何中盛，崔志剛，陳光輝，何玉陽，王學(xué)磊

1.中國石油集團公司測井有限公司吐哈事業(yè)部，新疆鄯善 8382022.中國石油集團公司測井有限公司長慶事業(yè)部，陜西西安 710075

利用碳氫比測井技術(shù)評價剩余油及水淹程度

何中盛1*，崔志剛1，陳光輝1，何玉陽2，王學(xué)磊1

1.中國石油集團公司測井有限公司吐哈事業(yè)部，新疆鄯善 838202
2.中國石油集團公司測井有限公司長慶事業(yè)部，陜西西安 710075

碳氫比測井是以地層中的碳、氫元素為主要研究和探測對象，以碳氫比值求解含油飽和度，降低了孔隙度的影響且不受礦化度的限制。依據(jù)5種類型油藏，15口井的測井解釋結(jié)論與試油結(jié)論、密閉取芯含油飽和度資料進行分析研究，驗證碳氫比（RCH）與孔隙度和含油飽和度的關(guān)系，RCH受孔隙度影響比較小，主要受含油飽和度的控制，隨含油飽和度的變化而變化；測井解釋結(jié)論與取芯含油飽和度和試油結(jié)論資料的準(zhǔn)確性、可靠性、一致性和相關(guān)性都較好。實例分析結(jié)果表明：該方法可有效評價油層水淹程度、含油飽和度和油水界面，為尋找遺漏油層和堵水等措施提供有效資料，在砂泥巖剖面中適用范圍較廣，無論是砂巖、礫巖以及低阻油藏均可取得顯著的地質(zhì)效果。

碳氫比測井；孔隙度；密閉取芯含油飽和度；水淹程度；地質(zhì)效果

何中盛，崔志剛，陳光輝，等.利用碳氫比測井技術(shù)評價剩余油及水淹程度[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，38(5)：4149.

HE Zhongsheng，CUI Zhigang，CHEN Guanghui，etal.Evaluating Residua lOil Saturationand Water-flood Degreewith Hydrocarbon Ratio Logging[J]. Journal of Southwest Petroleum University(Science&Technology Edition)，2016，38(5)：4149.

引言

碳氫比測井是依據(jù)碳氫比求解含油飽和度，該方法主要特點是降低了孔隙度的影響，在多年的應(yīng)用中取得了比較好的效果。但目前對該方法有不同看法[12]，能否降低孔隙度的影響及其適應(yīng)性如何？

為此我們由碳氫比測井理論入手，以實測資料、試油、密閉取芯資料為依據(jù)，采用交繪、列表統(tǒng)計的方法進行對比分析，驗證該方法對儲層含油或剩余油氣飽和度及油層水淹程度評價的有效性、準(zhǔn)確性、可靠性和適應(yīng)性以及孔隙度的影響等問題。

本文采用較多的實例以避免其偶然性，客觀評價碳氫比測井技術(shù)的可行性，以期為剩余油研究及水淹程度評價提供一種比較有效的方法。

碳氫比測井技術(shù)由王振信等[3]于2002年提出，并進行了多年的研究和應(yīng)用，之后不少人對該項技術(shù)進行了研究和應(yīng)用，謝佳析等[45]先后發(fā)表了碳氫比測井技術(shù)應(yīng)用和研究的論文。

1 方法研究

碳氫比測井主要依據(jù)快中子在地層中產(chǎn)生核反應(yīng)過程中的非彈性散射、彈性散射、俘獲反應(yīng)。探測經(jīng)非彈性散射、俘獲反應(yīng)所產(chǎn)生的次生伽馬射線，來反映地層中各元素的含量，即探測地層流體中碳、氫等元素豐度，依據(jù)碳氫比值求解含油或剩余油飽和度，也就是直接探測地層流體性質(zhì)和飽和度的方法[3]。

由于地層中的流體是由水和油氣組成，水由氫氧元素組成，油氣屬碳氫化合物，一般情況下砂巖骨架本身并不含碳、氫元素，也就是說氫來源于油氣和水、碳來源于油氣。若采用碳氫原子密度比來測量流體，當(dāng)含油飽和度一定時，無論孔隙度如何變化，其碳氫含量比值將保持基本不變[69]。當(dāng)含油飽和度降低時，其碳原子密度隨之降低，而氫原子密度基本不變(油與水中的氫原子密度基本相等)，其碳氫含量比值也將降低，也就是說碳氫含量比主要隨含油飽和度變化而變化(見表1)。

表1 純砂巖中不同孔隙度和含油飽和度下的碳氫比、碳氧比Tab.1The RCH、RCOin pure sand at different porosity and oil saturation

表中數(shù)據(jù)為純砂巖中不同孔隙度與不同含油飽和度下RCH的理論值，RCH隨含油飽和度而變化，不受孔隙度控制。但實際地層并非如此，因為地層中的砂巖骨架往往被泥質(zhì)和碳酸鈣膠結(jié)，即骨架中增加了碳原子，也就是說碳氫原子數(shù)比的響應(yīng)方程從宏觀角度考慮應(yīng)在砂巖的基礎(chǔ)上加上碳原子(原作者也考慮了碳酸鈣膠結(jié)物中碳原子的影響，但未進入響應(yīng)方程)，修正后響應(yīng)方程應(yīng)為

式中：

a—單位體積油的碳原子數(shù)，3.7422×1022；

b—單位體積碳酸鈣的碳原子數(shù)，1.632×1022；

c—單位體積水的氫原子數(shù)，6.6911×1022；

d—單位體積油的氫原子數(shù)，7.4845×1022；

Sp—含油飽和度，%；

CHG—極值(極大或極小)；

φ—孔隙度，%；

n—碳酸鈣百分含量。

式(1)中的RCH包含了流體aSp/［Sp(d-c)+c］和骨架兩部分的貢獻，其骨架部分的貢獻即孔隙度和骨架中碳原子的影響如何？見表2理論計算。

含油飽和度誤差為由(RCH-RCHw)/ΔRCH計算的含油飽和度與設(shè)定的Sp的差值。

其中：油水差值ΔRCH=0.5(純砂巖值)， RCHw最小值，RCHw=0.020 1(實際應(yīng)用中由解釋圖版選擇)；RCH誤差為孔隙度5%與30%時RCH的差。

表2 不同孔隙度和含油飽和度及碳酸鈣膠結(jié)砂巖中的碳氫比Tab.2The RCHin sand with different porosity-oil saturation and calcium carbonate cementation

當(dāng)碳酸鈣含量為10%，孔隙度在5%～30%，含油飽和度在0～100%時，含油飽和度誤差為3.1%～-0.96%。當(dāng)含油飽和度等于零時，RCH為0.023 2～0.017 1(平均0.020 1)，含油飽和度誤差0.62%～-0.6%；RCH值增加近0.5，油水差值與純砂巖非常接近。RCH隨孔隙度變化誤差僅0.006 1～0.005 4，孔隙度為1.08%～1.22%。表明碳酸鈣膠結(jié)物中碳原子的貢獻及孔隙度的影響甚微，RCH主要隨含油飽和度變化而變化。

礦化度的影響從理論上講，由于碳與氯元素分別處于非彈和俘獲兩個不同核反應(yīng)階段，氫與氯元素雖同屬俘獲反應(yīng)，但氫(2.014～2.431)、氯(4.654～6.599)譜能量范圍相差較大，互不干擾。且由室內(nèi)不同礦化度的流體實驗值(表3)表明RCH受氯元素的影響甚微。

表3 不同礦化度的流體碳氫比實驗值Tab.3The RCHexperiment of liquid of different mineralization

實際地層中RCH與含油飽和度、孔隙度、礦化度的關(guān)系如何？本文依據(jù)東西部3個油田15口井95個層段的試油、密閉取芯資料與碳氫比測井資料，包含不同層系(侏羅系、白堊系、三疊系)、不同孔隙度(7%～26%)、不同礦化度(4 000～28×104mg/L)、不同巖性(砂巖、礫巖)儲層中的實測資料，進行分析，作出RCH與孔隙度(φ)，含油飽和度(Sp)與孔隙度(φ)及RCH與含油飽和度(Sp)關(guān)系圖，如圖1、圖2、圖3。

圖1 RCH與孔隙度（φ）關(guān)系圖Fig.1The relationship between RCHand φ

圖2 Sp與φ關(guān)系圖Fig.2The relationship between Spand φ

由圖1、圖2看出：RCH、Sp與孔隙度無明顯關(guān)系，油層、弱淹、中淹、強淹、水層無規(guī)律地分布在孔隙度(11%～26%)變化范圍內(nèi)，表明不受孔隙度控制，僅差油層及含油或干層分布在低孔隙度區(qū)內(nèi)；圖3顯示出：RCH值隨含油飽和度變化而變化，能比較明顯地區(qū)分油層、弱淹、中淹、強淹及水層。由此看出碳氫比主要受含油飽和度變化的控制，受孔隙度變化的影響比較小，且不受礦化度限制。

圖3 RCH與含油飽和度（Sp）關(guān)系圖Fig.3The relationship between RCHand Sp

圖3中相同的RCH值而含油飽和度不相同，其原因主要是由于不同油田和不同層系的沉積機理與沉積環(huán)境不同，從而使不同油田或不同層系的解釋模型不盡相同，且束縛水飽和度與殘余油飽和度也存在差異，導(dǎo)致解釋結(jié)論的不同，因而交繪圖上就會出現(xiàn)相同的RCH而含油飽和度不相同，而油層、弱淹、中淹、強淹及水層卻有規(guī)律地分布在相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，表明其資料一致性較好[11—16]。

由此引出建立“解釋模型”的問題，它是依據(jù)解釋機理而建立的解釋方法。該方法是以分析研究儲層、泥蓋層中碳氫比值的背景值為基礎(chǔ)的解釋機理。因為油氣在運移中，無論縱向或順層運移殘留在泥巖中的油氣及有機質(zhì)是客觀的，尤其是泥巖成烴更是如此。當(dāng)油層被水淹時含油飽和度降低，而泥巖或蓋層及干層中的含油飽和度基本不變，以變與不變進行比較分析[17—19]。依據(jù)碳氫比值與硅鈣比交繪建立解釋圖版，以此為基礎(chǔ)建立解釋模型，確保資料準(zhǔn)確可靠。

在應(yīng)用中由于各個油田的地質(zhì)基礎(chǔ)、沉積機理、儲層特性差異較大，其測井解釋模型也就存在差異，因此要建立適合本油田或地區(qū)的解釋模型，包含：解釋圖版(圖4)、水淹標(biāo)準(zhǔn)(表4)和基礎(chǔ)參數(shù)(束縛水飽和度、殘余油飽和度)。

圖4 X554井解釋圖版Fig.4The interpretation chart of Well X554

表4 碳氫比測井解釋水淹評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.4The waterflood evaluation standard of Carbon-Hydrogen ratio logging interpretation

依據(jù)解釋模型對資料進行處理分析，在此采用3口試油及密閉取芯資料與其對比分析，驗證碳氫比測井解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性及解釋模型的可靠性，見表5。

碳氫比測井解釋結(jié)論與密閉取芯含油飽和度(表5)對比結(jié)果顯示，3口井取芯18個小層，9個層位(S1～S47層)，按含油飽和度誤差(Sp≤±10%)計算，符合率均大于85%。

3口井7個試油層段，碳氫比測井測井解釋結(jié)論與試油結(jié)論二者完全一致，且碳氫比測井解釋與試油含水率(fw)誤差均≤±6%。

碳氫比測井解釋與取芯、試油資料對比結(jié)果顯示碳氫比測井解釋Sp準(zhǔn)確可靠，可信度較高，且圖5、圖6(依據(jù)表5資料)直觀顯示出其相關(guān)性比較好。

表5 不同測井解釋、試油結(jié)論、取芯含油飽和度成果表Tab.5Different logging interpretation，oil testing conclusion，core oil saturation results

圖5 碳氫比測井解釋、取芯含油飽和度關(guān)系圖Fig.5Carbon-Hydrogen ratio logging interpretation，core oil saturation

圖6 碳氫比測井解釋、巖芯含油飽和度關(guān)系Fig.6The relationship between Carbon-Hydrogen ratio logging interpretation and core oil saturation

2 效果分析

該方法已在東西部3個油田5種類型油藏中進行應(yīng)用，在此采用3種類型油藏的實例表明其應(yīng)用效果。

2.1 三疊系砂礫巖油藏

該類型油藏具有低孔、低滲、低礦化度的特征，X567井屬于該類型油藏，以下對該井進行實例分析。X567儲層有效孔隙度9%～14%，砂礫巖油藏，非均質(zhì)嚴(yán)重且微裂縫發(fā)育，礦化度(碳酸氫鈉型)0.4×104mg/L，滲透率20～30 mD(圖7、表6)。該井位于高含水區(qū)域，主要目的是了解各層位的剩余油飽和度及油層水淹程度，為調(diào)整開采方案提供資料依據(jù)。

圖7 X567井碳氫比測井解釋成果圖Fig.7Carbon-Hydrogen ratio logging interpretation of Well X567

表6 X567井碳氫比測井解釋與試油、密閉取芯成果Tab.6The Carbon-Hydrogen ratio logging interpretation and oil testing，the sealed coring results of Well X567

由表6看出：該井試油兩段，解釋與試油結(jié)論一致，含水率誤差均小于±5%；密閉取芯17個小層，解釋與取芯含油飽和度(Sp)誤差均小于±10%(誤差按Sp≤±10%計算)。由試油和取芯資料證實了碳氫比測井解釋結(jié)論的準(zhǔn)確性。

2.2 侏羅系砂巖油藏

該類型油藏具有中低孔、低滲、高礦化度的特征，ZP7117井屬于該類型油藏，以下對該井進行實例分析。

ZP7117井：儲層有效孔隙度12%～20%、滲透率10～30 mD、礦化度28×104mg/L(氯化鈉型)，為高含水的一口老井。

碳氫比測井結(jié)論：4層：Sw37.3%、Swi37.2%、fw0.5%，油層；5層：Sw37.9%、Swi35.5%、fw7%，油層；6層：Sw57.2%、Swi34.5%、fw68%，中淹。

測后射開4、5層，日產(chǎn)油8.6 t不含水。試油結(jié)果表明該方法可為老井或高含水井尋找遺漏油層(圖8)。

圖8 ZP7117井碳氫比測井解釋成果圖Fig.8Carbon-Hydrogen ration logging interpretation of well ZP7117

2.3 白堊系砂巖油藏

該類型油藏具有中孔、中滲、高礦化度的特征，Ty608井屬于該類油藏，以下對該井進行實例分析。

Ty608井為中孔(16%～22%)、中滲儲層，礦化度(18×104mg/L)為氯化鈉型，白堊系油藏。射孔井段：1 792.5～1 808.0 m。測井前含水97%。

碳氫比測井解釋結(jié)論：1、3層為含油和致密層；2層為油層(Swi44%、Sw45%、fw0%)，底部弱淹(Swi38%、Sw46%、fw25%)；4層中淹(Swi48%、Sw62%、fw64%)；5層強淹(Swi36%、Sw68%、fw94%)；6層為水層(Swi38%、Sw86%、fw100%)。測后依據(jù)碳氫比測井資料在1 800 m左右堵水。措施后日產(chǎn)油17 t，不含水，堵水效果明顯，表明該方法可為有效堵水提供可靠資料(圖9)，能夠較好地評價儲層含油或剩余油飽和度，邊底水動態(tài)、上升速度及大量產(chǎn)水臨界狀態(tài)。

圖9 Ty608井碳氫比測井解釋成果圖Fig.9Carbon-Hydrogen ratio logging interpretation of Well Ty608

3 結(jié)論

(1)碳氫比測井方法是以地層流體中的碳、氫元素為主要研究和探測對象，以碳氫比值求解含油或剩余油飽和度，由理論、實驗及實測資料和RCH與孔隙度、RCH與含油飽和度關(guān)系圖分析結(jié)果表明：RCH主要受含油飽和度控制，隨含油飽和度變化而變化，受孔隙度影響較小且不受礦化度限制。

(2)碳氫比測井解釋結(jié)論通過與試油、密閉取芯飽和度資料對比結(jié)果顯示出該方法的準(zhǔn)確性、可靠性、一致性較好，解釋符合率大于80%，含油飽和度誤差≤±10%。

(3)由較高的解釋符合率看出該方法解釋模型可靠，解釋機理比較科學(xué)。

(4)由實例分析看出：該方法應(yīng)用效果較好，在砂泥巖剖面中適應(yīng)范圍較廣，無論是砂巖或礫巖以及低阻油藏均可取得顯著的地質(zhì)效果；不僅可以有效評價油層水淹程度、油水界面及含油或剩余油飽和度，且可為堵水、尋找遺漏油層提供可靠資料依據(jù)，可為油藏動態(tài)分析，開采方案的調(diào)整等措施提供可靠資料依據(jù)。

(5)不足之處是目前該方法僅適用于砂泥巖剖面的多數(shù)層系，不能直接應(yīng)用于含碳酸鹽巖地層，對碳酸鹽巖地層剖面的應(yīng)用研究有待下一步進行探索。該方法盡管理論尚不夠完善或存在缺陷，但從其對泥砂剖面顯著的應(yīng)用效果來看，不失為一種較好的方法，值得引起重視和推廣。

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何中盛，1965年生，男，漢族，甘肅民勤人，高級工程師，主要從事測井儀器維修。E-mail：hezhongshengg@163.com

崔志剛，1981年生，男，漢族，山東東明人，工程師，主要從事測井儀器維修工作。E-mail：cuishare@163.com

王學(xué)磊，1990年生，男，漢族，甘肅張掖人，助理工程師，主要從事放射性測井儀器維修。E-mail：234958093@163.com

何玉陽，1987年生，男，漢族，甘肅民勤人，工程師，主要從事測井資料采集工作。E-mail：heyuyang123@163.com

陳光輝，1973年生，男，漢族，河北元氏人，高級工程師，主要從事測井儀器技術(shù)管理。E-mail：cghlcj@126.com

編輯：牛靜靜

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

Evaluating Residual Oil Saturation and Water-flood Degree with Hydrocarbon Ratio Logging

HE Zhongsheng1*，CUI Zhigang1，CHEN Guanghui1，HE Yuyang2，WANG Xuelei1
1.Tuha Division of Logging Co.Ltd.，CNOPC，Shanshan，Xinjiang 838202，China 2.Changqing Division of Logging Co.Ltd.，CNOPC，Xi'an，Shaanxi 710075，China

RCHloggingtechnologyfocusesoncarbonandhydrogenratiointhestratumtogettheoilsaturation，whichmitigates the effect of porosity and is free from the limitation of salinity.The authors analyzed and identified the relation between the RCHand oil saturation according to the conclusions of the RCHinterpretation and oil testing of 15 wells of five reservoirs types，as well as the data on hermetic core oil saturation.the analysis revealed that the oil saturation，rather than porosity has the prominent effect on the RCH，which changes along with oil saturation changes；The conclusions of the RCHinterpretation and oil testing are accurate，credible and of good correlation.The test on the five reservoirs types indicated that theRCHcan evaluate waterflood degrees and the residual oil saturation effectively.It can provide reliable data in searching missing oil reservoir and providing measures of water plugging as well.Besides，the RCHcan be widely-used in sand shale profile.It has a remarkably geological effect in sand，mud or low resistance oil reservoir.

hydrocarbonratio logging；porosity；hermetic core oil saturation；waterflood degree；geological effect

10.11885/j.issn.16745086.2014.01.06.06

16745086(2016)05004109

TE151；P631.84

A

http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20161010.1656.016.html

20140106

時間：20161010

何中盛，E-mail：hezhongshengg@163.com