張洪，邱金權(quán)，張智峰，王青川，謝飛，甘常建

（青海油田測試公司，青海 茫崖816499）

0 引 言

青海油田油氣藏類型豐富，地質(zhì)特征復(fù)雜，中子壽命飽和度測井技術(shù)的應(yīng)用存在一定局限性，如在尕斯油田淡水水淹、昆北低礦化度及澀北氣田高礦化度、高泥質(zhì)、低電阻率地區(qū)出現(xiàn)了油、氣、水層的Σ（熱中子宏觀俘獲截面）差異不明顯，油、氣、水儲層認(rèn)識不清的問題。

脈沖中子全譜飽和度測井（Pulsed Neutron Full－spectra Saturation Logging，PSSL）是以核物理理論為基礎(chǔ)的一種新型脈沖中子測井方法，集合了碳氧比、氯能譜、中子壽命及氧活化等一系列能譜與時間譜測井，具有錄取信息量豐富、輔助手段多（重新計算巖性剖面、建立可動油水模型、相滲模型、厚層細(xì)分、薄層識別）等特點(diǎn)，多種測井信息互相佐證，消除多解性，能較好解決目前油田飽和度計算存在的問題，其提供的資料解釋成果更加符合油田開發(fā)實(shí)際［1］。

2011年青海油田引進(jìn)西安奧華公司的脈沖中子全譜飽和度測井（以下簡稱PSSL），通過近20余井次的應(yīng)用，基本解決了目前飽和度測井面臨的問題，尤其在復(fù)雜淡水水淹、低礦化度油藏以及復(fù)雜氣層測井上取得了良好的應(yīng)用效果，為有效識別水淹層，充分動用潛力層提供了科學(xué)依據(jù)，是目前油田飽和度測井手段的有效補(bǔ)充。

1 脈沖中子全譜飽和度測井技術(shù)

1．1 飽和度測井技術(shù)

套管井飽和度核測井技術(shù)根據(jù)測量對象的不同可分為碳氧比能譜測井和中子壽命測井2個大類。碳氧比能譜測井包括普通碳氧比測井（單源距）、斯倫貝謝公司RST測井［2］、哈里伯頓公司的RMT測井［3］、阿特拉斯公司的 RPM 測井［4］以及康普樂公司的PND－S測井［5］；中子壽命測井包括傳統(tǒng)的中子壽命測井［6］、注硼中子壽命測井［7］以及 HOTWELL公司的PNN 測井［8］等（見表1）。

套管井飽和度核測井早期僅有中子壽命測井一種測井方法，如今已有多種元素為探測目標(biāo)的測井技術(shù)，測井方法從單一元素探測到全譜測量，如大慶測試公司研發(fā)的 PNST［9－10］、西安奧華公司研發(fā)的脈沖中子全譜飽和度測井（PSSL）等都實(shí)現(xiàn)了單一元素探測到全譜全過程測量，其測量精度高，有多種測量模式，一次下井可以完成全部能譜測量。

表1 儀器性能指標(biāo)對比表

1．2 脈沖中子全譜飽和度測井原理及技術(shù)特點(diǎn)

1．2．1 測井原理

通過脈沖中子源向地層中發(fā)射高頻、低頻的14MeV中子流，與地層原子核發(fā)生各種反應(yīng)，生成具有一定能量和時間分布的伽馬譜或熱中子譜，分別記錄非彈性散射次生伽馬能譜、中子俘獲次生伽馬能譜、（超）熱中子次生伽馬時間譜、連續(xù)活化能譜的全譜信息，其中90%的時間測量的是碳氧比能譜和氯能譜、4%的時間測量熱中子壽命、6%的時間測量活化伽馬能譜。碳氧比組合中子壽命模式可以同時得到非彈和俘獲曲線，如碳氧比曲線、中子壽命曲線，可以滿足不同地質(zhì)條件下的飽和度測井；自然伽馬能譜模式可以與其他模式組合測井，是劃分巖性、計算泥質(zhì)含量以及進(jìn)行地層對比的有效手段；活化水流模式可以得到長、短源距活化氧2條曲線，可以直接顯示井眼中或井眼附近水泥環(huán)、地層中的水流流動特征；利用采集的數(shù)據(jù)信息還可以實(shí)現(xiàn)孔隙度計算，真正實(shí)現(xiàn)多功能脈沖中子能譜測井。

1．2．2 儀器結(jié)構(gòu)及技術(shù)特性

PSSL脈沖中子全譜飽和度測井儀主要由遙測短節(jié)、探測發(fā)射短節(jié)構(gòu)成。遙測短節(jié)自上而下依次為CCL短節(jié)、溫度探頭、GR探頭；探測發(fā)射短節(jié)自上而下依次為遠(yuǎn)探頭、近探頭、屏蔽體、靶極。遠(yuǎn)探頭距離靶極555mm，近探頭距離靶極278mm，儀器外徑89mm，儀器總長度5．22mm。最上端設(shè)計了2種轉(zhuǎn)換短節(jié)，一種是可以轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場生產(chǎn)測井常用的外徑為38mm的單芯馬龍頭連接頭；另一種是可轉(zhuǎn)換成配接多芯電纜的馬龍頭連接頭。

PSSL脈沖中子全譜飽和度測井具有測井模式豐富（見表2）、多信息剩余油評價（碳氧比、碳鈣比、碳?xì)浔?、氯能譜、中子壽命）和良好的動態(tài)識別（活化氧、活化硅、井溫、套后自然伽馬）特性，能更加全面反映單井生產(chǎn)動態(tài)。

表2 PSSL脈沖中子全譜飽和度測量模式

2 儀器性能試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室的刻度井中對脈沖中子全譜飽和度測井儀器的碳氧比測井性能進(jìn)行了檢驗(yàn)，做了12個刻度試驗(yàn)井，1～10號刻度試驗(yàn)井模擬孔隙度均為30%時含油飽和度分別在0、25%、50%、67%、100%下有水泥環(huán)和無水泥環(huán)的地層；11、12號刻度試驗(yàn)井模擬含油飽和度均為50%時孔隙度分別為15%及20%條件下的地層。通過在各刻度試驗(yàn)井中測量得到的碳氧比等參數(shù)的測量值比較來看（見表3、表4），在孔隙度為30%時，遠(yuǎn)近碳氧比測量值隨飽和度遞增而增大，相同飽和度下有無水泥環(huán)測量值差異較小，硅鈣比、鈣硅比等測量值誤差均較低；在含油飽和度為50%時，各測量值受孔隙度大小影響，隨孔隙度增大而增大。

表3 不同含油飽和度下碳氧比等參數(shù)測量數(shù)值表（孔隙度為30%）

表4 不同孔隙度下碳氧比等參數(shù)測量數(shù)值表（含油飽和度為50%）

3 脈沖中子全譜飽和度測井資料解釋

3．1 解釋模型

脈沖中子全譜飽和度測井解釋模型分為靜態(tài)解釋模型和動態(tài)解釋模型［1］。靜態(tài)解釋模型主要是指重新認(rèn)識巖性剖面，PSSL脈沖中子全譜軟件可以對巖性剖面進(jìn)行重新計算。利用自然伽馬、自然電位、硅鈣比曲線確定泥質(zhì)含量；利用聲波測井和硅鈣比曲線確定鈣質(zhì)含量；利用聲波測井、密度測井、中子測井值的最小值確定總孔隙度，再由體積模型計算有效孔隙度。動態(tài)解釋模型主要是指計算可動油和可動水飽和度、油水相滲透率以及產(chǎn)水率。

3．2 厚層細(xì)分和薄層識別

脈沖中子全譜飽和度測井解釋軟件具有裸眼井測井分層和自動分層2種分層解釋功能。裸眼井分層解釋可以按條件自動增補(bǔ)新的未解釋層；自動分層功能采用泥質(zhì)含量、孔隙度、滲透率等曲線為分層標(biāo)志，可限制最小分層厚度和最小分層參數(shù)等；可以對儲層厚度大于0．8m的地層定量解釋、厚度0．5～0．8m的地層半定量解釋。

3．3 定性分析

3．3．1 油、水層識別方法

（1）碳氧比曲線。將實(shí)測碳氧比曲線、純水層碳氧比曲線、純油層碳氧比曲線疊合后判斷含油性，一般油層上碳氧比曲線與純油層碳氧比曲線重合，與純水層碳氧比曲線之間包絡(luò)面積大；水層碳氧比與純水層碳氧比曲線之間幾乎沒有包絡(luò)面積。通常認(rèn)為碳氧比值高含油好，碳氧比值低含油性差。

（2）碳氧比與硅鈣比（鈣硅比）曲線疊合法。碳氧比與硅鈣比（鈣硅比）曲線疊合，兩條曲線間所包圍的面積正是儲層含油飽和度及含油量相對大小的直觀顯示。通常是在泥巖段或標(biāo)準(zhǔn)水層處疊合，根據(jù)2條曲線包絡(luò)面積的特征定性判斷油層或水淹層。

（3）中子壽命曲線。該曲線是直觀反應(yīng)地層含油的曲線，在中高礦化度地層水地區(qū)應(yīng)用效果更好。通常宏觀俘獲截面低值為油層反映，高值則為水層反映。

（4）利用自然伽馬測井曲線進(jìn)行判斷。測井自然伽馬曲線與裸眼井自然伽馬曲線重疊，如果在儲層段出現(xiàn)自然放射性異常高值或低值，可以判斷此處可能水淹。

（5）根據(jù)井溫曲線進(jìn)行判斷。水淹層在井溫曲線上顯示為負(fù)異常。

（6）根據(jù)氯能譜曲線判斷。利用氯能譜曲線（俘獲Cl／Si曲線）計算地層水礦化度，在注淡水情況下，地層礦化度明顯降低，可以有效識別水淹層。

3．3．2 氣、水層識別方法

（1）中子壽命曲線。中子壽命測井適合中、高礦化度測井，該儀器外徑89mm，同樣套管尺寸下探測深度大，更能反映地層真實(shí)信息。理論上氣層的Σ值為（0～12）×10－3cm－1，地層水的Σ值為（22～120）×10－3cm－1，兩者差異較大，能很好地區(qū)分氣、水層。

（2）NCNI（俘獲譜總計數(shù)率／非彈譜總計數(shù)率）與活化硅曲線疊合法。氣層含氫量低，減速能力弱，其NCNI（俘獲譜／非彈譜）與活化硅均為高值；而水層減速能力強(qiáng)，NCNI（俘獲譜／非彈譜）與活化硅均為低值。因而NCNI、活化硅以適當(dāng)比例在泥巖段重合，二者的幅值及其幅度差是氣水的很好指示。

（3）長源距與短源距俘獲計數(shù)率曲線疊合法。地層含氣時熱中子衰減時間長，造成長、短源距探測器上的計數(shù)率曲線有較大的差異。當(dāng)離差大時為氣層顯示，基本重合為水層。

（4）地層水礦化度曲線。氯能譜測井反映地層水礦化度，在氣井中，水層氯離子明顯比氣層氯離子濃度高，能很好地區(qū)分氣水層。

3．4 定量計算

在中、高地層水礦化度地區(qū)，利用中子壽命測井Σ曲線計算含水飽和度

式中，Σma、Σh、Σsh、Σw分別為骨架、油、泥質(zhì)和地層水的宏觀俘獲截面，×10－3cm－1。

在低地層水礦化度、礦化度變化或礦化度不明的地區(qū)，用碳氧比測井曲線確定剩余油飽和度：

采用赫爾佐格公式［11］計算剩余油飽和度

式中，CO為碳氧比；a為每立方厘米油中碳原子數(shù)目；b為每立方厘米巖石骨架中碳原子數(shù)目；c為每立方厘米水中氧原子數(shù)目；d為每立方厘米巖石骨架中氧原子數(shù)目；φ為地層孔隙度；So為含油飽和度；Nc／No為碳和氧的原子密度比；Bc為井眼中碳密度的貢獻(xiàn)；Bo為井眼中氧密度的貢獻(xiàn)。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4．1 復(fù)雜水淹層應(yīng)用

尕斯庫勒油田進(jìn)入注水開發(fā)中后期，水淹日益嚴(yán)重，尤其對于淡水水淹（地層水礦化度15．68～18．22×104mg／L，注入水礦化度5×104mg／L），常規(guī)中子壽命測井很難有效識別油水層。如淡水水淹層Σ值與油層相近，甚至出現(xiàn)低于油層的個別情況。應(yīng)用脈沖中子全譜飽和度測井中的碳氧比測井模式，由于其不受地層淡水水淹影響，能較好的識別出水淹層和未動用潛力層。

A井為尕斯庫勒油田一口采油井。根據(jù)脈沖中子全譜飽和度測井資料分析（見圖1），Ⅲ－10小層滲透性較好，碳氧比曲線與純油層碳氧比曲線包絡(luò)面積大，碳氧比與硅鈣比曲線同樣有很大包絡(luò)面積，為油層顯示；Ⅴ－25、Ⅴ－26小層碳氧比曲線與純油層碳氧比曲線有很大離差，且碳氧比與硅鈣比曲線基本重合，伽馬曲線高值反向，且溫度有異常，綜合判斷為強(qiáng)水淹層；活化水流曲線顯示在1580m非射孔處有出液點(diǎn)，該處活化氧遠(yuǎn)近計數(shù)率曲線高值且有離差，溫度曲線異常，分析為套管破損，地層出液。后期將Ⅴ－25、Ⅴ－26小層封堵后，綜合含水從98%降低到65%，產(chǎn)油量從0．77m3／d增加到6．89m3／d，累計增油1035．56m3／d。

4．2 低礦化度地區(qū)應(yīng)用

昆北、柴北緣油氣藏等油田礦化度較低，一般低于5×104mg／L，中子壽命測井時油水層Σ值相近，不易區(qū)分。利用脈沖中子全譜飽和度測井中的碳氧比測井模式，由于不受地層水礦化度影響，在該類地區(qū)應(yīng)用效果良好。B井為昆北油田一口采油井，根據(jù)脈沖中子全譜飽和度測井資料分析（見圖2），Ⅰ－5小層滲透性較好，碳氧比曲線與純油層碳氧比曲線包絡(luò)面積大，計算含油飽和度53%，解釋為油層。該層射孔后日產(chǎn)油6．05m3，含水2．32%。

4．3 復(fù)雜氣層應(yīng)用

澀北氣田儲層具有高泥質(zhì)含量、束縛水高礦化度、低電阻率等特點(diǎn)，常規(guī)中子壽命測井曲線分層能力較差，很難有效識別氣層。

C井為澀北氣田一口氣井，前期進(jìn)行常規(guī)中子壽命測井，Σ曲線起伏不明顯。后期開展PSSL脈沖中子全譜飽和度測井，從測井資料分析（見圖3），碳氧比曲線分層能力較差，但中子壽命模式求取的Σ曲線識別氣水能力較好。80號小層Σ低值，NCNI曲線和活化硅曲線同時變大，計算含氣飽和度65%，解釋為氣層；3號小層Σ高值，NCNI曲線和活化硅曲線和圍巖相似，計算含氣飽和度20%，解釋為水層。

圖1 A井PSSL脈沖中子全譜飽和度測井成果圖

圖2 B井PSSL脈沖中子全譜飽和度測井成果圖

圖3 C井PSSL脈沖中子全譜飽和度測井成果圖

5 結(jié) 論

（1）脈沖中子全譜飽和度測井是以求取多種信息為探測目標(biāo)的測井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從單一方法到全譜全過程測量。儀器一次下井可以完成多種能譜與時間譜測量，測量精度高，是進(jìn)行套管井飽和度測井的理想測井技術(shù)之一。

（2）在脈沖中子全譜飽和度測井解釋方法上形成了定性、定量、動靜態(tài)資料充分結(jié)合的綜合解釋分析方法，各方法相互驗(yàn)證、動靜結(jié)合、新老對比，消除多解性和不確定性，使得解釋結(jié)論更加可靠，為提高資料解釋準(zhǔn)確度和符合率提供有力保障。

（3）通過現(xiàn)場應(yīng)用，脈沖中子全譜飽和度測井不僅能滿足常規(guī)條件下的飽和度測井，而且可以滿足復(fù)雜地層條件下的飽和度測井，尤其在復(fù)雜水淹層識別，低礦化度地區(qū)以及復(fù)雜氣藏氣層的應(yīng)用方面都取得了良好的應(yīng)用效果。

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