PNN测井在肯基亚克油田适应性分析

2017-05-14赵秀峰

测井技术 2017年5期

赵秀峰

(中国石油长城钻探工程有限公司解释研究中心, 北京 100101)

0 引言

油田开发进入中后期以后,产量会随着地层含油饱和度的变化而改变,含水饱和度会大幅度上升。为了提高采收率,及时地监测地层水淹情况,并且对开发初期由于技术条件及其他因素所忽视的差储层进行重新评价,从而制定油气田下一步的生产措施。在PNN测井技术广泛应用之前,碳氧比(C/O)[1]和中子寿命(NLL)[2]测井是应用较为广泛的剩余油测井技术,但都有各自的局限性,在油田高含水期应用效果不好。碳氧比能谱测井不受地层水矿化度影响,但受孔隙度影响大;中子寿命测井在天然气井中效果较好,但在其他类别井应用效果不理想;PNN测井技术对于低孔隙度地层有着较好的测井响应[3]。

本文通过统计50余口PNN测量及解释结果,分析了在油田地层水矿化度一定的条件下,储层物性对PNN识别水淹层能力的影响,并引入可信系数。在不同物性条件下,定量标定PNN测井识别水淹层能力,提供定量标定的方法,得出并分析PNN测井技术在国外肯基亚克油田不同物性的储层条件下的适应性,提供了一套不需岩心物理实验,确定PNN解释参数的方法。

1 PNN测井解释参数选取

PNN的测井原理[4]:通过远、近2个3He计数管探测地层中的热中子,然后由热中子的时间谱求出地层的宏观俘获截面,进而求取地层含油饱和度。

利用PNN资料计算含水饱和度的方法是利用物质的热中子的宏观俘获截面为该物质中所有的原子核的微观俘获截面之和这一基本原理[5]。

含水饱和度的计算公式为

(1)

式中,Σ为宏观俘获截面测井值,c.u.*非法定计量单位,1 c.u.=10-3 cm-1,下同;Σma为岩石骨架宏观俘获截面,c.u.;Σh为油气宏观俘获截面,c.u.;Σsh为泥质宏观俘获截面,c.u.;Σw为水的宏观俘获截面,c.u.;Vsh为地层泥质含量,%;φ为孔隙度,%;Sw为含水饱和度,%[6]。从式(1)可看出PNN测井解释的关键在于地层骨架、烃、泥岩以及地层水等宏观俘获截面等参数选取。

肯基亚克油田主力产层为中侏罗统,主力产层为1套分布较为稳定的砂岩层,自20世纪60年代开采至今,已进入开发中后期阶段,注采关系混乱,含水率较高,平均含水率在75.8%。K1井完钻仅2个月含水率就高达89.7%,转为转注井。该油田急需一种适合本地区的剩余油监测测井技术。

1.1 岩石骨架宏观俘获截面Σma

在没有准确实验数据的情况下,岩石骨架宏观俘获截面Σma一般采用理论值[7]。

由于岩石骨架含有杂质,扩散效应使中子寿命测井测量的Σ值不是真实值,视骨架值与理论值之间差别很大,而且与孔隙度大小有关,因而不能釆用Σma的理论值,而要用实际测井资料统计出的Σma。目前在没有实验条件情况下选取渗透层中Σma值时,一般根据地区经验以其理论值的1.6倍作为视骨架值。实际应用中,应根据井的实际情况取值,孔隙度越大,其视Σma值就越大。

1.2 泥质宏观俘获截面Σsh

同样没有实验数据,这里采用纯泥岩层的宏观俘获截面的测量值代替泥质的宏观俘获截面值。肯基亚克油田自2011年至今共进行51口PNN测井,统计出的泥岩段宏观俘获截面见图1。对肯基亚克油田的侏罗系地层利用频率直方图法统计以求出泥岩层宏观俘获截面值。

图1 肯基亚克油田泥岩层PNN测井宏观俘获截面直方图

1.3 地层水宏观俘获截面Σw

对于纯地层水,其宏观俘获截面值,即Σ值为22.0 c.u.。当地层水中含有B、Cl、Li等离子时,其热中子的俘获截面变化很大,常温下每微克的B、Cl、Li旳热中子俘获截面分别为416.0、540.0和60.9 c.u.,对含有这些离子的水求Σ值时,首先将它的离子转变为NaCl热中子俘获截面相等的等效浓度。然后按等效的NaCl含量与水的Σ值的关系计算出地层水的Σ值[8]。

求出等效氯化钠浓度后,宏观俘获截面值主要是矿化度的函数。温度和压力只影响水的密度,对地层水的俘获截面值的影响很小。地层水俘获截面值可由式(2)求取

Σw=22.1+0.341C+0.00025C2

(2)

式中,C为等效NaCl矿化度,g/L[9]。

肯基亚克油田地层水为层内水,呈带状分布于各砂层中,属硫酸钠型水,密度为1.002 g/cm3、矿化度5.5～7.9 g/L。因密度接近于1 g/cm3,矿化度近似为5 500～7 900 mg/L。

根据文献[8]和公式(2)计算出油田地层水俘获截面约22.3 c.u.,可以看出原生水基本为淡水性质。

肯基亚克油田属于老油田,开发时间较长,注入水性质不清楚,收集资料困难,资料解释时需要根据邻井注入及生产情况灵活变动地层水俘获截面。

1.4 油气宏观俘获截面Σo

油和气的宏观俘获截面与它们的氧原子的含量有关,氧是主要俘获元素,故原油的Σ值与油气比有关,原油中溶解气越多Σ值越小。脱气原油Σo为22.0 c.u.,普通原油Σo=18.0～22.0 c.u.之间,重质油Σo>22.0 c.u.。当油气比(RGO)已知时,油的宏观俘获截面可按式(3)计算

Σo=22.3/(1+RGO/22000)0.715

(3)

由公式(3)计算出肯基亚克油田原油宏观俘获截面为21.7 c.u.,属于中质油组分,计算结果和该油田原油性质相符(原油密度)。

1.5 其他因素

PNN解释结果很大程度上取决于对裸眼井解释资料的认识,在解释PNN之前,对所解释的区块深入了解,特别是开发生产动态、以及邻井生产及注入情况,得到较为可靠的常规解释结果,进而得到令人信服的PNN解释结果。该区块PNN的原始资料测井系列不近相同(仅伽马测井曲线有3种),要得到较为可靠的裸眼井解释成果,需要统一解释标准。

2 PNN测井技术在肯基亚克油田的适应性分析

结合50余口油井的解释经验,采用斜率法求取储层的宏观俘获截面Σ值。利用斜率法求取储层Σ的关健点在于开始道号与终止道号的选取,要保证所选取区间为地层信息段。

肯基亚克油田A区块解释的含水饱和度与PNN计算Σ整体上属于正相关关系,而且按照油层、油水同层、水层给出对应的PNN解释Σ范围(见表1)。有很多解释数据不符合试油结论,主要是早期解释人员选取上述解释参数不当所导致。

表1 PNN测井定量评价水淹级别

为了研究油水层Σ差值与孔隙度的关系,确定PNN测井在本油田应用的孔隙度下限值,制定选取数据条件:①尽量在同一口井中选取孔隙度相近的油层和水层;②如果同一口井中不能满足上述条件,采用邻井数据补充;③油水性质分层标准:油层标准Sw≤50%;水层标准Sw≥90%。

图2是肯基亚克油田A区块的孔隙度与实际生产数据已经证明为油层和水层之间Σ差值的关系图。由图2看出,孔隙度越大,PNN区分油水层的效果越好,当孔隙度大于15%以上,PNN对油水层有较好的区分(油水层Σ差值10 c.u.以上);当储层孔隙度低于15%以下时,区分能力减弱。

图2 肯基亚克油田油水层Σ差值与孔隙度关系图

为定量评价孔隙度对PNN区分油水层能力的影响,根据文献[10],引入可信系数:可信系数=[1-Σo/Σw]×1.33。

图3 肯基亚克油田Σ值与孔隙度交会图

可信系数用于反映油水层的俘获截面响应值的相对大小,当其值大于0.5时定量计算才可靠,小于0.3时只能作定性判断。统计结果如表2所示,当孔隙度在16.2%～32.2%之间(井1、2、3、5、6、7、10、11),可信系数范围:0.43～0.69,可信程度基本上在定量计算的范围内。当孔隙度在10.7%～16.2%之间时,可信程度范围:0.2～0.34之间(井4、8、9),计算结果只能用于定性解释。

图3是肯基亚克油田PNN测井Σ值与孔隙度关系图,可以看出,当孔隙度在15%以下时,PNN测井区分水淹级别能力较弱;当孔隙度在15%～25%之间时,PNN测井区分水淹级别效果较好;当孔隙度大于25%时,PNN区别水淹级别效果达到最好,并且图3中所示的油线和水线之间的夹角大于40°,说明PNN测井的资料解释可以作定量解释。

表2 肯基亚克油田不同孔隙度对俘获截面的可信系数统计

图5 肯基亚克油田A井常规解释及PNN解释成果图9层

3 实例应用

3.1 识别强水淹层及水层

A井于2003年7月试油,日产7 t油,13.2 t液体,含水率47%。图4是该井于2015年6月测量的PNN解释成果图。图4中试油井段(30层)PNN计算含水饱和度87%,根据表1,可以知道,该层为强水淹,目前根据生产数据日产8.9 t液体,7.5 t油,折算含水率已经高达84%,解释结论与实际生产数据相符。

图4 肯基亚克油田A井PNN解释成果图30层

3.2 剩余油挖潜

图5是A井9层的常规及PNN解释结果图。由于该层深侧向电阻率较低,完井时没有开采,并且邻井经过10多年的开采,怀疑该层已经严重水淹。该层于2015年6月进行PNN测井,解释成果图显示该层Σ值为25.6 c.u.,PNN解释含水饱和度48.9%,表明有一定的剩余油。2015年9月该层试油结果:日产6.7 t油,14.3 t液体,含水率53.2%。