一种基于环空流体影响的碳氧比测井剩余油饱和度校正方法

2018-05-23郭海敏

中国锰业 2018年2期

乐彪，郭海敏

(1. 长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北武汉 430100；2. 长江大学地球物理与石油资源学院，湖北武汉 430100)

0 前言

碳氧比测井(Reservior Performance Monitor,RPM，即储层性能监测仪，是西方公司生产的多功能脉冲中子测井)是将高能快中子射入地层之后，与地层中元素的原子核发生非弹性散射，对于不同元素的原子核来说，其非弹性散射伽马射线的能量不一样。因此可对地层中的非弹性散射伽马射线进行能量和强度分析(即能谱分析)，通过碳氧比能谱测井可以求出地层中碳氧相对含量比例，以此来计算地层的剩余油饱和度情况，该方法的主要特点是不受矿化度的影响，在各个油田区域取得了良好的效果。但是针对海上的复杂管柱情况，测量的碳氧比曲线会受到管柱中的环空流体影响，导致计算结果出现很大偏差，并且这种情况非常普遍，给解释过程带了来很大的麻烦。原先对这种影响采用的是分段解释处理，但由于环空流体影响问题非常普遍，使用人工分段处理工作量较大，为此我们通过理论的分析和文献的调研，发现碳氢比曲线受管柱中的环空流体影响小，而对碳氧比值影响较大，二者在地层流体由水变为油时的灵敏度存在差异这一性质，提出了通过碳氢比曲线对碳氧比曲线进行校正的方法，已交会图、数据表格的形式进行对比分析，校正验证理论的有效性和可行性。王振信等[1]提出了碳氢比测井技术，并进行了多年的研究与应用。谢佳析等[2-3]先后发表了碳氢比测井应用和研究论文。

为了证明方法的使用性采用实例井的形式，将校正后的碳氧比曲线所计算的含水饱和度曲线与实际未开采层段的含水饱和度进行对比，验证方法的有效性。

1 环空流体形成机理

图1为环空流体形成机理。当进行碳氧比测井时需对目标井进行关井48 h处理，目的就是让井筒内的流体稳定，不会因为流体的运移对仪器测量值造成影响，这样使得原本在井柱内的流体会发生分异作用，油水会发生分层作用，油会更多的集中在管柱的上部，而水则在下部。

图1 环空流体示意

我们知道石油中主要含碳元素和氢元素，水中主要含氧元素和氢元素，为了确定油层、水层和油水含量，在碳氧比测井中，分别选取碳和氧元素为油和水的指示元素，这是从核物理和地质两方面来考虑问题的。由于碳氧比测井是测量的碳、氧元素的含量[4]，在油含量较多的地层，碳氧比曲线值会偏大，反之，碳氧比值偏小。因此在存在环空流体层段，在环空流体是油的情况下，仪器测量的碳元素含量偏高导致碳氧比值会出现较大幅度的增大现象，如图2为某海上油田A井碳氧比测井成果图，SAVGCO曲线为碳氧比曲线，可以明显的发现曲线上部的数值有异常增大的现象并且很稳定，这个是环空油在管柱上部所造成的影响，CH曲线为碳氢比曲线，二者从曲线形态上可以发现有较好的线性关系。

图2 环空流体对碳氧比值的影响

这种情况对实际解释带了较大的影响，使得测量的碳氧比曲线不能正确反映地层中的实际情况，最终导致解释结果出现了较大的偏差，因此需要对此现象进行校正处理。

2 校正方法研究

我们知道在地层中的流体是由水和油气组成，然而油气属碳氢化合物，水的组成元素为氢和氧，从地质角度来看地层中的纯砂岩骨架本身并不含碳、氢元素，这样氢元素基本上来源于油气和水，而碳元素则来源于油气。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。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)[5]，其碳氢含量比值也将降低。

仪器测量的碳氧比值：

(1)

仪器测量的碳氢比值：

(2)

图3为碳氧比值与孔隙度的关系图版，当孔隙流体饱含油时，C/O值是随孔隙度的增大而增大的，而饱含水时会变小。

图3 碳氧比与孔隙度响应

图4为碳氢比与孔隙度的关系图版，当孔隙流体饱含油时，C/H随孔隙度的增大变化并不大，但饱含水时是随孔隙度的增大而减小。

图4 碳氢比与孔隙度响应

图5为二者在纯油的情况下对井眼流体灵敏度的一个响应图，可以看出C/O值对纯油情况下的响应比较明显，而C/H值响应不明显。

图5 计数差值对井眼流体的灵敏度

在岩性稳定的条件下，碳氢比主要受流体的影响，由于油、水中H元素含量相近，因此当探测范围中的流体由水变为油时，C/O的流体灵敏度应大于C/H，提出利用二者的灵敏度差异反映井眼环空持率的变化。

(3)

式中SCOmax和SCOmin分别为碳氧比曲线的最大值和最小值，SCHmax、SCHmin分别为碳氢比曲线的最大值和最小值，△S为二者的灵敏度差异值，由上式推导可得出：

(4)

由图5我们可以发现二者的灵敏度差异△S基本为一个定值，而式中SCOmax、SCOmin、SCHmax、SCHmin为常数项，则根据上式可简化为C/O和C/H曲线存在函数关系：Y=aX+b。那么针对没有受环空流体影响层段存在如下关系：

(5)

通过最小二乘法[6]解超定方程组得到最优解的a和b的值,再代入到CO和CH的关系式中对存在环空流体影响的层段进行校正处理得到一条新的碳氧比曲线，最后再用校正后的碳氧比曲线进行含水饱和度的计算[7]，得到符合实际地层信息的结果。

3 校正实例及效果分析

将本文的环空流体校正方法挂接到解释软件上后进行校正处理及解释。图6为某海上油田A井环空流体校正后的解释成果图。图中，SGFC为地层宏观俘获截面曲线，GR为自然伽马曲线，CCL为磁定位曲线，RILD、RILM和RFOC分别为深、中、浅电阻率曲线，CO1j为仪器短源距第J次测量得到的C/O曲线，SAVGCO为多趟测量C/O曲线的平均值；同理，SAVGSC为多趟Si/Ca曲线的平均值；SW为裸眼井测量的含水饱和度曲线，SWCO为运用校正前的C/O曲线计算的含水饱和度；CCO为经过环空流体校正后的碳氧比曲线；SWCO1为经过校正后的碳氧比曲线计算的含水饱和度曲线；VCL为泥质含量曲线，PORE为孔隙度曲线。图中碳氧比曲线的异常尖峰是由于管柱结构(套管接箍、封隔器、滑套等)引起的。从图6中可以看出，做环空流体校正前受影响层段的含水饱和度值解释为纯油地层(SWCO曲线上部)，与实际裸眼差别较大，经过环空流体校正后计算的含水饱和度曲线与裸眼井含水饱和度曲线对比，发现经过校正后的计算结果更符合实际情况，该井上部未射孔，计算结果与裸眼相一致，说明解释结果准确。