热中子成像测井在饶阳油田的应用

2018-09-06刘萍冯伟任书莲谢淑萍殷洁高振涛

测井技术 2018年4期

刘萍,冯伟,任书莲,谢淑萍,殷洁,高振涛

(1.华北油田公司勘探开发研究院,河北任丘 062552;2.中国石油集团测井有限公司,陕西西安 710077;3.华北油田公司第二采油厂,河北霸州 065703)

0 引言

华北油田进入开发中后期高含水阶段,由于油田地质条件复杂原油性质差异大注水开发后地下仍存在大量剩余油[1-3]。华北油田的储层特点是温度压力高、地层水矿化度低、储层物性差异大,利用常规测井资料评价剩余油饱和度困难较大。常用的剩余油饱和度测试方法RMT、RPM、RST、PND[4-8]、PNN[9-10]曾经取得了一定的效果,但仍难以满足很多低矿化度、低孔隙度储层剩余油监测的需要。华北油田为此引进了热中子成像测井系统(Thermal Neutron Imaging System,TNIS),通过热中子衰减谱和热中子俘获谱,直观分辨近井地带的油气水分布,计算含水饱和度。在TNIS测井资料处理解释和评价中,通过建立引入区域特征系数的解释模型,针对华北油田的岩性和地层水矿化度等地质特征制定了解释标准,提高了解释符合率;现场应用表明TNIS测井能适用于华北油田储层低孔隙度、低矿化度的特点,根据TNIS测井解释结果卡层补孔见到明显增油效果,对于了解剩余油分布规律、寻找潜力层、识别水淹层、制订油田开发措施提供了可靠依据。

1 TNIS测井技术简介

1.1 测量原理和技术指标

TNIS测井使用中子发生器向地层发射14.1 MeV的快中子,经过一系列的非弹性碰撞(10-8～10-7s)和弹性碰撞(10-6～10-3s),当中子的能量与组成地层的原子处于热平衡状态时,中子不再减速,称为热中子,与地层原子核的反应主要是俘获反应。该仪器利用2个高精度探测器(即长、短源距探测器)记录从快中子束发射15 μs后的2 700 μs时间内的热中子计数率衰竭状况,每个探测器均将其时谱记录分成180个时间道,根据各道记录的热中子计数生成热中子衰减谱和地层热中子俘获谱,直观分辨近井地带的油气水分布,进而求取含油饱和度、储层孔隙度、储层内泥质含量及主要矿物含量等。TNIS测井主要技术指标见表1。

表1 TNIS测井主要技术指标

1.2 TNIS测井优势

TNIS测井主要优势:①独特的测量方法提高了传统中子寿命测井仪在低矿化度情况下区分油水层位的能力;②高精度、不同时间道的原始时间谱数据记录,使得对测量结果可以进行重新处理;③高产额、稳定的中子发生器使仪器性能更加稳定;④仪器直径小(43 mm)可过油管测量;⑤对井眼条件要求不高,不用洗井。

TNIS测井主要用途:①剩余油评价;②气层挖潜、气液界面确定;③分析储层性质、确定注水方案;④成像模式直观储层评价。

2 TNIS测井资料处理解释

2.1 解释模型及参数的选取

TNIS测井在套管井中测量,测量井段内包含砂岩、泥岩系列,有些参数是应用裸眼井数据解释的,例如泥质含量通过自然伽马曲线计算得到,孔隙度通过声波测井曲线计算得到,裸眼井含油饱和度通过感应测井曲线计算得到,TNIS测井通过地层热中子宏观俘获截面曲线计算含水饱和度。

对于含油泥质岩石,根据体积模型有

Σ=(1-φ-Vsh)Σma+VshΣsh+φSwΣw+φ(1-Sw)Σh

(1)

(2)

式中,Σ为测量的地层热中子宏观俘获截面,c.u.*非法定计量单位,1 c.u.=1×10-3 cm-1,下同;φ为地层孔隙度,小数;Sw为地层含水饱和度,小数;Σma为岩石骨架热中子宏观俘获截面,c.u.;Σw为地层水热中子宏观俘获截面,c.u.;Σh为油的热中子宏观俘获截面,c.u.;Σsh为泥质的热中子宏观俘获截面,c.u.;Vsh为泥质含量,小数。

通过参数敏感性分析,可知体积模型中的Σsh、Σw、Vsh对含水饱和度计算更为敏感。对上述体积模型进行改进,在Σsh、Σw、Vsh项加入2个区域特征系数k1、k2

Σ=(1-Vsh-φΣma+k1VshΣsh+k2SwφΣw+

(1-Sw)φΣh

(3)

(4)

选取2段水层计算K1、K2

(5)

(6)

在饶阳凹陷,砂岩的宏观俘获截面Σma一般是8～13 c.u.,泥岩的宏观俘获截面Σsh一般是35～55 c.u.,地层水的宏观俘获截面Σw一般是40～60 c.u.。由于泥质中经常含有硼、锂热中子强俘获剂,故泥质含量求取的准确性会影响解释精度,要根据具体区块、层段,选择恰当的泥质含量计算方法。

2.2 解释图版

当地层中充满高矿化度流体时,俘获截面值明显比充满低矿化度流体和原油的俘获截面值大。TNIS测井依据能够反映储集层岩性、物性、含油性的俘获截面、长(短)源距计数率、热中子衰减谱等参数的变化特征,结合储集层特性确定剩余油饱和度,了解储集层的动用状况。通过应用剩余油监测的流体识别技术,建立TNIS测井的流体识别图版,选出可动用的潜力层,提高了测井解释精度,为老区挖潜稳产提供了重要参数和依据。图1是饶阳凹陷标准化俘获截面与地层俘获截面交会图.图2是饶阳凹陷地层俘获截面与含油饱和度交会图。表2是饶阳凹陷储层流体TNIS测井解释标准。

图1 饶阳凹陷标准化俘获截面与地层俘获截面交会图

图2 饶阳凹陷地层俘获截面与含油饱和度交会图

表2 饶阳凹陷储层流体TNIS测井解释标准

3 应用效果

华北油田从2013年引进TNIS测井技术,在饶阳凹陷的留西、留北、高阳、大王庄等油田测量16口井次。根据TNIS测井资料综合解释评价结果,在其中的8口井19个层进行了卡水补孔增油措施,符合16个层,解释符合率为84.2%,累计增油6 349 t,应用效果较好。

3.1 储层特性

饶阳油田属于复杂断块油藏,表现为构造复杂,储层岩性复杂,既有砂岩又有碳酸盐岩,含油井段长,油层纵向和平面非均质性强,储层油气水关系复杂,油田地质条件复杂,开发历史跨度大,对地质特征的认识是一个不断深化不断完善的过程。目前饶阳油田已进入高含水期开发阶段,虽近年来油田通过综合治理,产量稳中有升,但目前油田开发中仍然存在2个方面的问题:①油水界面不明确,给油田的滚动扩边和已开发断块的综合治理带来极大的困难;②由于钻井时间不同,时间跨度较大,测井解释没有统一的标准,测井解释存在着遗漏油层和与生产不符的情况,造成目前对已开发区域的油层分布认识不清楚,无法准确认识剩余油的分布,严重影响了老油田的滚动扩边,滚动增储,以及已开发区块的开发调整工作。为此在饶阳油田应用了TNIS测井,表3为饶阳凹陷的储层特性。

表3 饶阳凹陷储层特性

3.2 判断水淹层

根据A井的TNIS测井解释成果图(见图3)综合分析,生产层段中的15、16、25、27号层,在岩性、泥质含量和孔隙度大体相同的情况下,这些层的热中子俘获谱后曳时间较短,热中子衰减谱显示后时间道热中子较少,环周成像灰度颜色较深,显示剩余油饱和度较低,水淹程度相对较高。16-1层和16-3层相比,16-1层比16-3层的水淹程度高,热中子俘获谱后曳时间更短,热中子衰减谱后时间道热中子更少,环周成像灰度颜色更深。这些层定量评价后得孔隙度为14.3%～28.1%,剩余油饱和度为9.6%～12.6%,TNIS测井将这些层解释为高水淹层。

3.3 寻找遗漏油层

遗漏油层指的是裸眼井资料未解释的失误层。为评价B井剩余油的分布特性,定性划分油水层,定量计算剩余油饱和度,判别水淹层级别,为油田的挖潜上产提供技术支持,进行了TNIS测井。根据TNIS测井解释成果图(见图4)综合分析,补8号层的热中子俘获谱后曳时间较长,热中子衰减谱显示后时间道还有一定的热中子,环周成像灰度颜色呈黄红色,显示有一定的含油饱和度,该层定量评价的孔隙度为24.4%,含油饱和度为32.95%,TNIS测井将该层解释为油水同层。补9号层的热中子俘获谱后曳时间相对较长,热中子衰减谱显示后时间道还有一定的热中子,显示有一定的含油饱和度,该层定量评价的孔隙度为15.2%,含油饱和度为25.6%,由于该层物性相对较差,TNIS测井将该层解释为差油层;因此,补8、补9号层可以作为该井的潜力接替层,可以补孔挖潜。

3.4 寻找层间潜力

C井在TNIS测井前,8、9、10层已射孔,因高含水处于关井状态。关井前日产液57.8 t/d,含水98.3%。2014年10月根据TNIS测井解释成果图(见图5)综合分析,8-2号层(1 746.0～1 748.3 m井段)的热中子俘获谱后曳时间相对较长,热中子衰减谱显示后时间道还有一定的热中子,环周成像灰度颜色相对较浅,呈黄红色,显示有一定的含油饱和度,该层定量评价后孔隙度为26.2%,含油饱和度为28.3%,TNIS测井将该层解释为油水同层;9号层(1 754.4～1 761.2 m井段)和10号层(1 764.4～1 769.6 m井段)根据综合分析,这些层定量评价的孔隙度为24.6%～34.8%,含油饱和度为12.6%～16.3%,TNIS测井将这些层解释为含油水层。根据TNIS测井解释结果,堵8～10号层后重射8号层,产油4.7 t/d,产水11.8 t/d,含水71.8%,与产液剖面结果一致。