青海油田套管井饱和度测井技术应用

张洪, 邱金权, 雷刚, 李得信, 王青川, 甘常建

(1.青海油田测试公司, 青海 茫崖 816499; 2.青海油田培训中心, 青海 茫崖 816499)

0 引 言

随着油田开发进入中后期,监测剩余油变化、观测油层动态和确定储层剩余油饱和度成为油田生产开发过程中一个十分重要的环节[1-2]。套管井剩余油饱和度测井方法主要分为2类:核测井和电测井[3]。核测井主要有热中子寿命、碳氧比能谱、地层元素测井[4-6];电测井主要是过套管电阻率测井[7-12]。青海油田套管井饱和度测井主要是以核测井为主,相继引进了美国康普乐公司PND-S、奥地利Hotwell公司PNN[13-15]、中国公司PSSL全谱[16]和热中子寿命测井技术。由于青海油田油气藏类型丰富,开采方式和开发状况各异,针对各油气藏存在问题和侧重点差异,选择适应的套管井饱和度测井工艺,在剩余油监测方面发挥其独特的优势。

近年来,在典型油气藏开展了4项研究工作,取得了较好的应用效果:①在开发中后期,含水较高的油田识别水淹层,寻找未动用层;②在新开发、低矿化度砾岩油藏识别油水层,掌握动用程度;③在开发稳产期,生物成因低电阻率气藏气水识别,挖掘潜力层;④在注气开发油藏监测气液界面变化,制定下步开发方案。通过PNN、PSSL测井在油田综合应用,形成了适合青海油田地质开发特征的核套管饱和度测井技术。

1 青海油田套管井饱和度核测井介绍

1.1 PNN测井

PNN是脉冲中子-中子(Pusle Neutron-neutron)仪器的简称。通过仪器远、近2个3He计数管探测热中子,由热中子时间谱求出地层宏观截面,进而求取含水饱和度。PNN仪器记录从快中子束发射30 μs后的1 800 μs时间的热中子记数率,并将其时谱记录分成60道,每道30 μs,从中提取地层宏观俘获截面,并据此分辨近井地层的含油水性质。PNN探测和分析未被地层俘获的热中子,避免了探测伽马方法存在的本底值影响,同时在更低矿化度(高于10 000 mg/L)和低孔隙度(大于8%)等地层保持了相对较高的记数率,削减了统计起伏的影响。同时,PNN还有一套独特的数据处理方法,能够最大程度地去除井眼影响,保证了地层中子俘获截面Σ曲线的准确性,精度可以达到±0.1 c.u.*非法定计量单位,1 c.u.=10-3 cm-1,下同。PNN测井施工简单,不需要特殊的作业准备,可过油管测量。

1.2 PSSL测井

PSSL是脉冲全谱饱和度测井仪器的简称。仪器通过向地层发射14 MeV的中子流,同时记录了2种特征γ射线能谱,即非弹谱和俘获谱。非弹散射伽马射线与地层的含油性有关,典型的特征元素有碳和氧,主要反映地层的流体性质;俘获伽马射线与地层某些元素性质有关,典型的特征元素有硅、钙等,主要反映地层的岩性、孔隙性。PSSL测井仪有C/O和中子寿命2种测井模式,其中C/O模式不受地层水矿化度变化的影响,适用于高孔隙度(>15%)的储层。常规碳氧比测井求取剩余油饱和度误差较大(>±12%),探测深度约23 cm。影响C/O测量误差的主要因素有井眼尺寸、井中流体矿化度、俘获本底值、中子脉冲周期及中子源强等,测量的统计起伏也是误差来源之一;中子寿命测量地层中岩石骨架和岩石孔隙内流体各成份俘获截面的总和,由总的俘获截面计算出剩余油饱和度,这种方法适用于中、高孔隙度地区,要求地层水矿化度大于4×104mg/L。

2 典型油气藏应用

2.1 中高水淹油田

A油田饱和度测井系列相对较多。目前在该区块开展PNN测井,其主要解释方法是标准公式法、交会图、中子-俘获截面叠加法。

(1) 标准公式法和交会图[13-14]。标准公式法基于体积物理模型,将储层看成由泥质、骨架和孔隙组成的物理模型,骨架常包括不同岩性组分,孔隙中含有油、气、水流体,测井俘获截面反映三者总的响应,适用已详细获取地层参数及地层流体俘获特性的油藏。该方法在油田开发早期应用较多。交会图法是弥补标准公式法局限性的一种补充解释方法,利用孔隙度与地层俘获截面的交会图,确定水线和油线位置,在二者之间线性插值得出其他不同的含水饱和度线,进而计算各层含水饱和度。该方法需要对某一区块进行PNN集中测试,录取相当数量的实测资料,并结合同一层位一定数量的油层或水层的单层试油资料,进行标准解释图版建立。目前该解释方法应用较为广泛。

(2) 中子-俘获截面叠加法。补偿中子测井测量地层含氢指数,反映地层总孔隙度;PNN测井俘获截面主要表征储层不同元素俘获能力的大小,其中氯元素俘获能力较强,反映水的含量(含水孔隙度)。因此,将二者曲线进行叠合分析,可以定性判断烃类层与水层,适用于中高水淹油田。

图1 中子-俘获截面叠加法

油层:砂岩储层段电阻率曲线为高值[见图1(a)],俘获截面曲线相对中子孔隙度曲线明显正异常显示。

油水同层:砂岩储层段电阻率曲线上高下低[见图1(b)],上部俘获截面曲线相对中子孔隙度曲线明显正异常显示,但在储层下部2条曲线叠合,可以清晰指示油水界面位置。

水层:砂岩储层段电阻率曲线低值[见图1(c)],俘获截面曲线相对中子孔隙度曲线重合。

水淹层:砂岩储层段电阻率曲线高值[见图1(d)],补偿中子为高值,俘获截面曲线相对中子孔隙度曲线负异常显示。

A-X1井Ⅲ-4、Ⅲ-6小层,自然伽马曲线分别为110.6 API、106.9 API,自然电位负异常,显示为砂岩。应用补偿中子测井曲线-俘获截面曲线叠合后有明显正异常显示,定性判断为油层(见图2)。采用交会图法计算2层含油饱和度分别为65%(Ⅲ-4)、58.7%(Ⅲ-6),解释为油层。补孔Ⅲ-4、Ⅲ-6后产液量为6.7 m3/d,含水8.7%。

图2 A-X1井PNN测井解释成果图

2.2 低矿化度油田

B油田为辫状河三角洲平原与前缘沉积环境,砂体厚度大,储层岩性粒度较粗,主要为砾状中—粗砂岩、不等粒砂岩、砂砾岩、细砾岩。孔隙度为7%～11%,渗透率为(0.1～2)×10-3μm2。地层水水型为CaCl2型,矿化度36 499～71 897 mg/L,平均54 068 mg/L,属于低矿化度油藏,目前综合含水为62.5%。

B油田早期开展PNN、中子寿命测井效果较差,油层与水层俘获界面相近,不易区分。目前主要应用PSSL全谱饱和度测井,其碳氧比测井模式直接反映的是地层的含碳量,不受地层水矿化度的影响。解释方法主要有定性判断和定量计算[15]。

图3 B-X2井PSSL测井解释成果图*非法定计量单位,1 mD=9.87×-4 μm2,下同

PSSL定性判断。单一曲线直接判断,主要有碳氧比曲线和地层水矿化度曲线。曲线组合判断为碳氧比(C/O)与硅钙比(Si/Ca)曲线叠合显示,2条曲线间所包围的面积正是储层含油饱和度及含油量相对大小的直观显示。在泥岩层或明显水层处使2条曲线重合;油层或弱水淹层处,C/O为高值,Si/Ca也为高值,2条曲线所包围的面积较大;在中水淹层处,2条曲线所包围的面积比油层或弱水淹层小,比强水淹层的大;在强水淹层处,C/O趋于低值,Si/Ca在地层水矿化度较高时也趋于低值,使2条曲线所包围的面积很小。

B-X2井Ⅰ-5小层碳氧比曲线显示该层含碳量较高(见图3),应用碳氧比曲线定量计算该小层剩余油饱和度为75%。射孔Ⅰ-5小层生产后单层产油6.05 m3/d,含水2.32%。

2.3 低电阻率气田

C气田埋藏较浅,储层岩性疏松,易出砂,具有含气井段长、气层数多且薄、弱边水弹性气驱,气水分布复杂的特点。岩性主要为浅灰色、灰色泥质粉砂岩、粉砂岩以及灰色、灰绿色粉砂质泥岩。孔隙度分布范围为8.3%～38.6%,平均孔隙度为30.95%;渗透率(0.01～387)×10-3μm2,平均为24.32×10-3μm2。储层表现为高孔隙度,中-低渗透率的特点。地层水主要为CaCl2、MgCl2型,平均矿化度为118 485 mg/L。

C气田使用PNN、PSSL全谱2种测井方法都可以识别气层。PNN利用长短源距曲线叠合法、PSSL全谱利用NCNI(俘获伽马射线总谱/非弹性散射伽马射线总谱)与SI(俘获硅计数率)叠合识别气层。

(1) 长短源距叠合。探测器长源距与短源距曲线进行叠合,在围岩段2条曲线重合,在气层段由于受到挖掘效应影响,长短源距曲线叠合后有幅度差。

(2)NCNI-SI叠合:俘获谱/非弹谱(NCNI)与俘获硅叠合可以识别气层,因为气层含氢量低,减速能力弱,其俘获谱/非弹谱(NCNI)与俘获硅均为高值;油、水层减速能力强,俘获谱/非弹谱(NCNI)与俘获硅均为低值。近俘获/近非弹比值曲线与远俘获/远非弹比值曲线叠合、近俘获/远俘获比值曲线与近非弹/远非弹比值曲线叠合也可识别气层,用近俘获非弹比NCI(或称NCNI)、远俘获非弹比FCI(或称FCFI)叠加,FCI>NCI表示有气存在;用近远俘获比NFCC与近远非弹比NFII叠加,NFCC

C-X3井Ⅰ-2-2、Ⅰ-2-3、Ⅰ-2-4b等3个小层NCNI-SI曲线叠合后都有明显幅度差(见图4),为典型气层特征,补孔Ⅰ-2-4b小层,套管生产日产气量2×104m3。Ⅰ-2-4a小层叠合曲线幅度差较小,解释为气水同层,干层Ⅰ-2-3b和水层Ⅰ-3-1a叠合曲线无幅度差。

图4 C-X3井PSSL测井解释成果图

2.4 注气开发油田

D油田为受断层控制的断背斜构造,轴向为近南—北方向。南北轴向狭长,约3.6 km,东西向较为短窄,约1.6 km,其形态为北高南低。孔隙度平均25%,渗透率平均273.5×10-3μm2,平均矿化度为30 290 mg/L。早期为注水开发,由于为底水油藏,含水上升较迅速,2013年在油田南部和北部高部位2个井组开始注气开发。

2013—2016年对2个注气井组开展PNN时间推移测井,采用长短源距曲线叠合方法识别气液界面。探测器长源距与短源距曲线进行叠合,在围岩段2条曲线重合,在气层段由于受到挖掘效应影响,长短源距曲线叠合后有幅度差。

D-X4井射开884.0～888.0 m层段投产,初期日产油8.8 m3,日产水0.6 m3。2013年10月注气后,该井压力快速上升,气油比大于1 000,2013年、2014年、2015年开展3次PNN测井,气油界面分别下降2.2、0.9 m(见图5)。

图5 D-X4井PNN测井解释成果图

3 结 论

(1) 套管井饱和度测井在青海油田应用较为广泛,以核技术为基础的PNN、PSSL测井在油田储层评价方面发挥了重要作用,尤其通过在4类典型油气田的应用研究,形成了适合油田地质特征和开发状况的技术优选工艺和解释方法。

(2) 在以高孔隙度、高渗透率、高矿化度为代表的A油田,结合裸眼井测井曲线,提出了中子曲线—俘获截面曲线叠合定性识别水淹层的方法,是目前水淹层测井方法的有益探索;在以低矿化度为代表的B油田,采用碳氧比测井取得了较好的应用效果;在以低电阻率为代表的C气田,采用曲线叠合方法,定性识别气层;在以注气油田为代表的D油田,采用PNN时间推移测井能够很好地监测气液界面运移情况。

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