度模型井的刻度过程,模拟计算补偿中子测井近、远探测器计数比R和孔隙度响应关系与实际测量结果的对比图。图2中横坐标是孔隙度值,纵坐标是近、远探测器计数的比值。从图2中可以看出,在测井常见孔隙度0～50 p.u.范围内,模拟值与实际测量孔隙度值的的差异最大差异小于1 p.u.,表明数值模拟的方法精度高,可以满足定量模拟研究的需要。

图2 补偿中子测井刻度响应关系模拟与实测结果对比

2.2 校正图版制作

依据实验检验确定的最终模型计算套管和水泥条件下影响因素图版。图3为套管井补偿中子测井影响校正的相关校正图版。图3(a)、(b)和(c)分别是井径校正、套管厚度和水泥厚度校正图版。图3中的红线是校正的基准线,测量值按照计算图版平移到基准线后与测量值的差异(竖直蓝线间隔)为校正量。首先作井径校正,然后作套管厚度和水泥厚度校正。测量视孔隙度25 p.u.,井眼直径25 cm(裸眼值),套管厚度0.762 cm,水泥厚度3.81 cm。井径、套管厚度、水泥厚度3项校正的校正值分别是-1.35、-0.64、-1.17。校正后的孔隙度φ校=25-1.35-0.64-1.17=21.84 p.u.。套管井补偿中子经过井径、套管厚度、水泥厚度校正后,其他校正项,如岩性、泥浆、矿化度等影响因素与裸眼井补偿中子校正一样,可根据需要进行选择。

图3 补偿中子套管校正图版*非法定计量单位,1 in=25.4 mm,下同

3 现场测井应用

图4是在长庆油田陕×井的套管井与裸眼井补偿中子测井曲线对比。该井20多年前完井。图4中第3道红线是裸眼井测井曲线,蓝线是套管井中测量的孔隙度的原始曲线,绿线是经过井径、水泥及套管3项校正后的校正曲线。图4中,尽管一些地方水泥较厚,套后声幅测井(图中第4道黑线)显示胶结质量不好,校正后曲线与裸眼井曲线十分接近。将校正后补偿中子曲线与裸眼井补偿中子曲线进行交会分析(见图5),两者间相关性R2=91.37%,说明校正效果良好,且受胶结质量影响较小。

图4 陕×井套管井与裸眼井补偿中子测井曲线对比

图5 补偿中子套管井测量值与裸眼井测量值交会图

井径及间隙的影响按影响因素划分为井眼流体的影响。校正图版(见图3)相对于井径变化的影响,套管厚度及水泥厚度的影响要小。井眼不规则使测井仪器难以保证与井壁的良好贴合,会产生测井间隙的影响,其影响大致每厘米1个孔隙度单位[7]。目前的裸眼井测井间隙是估算值,不能准确确定。补偿中子套管井测量井壁规则光滑,基本不存在间隙影响。对比孔隙度测井系列的其他2种方法——声波和密度测井方法,套后声波孔隙度测井按照原理分析受到胶结质量的影响比较大,测量值难以定量。套后密度测井受套管、水泥影响较大,尤其是水泥厚度较厚时,目前没有较好的解决方法[5]。

图4中曲线校正后个别层段(×980～×995 m)孔隙度与裸眼井孔隙度还有较大差距,分析原因可能有3个方面。

(1) 井径校正值、水泥厚度值不准确对中子孔隙度补偿值产生的影响。在套管井校正计算中,井径及水泥的厚度值按照裸眼井的井径值与套管外径的差值确定。井眼不规则致使裸眼井井径测量有方向差异。

(2) 不同刻度体系的补偿中子仪器在测量同一地层,自身有一定差异。

(3) 在固井水泥空间中有空气或是水填充的空洞,对中子孔隙度补偿值确定有较大影响。

4 结 论

(1) 使用经过实验校正建模参数的蒙特卡罗数值模拟模型,定量研究了补偿中子测井井眼环境影响的校正方法。在井眼尺寸校正的基础上,通过增加套管厚度、水泥厚度的影响校正,得到了与裸眼井测井精度相当的孔隙度解释结果。

(2) 套管井补偿中子测井没有间隙的影响,井眼流体液环境影响明显减小。在固井环境较好的井况,套后孔隙度的测量精度甚至会好于裸眼井测井。

(3) 过套管补偿中子孔隙度测井与声波、密度测井比较,受套管、水泥的影响较小,有其自身的优越性。

参考文献:

[1] Halliburton Energy Services. Log Interpretation Charts [Z]. 2000.

[2] Schlumberger Log Interpretation Charts [Z]. 2013.

[3] 王贵清, 张学成. 用套管补偿中子模拟裸眼补偿中子的方法研究 [J]. 国外测井技术, 2007, 22(5): 42-44.

[4] 罗利, 孟英峰, 刘向君, 等. 套管井中子测井校正方法研究 [J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2008, 30(3): 58-61.

[5] ELLIS D V, SINGER J M. Well Logging for Earth Scientists [M]. Holland: Springer, 2007.

[6] 邱益香, 夏凌志, 彭琥, 等. 补偿中子测井MCNP程序模型的基准检测研究 [J]. 测井技术, 2004, 28(6): 471-477.

[7] 中国石油集团测井有限公司. EILog快速与成像测井系统环境校正及解释图版 [Z]. 2010.