环境因素对随钻密度测井的影响

2024-03-09员顺勇马春彬

化工管理 2024年6期

员顺勇，马春彬

(中海油田服务股份有限公司，天津 300457)

0 引言

随着渤海地区勘探开发的深入，大斜度井、水平井和分支井数量不断增多，对随钻测井的需求越来越大。随钻密度测井在随钻测井中占有重要地位，在划分地层岩性、计算孔隙度、显示油气层等方面有着重要作用。本文以哈里伯顿ALD(azimuthal litho density)随钻密度测井仪器为例，详细分析该仪器的环境影响因素并给出相应校正方法，通过正确输入环境参数，实现ALD资料的自动校正处理。

1 ALD仪器结构及测量原理

ALD工具基本布局如图1所示，主要包括(从左到右)Cs源、低密度窗口、钨屏蔽环、远近伽马射线接收极、扶正器、声波发射器等。放射源和一对伽马射线接收极被安装在扶正翼上，扶正器的作用是减少钻具与井壁之间的钻井液的影响，屏蔽材料和扶正器的作用是防止放射源伽马射线不通过地层直接到达接收极。两个接收极为NaI晶体探测器，当伽马射线进入探测器后，系统产生电脉冲，不仅检测到伽马射线，还提供伽马射线能量信息(即能谱)，通过能谱可以得出密度和岩性信息。ALD的数字电路板执行许多功能，包括原始计数数据的储存、每个接收极的密度值计算，以及连续增益稳定、快速取样法的实现(分离出井眼扩大时的数据)、声波井径和方位密度测量。

图1 随钻密度测井仪器ALD传感器布局示意图

ALD放射源使用的是2Ci CS137伽马源，其能量为663 keV，伽马源与地层相互作用的主要方式为康普顿散射和光电效应。伽马射线与电子碰撞产生的结果只与地层密度有关，地层密度越大，碰撞次数就越多，因此接收端能够通过分析接收到的伽马射线能量状况得出地层密度。随着碰撞次数的增加，射线能量下降到100 keV以下，此时与地层作用的主要形式变为光电效应，相互作用的结果与原子的性质有关，质子数越多，原子吸收伽马射线的能力越强，而质子数的不同代表地层岩性不同。在整个测量过程中，需对探测器的计数结果进行能窗取值，在某一能窗范围内求取其总计数用以计算地层密度(bulk density)和岩性(Pe)[1]。

2 随钻密度测井的影响因素分析

2.1 泥浆密度

ALD的近接收极受井眼环境的影响大于地层影响，远接收极正好相反，近接收极计数用来校正远接收极。裸眼井理想状态时扶正翼紧贴地层，即间隙(standoff)为0时，近接收极和远接收极读取同样的体积密度。当间隙小于2.54 cm(1英寸）时，工具通过“脊肋”校正可以消除泥浆的影响。如图2所示，不同密度物质的“肋”大体是平行的，用一个简单的多项式来表示：

图2 “脊肋”校正

式中：a=0；c为很小的数值；x=ρfar-ρnear；SOC即DRho(Delta Rho)。

校正后的电子密度ρe=ρfar+SOC，再通过公式ρb=1.070ρe-0.188得出体积密度[2]。

SOC的正负如图3所示，在冲洗带或扩大井眼的情况下，远近接收极读取的数值均为泥浆密度，因为此时间隙远大于2.54 cm(1英寸）。当泥浆密度小于地层密度时，使用正的密度校正，当侵入带中侵入流体密度大于地层流体密度时，使用负的密度校正，密度校正将随着时间推移以及侵入深度的变化而变化。

图3 SOC的正负校正

目前主要使用快速取样法来计算地层密度和岩性(Pe)值。以0.1 s/采样点的速率快速取样，在30 s内远、近接收极将各取得300个计数，600个数值存在于内存中，分为高低计数率两种。从快速取样数据中选取最优计数率参与密度和岩性计算，当泥浆密度小于地层密度时，低计数部分(LCRB)为最优计数部分(best bin)；当泥浆密度大于地层密度时，高计数部分(HCRB)为最优计数部分(best bin)，即在旋转状态下选取贴近地层密度的射线计数为参考。使用远、近接收极best bin数值来参与地层密度计算。

2.2 间隙(stand-off)

大部分情况下，探测极扶正翼和井壁间隙小于2.54 cm(1英寸）时，能计算出正确的地层密度。而冲洗带会对密度测量产生不利影响。快速取样法就是使用扶正翼靠近井壁时采集的数据，用来消除冲洗带的影响。当然，在扩大的井眼中或工具不旋转时，扶正翼无法靠近井壁，快速取样法也无法取得正确数值，地层密度数据会受到大间隙的影响。

2.3 天然气

地层中含有天然气时，体积密度读取的数值异常的低[2]。由于气层中的电子密度比较小，在康普顿散射作用下，伽马射线通过一定距离的地层后所损失的能量比较小，仪器接收端接收到伽马射线的能量比较高，从而读取出异常低的地层密度。天然气的存在也会使中子测井孔隙度读数比真实的孔隙度小，与密度曲线交叉。在现场工作中，通过中子-密度曲线交叉识别气层。

2.4 温度

接收极感应到的由稳定源和测井源产生的射线数量受温度影响。温度与漂移量呈线性关系，并且两个源的漂移量不同，通过探测极外壳内部的稳定源可极大降低两个源的漂移。在测井和校准过程中使用温度校正计数，在校准过程中漂移系数存储在工具中。校准文件中校正参数表的温度部分，N0和F0分别对应于稳定源的近、远接收极的校正参数；N1和F1分别对应于测井源的近、远接收极的校正参数[1]。温度对计数的影响随着工具形状和配置的不同而不同，随着工具的变化，校正的准确数值略有不同。需要注意的是，间隙存在时，温度校正更大。因此，温度升高，高边密度影响大于低边密度。

2.5 压力

由于源的计数随着井下压力变化，因此需将应用线性修正。漂移系数作为校准的校正参数，保存在工具中。校准文件中校正参数表的压力部分，N和F分别对应近、远接收极的校正参数。需要注意的是，较大间隙的压力校正值比较小间隙的压力校正值大，因此压力升高时，对高边密度比低边密度的影响大[2]。

3 实例分析

在实际工作中，为了保证测量数据的准确性、屏蔽环境因素的影响，需要及时输入环境参数，不断校正原始数据。如在渤海湾某次随钻密度测井中，根据泥浆信息，输入泥浆类型为water based mud，泥浆配比密度为1.15～1.23 g/cm3，随着泥浆密度的改变及时更新数据。根据实时传输的温度数据，井下温度范围为22～64 ℃，随着温度的改变及时更新数据，当仪器出井后可使用随钻电阻率测井EWR-P4中的温度数据处理内存数据。压力值是软件根据公式

式中：Pressure为压力(MPa)；mud density为泥浆比重(g/cm³)；TVD为当前位置的垂直深度(m)。

自动计算，其中mud density为泥浆比重，TVD为当前位置的垂直深度。伽马射线背景值根据实时传输的随钻自然伽马测井DGR数据得出，当仪器出井后可使用随钻自然伽马测井DGR数据中的自然伽马数据处理内存数据。所有参数输入完毕后就可以得出如图4所示的测井图。

图4 渤海某井随钻自然伽马、电阻率、密度、中子孔隙度测井图

图4中左列区域为自然伽马曲线，可划分岩层。图中中间区域为电阻率曲线，主要通过电阻率区分油气水。图中右列区域可以看到PHC曲线为Pe数据曲线，主要划分地层岩性；RLC曲线为Delta Rho数据曲线，主要用于校正地层密度；DLC曲线为地层密度曲线；SLSP曲线为中子孔隙度曲线。图中截取的垂深井段1560～1605 m，在1560.0～1572.5 m及1594.9～1605.0 m井段，从伽马自然曲线可以看到，其伽马值较高，可判断这两段井段为泥岩层；从地层密度和中子曲线可以观察到该两段井段的密度值在2.26 g/cm3左右浮动，中子孔隙度在33 p.u.左右浮动，与伽马自然曲线及电阻率曲线响应一致。从伽马自然曲线可以看到1572.5～1594.9 m井段的伽马值较低，为砂岩层，对应图中的电阻率曲线，可以判断该井段为油气储层；从地层密度和中子曲线可以观察到该井段的密度值在2.06 g/cm3左右浮动，中子孔隙度在27 p.u.左右浮动，与伽马自然曲线及电阻率曲线响应一致。再根据录井及上下层综合判断，该井段为气层。综上所述，使用校正后的ALD随钻密度测井曲线、中子孔隙度曲线可以有效地识别油气层。