王友春

(中海油田服務(wù)股份有限公司 上海 200120)

PNN測(cè)井解釋的影響因素分析及其應(yīng)用

王友春

(中海油田服務(wù)股份有限公司 上海 200120)

脈沖中子測(cè)井技術(shù)是當(dāng)前確定油藏剩余油飽和度分布規(guī)律、了解注水和產(chǎn)液剖面、調(diào)整注采方案、提高采收率的主要手段，在油田得到廣泛推廣應(yīng)用。首先介紹PNN測(cè)井技術(shù)的理論基礎(chǔ)和測(cè)井儀器的工作原理；其次針對(duì)實(shí)際地區(qū)PNN測(cè)井的測(cè)量結(jié)果誤差，分析影響PNN測(cè)井解釋結(jié)果的影響因素；最后結(jié)合PNN技術(shù)、產(chǎn)出剖面綜合檢測(cè)氣水界面位置,通過(guò)確定油氣田的準(zhǔn)確氣水界面，長(zhǎng)期跟蹤氣水界面變化，能準(zhǔn)確判斷開(kāi)發(fā)過(guò)程中水淹情況，對(duì)油田后期生產(chǎn)開(kāi)發(fā)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

PNN測(cè)井技術(shù)；測(cè)井儀器；影響因素；氣水界面

0 引 言

隨著我國(guó)油田進(jìn)入高含水開(kāi)發(fā)后期，常規(guī)生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)很難滿足開(kāi)發(fā)的需求，高水平的油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)石油開(kāi)發(fā)具有重要的應(yīng)用意義。脈沖中子測(cè)井技術(shù)是當(dāng)前確定油藏剩余油飽和度分布規(guī)律、了解注水和產(chǎn)液剖面、調(diào)整注采方案、提高采收率的主要手段[1-3]。PNN(Pulsed Neutron-Neutron)測(cè)井儀是脈沖中子-中子儀器的簡(jiǎn)稱，它是通過(guò)遠(yuǎn)、近兩個(gè)He-3計(jì)數(shù)管探測(cè)熱中子，由熱中子的時(shí)間譜求出地層的宏觀截面，進(jìn)而求取含水飽和度的新一代套管井儲(chǔ)層評(píng)價(jià)測(cè)井技術(shù)[4,5]；同時(shí)，PNN測(cè)井技術(shù)能在低礦化度地層水條件下，分辨近井地帶的油水分布，計(jì)算含油飽和度，劃分水淹級(jí)別，求取儲(chǔ)層孔隙度，計(jì)算儲(chǔ)層內(nèi)泥質(zhì)含量及主要礦物含量等[5]。國(guó)內(nèi)外脈沖中子測(cè)井技術(shù)已在油田實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

1 PNN測(cè)井的理論基礎(chǔ)

PNN測(cè)井基本原理是利用脈沖中子發(fā)生器向地層發(fā)射能量為14.3MeV的快中子，經(jīng)過(guò)一系列的非彈性碰撞(主要發(fā)生在中子后10-8～10-7s)和彈性碰撞(10-6～10-3s)過(guò)程，當(dāng)中子能量與組成地層的原子處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，中子不再減速，變?yōu)闊嶂凶哟藭r(shí)它的能量是0.025 eV，熱中子在地層中擴(kuò)散并與原子核發(fā)生俘獲輻射核反應(yīng)[5]。

所謂彈性散射，是指中子與原子核發(fā)生碰撞后，系統(tǒng)的總動(dòng)能不變，中子所損失的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)變?yōu)榉礇_核的動(dòng)能，而反沖核仍處于基態(tài)。由加速器中子源發(fā)射的能量為14.3 MeV的中子射入地層后，再經(jīng)一兩次非彈性散射損失了大部分能量，就進(jìn)入了以彈性散射為主的相互作用階段。彈性散射主要發(fā)生在中子發(fā)射后的10-6～10-3s之間。

靶核俘獲一個(gè)熱中子而變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的復(fù)核，然后復(fù)核放出一個(gè)或幾個(gè)光子，回到基態(tài)，這就是輻射俘獲核反應(yīng)。輻射俘獲截面隨中子能量的變化，遵守1/v定律，v是中子速度(探測(cè)深度：30～40 cm)。中子壽命測(cè)井和PNN測(cè)井均是建立在此理論之上的。

2 PNN測(cè)井儀器工作原理

PNN測(cè)井儀器包括井下儀器和地面儀器兩個(gè)部分。

1)地面系統(tǒng)采用美國(guó)科學(xué)數(shù)據(jù)公司生產(chǎn)的柜式機(jī)Warrior地面測(cè)井系統(tǒng)，主要由供電系統(tǒng)、通信設(shè)備、深度編碼器、采集控制計(jì)算機(jī)組成。該系統(tǒng)適用于大多數(shù)套管井及裸眼井測(cè)井。同時(shí)還配備了HOTWELL公司專門為PNN測(cè)試而制造的便攜系統(tǒng)，該便攜系統(tǒng)由一個(gè)相當(dāng)于手提箱大小的采集箱與一個(gè)筆記本電腦構(gòu)成。

2)井下儀器由4個(gè)短節(jié)組成：通訊及套管接箍探測(cè)部分(COMM+CCL)，自然伽馬探測(cè)部分(GR)，中子探測(cè)部分(DETECTOR)和中子發(fā)生器部分(GEN)。中子源是窄脈沖寬間隔中子發(fā)生器，探測(cè)器是兩個(gè)He-3正比計(jì)數(shù)器，其短源距SS為425 mm，長(zhǎng)源距LS為745 mm。

PNN技術(shù)指標(biāo)：

直徑：42.8 mm；長(zhǎng)度：5.69 m；耐壓：103 MPa；耐溫：150℃；探頭：He-3探測(cè)器；脈沖中子源頻率：13 Hz；測(cè)井速度：1.5～2.0 m/min；源輸出：1.5×108中子/秒；適應(yīng)最小套管內(nèi)徑：47.6 mm。

中子壽命測(cè)井也叫熱中子衰減時(shí)間測(cè)井，測(cè)井記錄的是熱中子在地層中的壽命(即中子壽命)，該方法是高礦化度地區(qū)最常用的脈沖中子測(cè)井方法。目前由于新的測(cè)試工藝產(chǎn)生，該方法也可以應(yīng)用于低礦化度地區(qū)的測(cè)井。

測(cè)井儀器向地層發(fā)射快中子(14.3 MeV)，經(jīng)過(guò)一系列的非彈性與彈性碰撞后逐漸損失能量(稱做慢化)，當(dāng)中子的能量與組成地層的原子處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，中子不再減速，此時(shí)它的能量達(dá)到約0.025 eV、速度2.2×105cm/s，與地層原子核反應(yīng)主要是俘獲反應(yīng)。中子壽命測(cè)井記錄熱中子在地層中存在的時(shí)間，即中子在地層中從變成熱中子的瞬間起，到被地層吸收時(shí)刻止，所經(jīng)過(guò)的平均時(shí)間，它與物質(zhì)宏觀俘獲截面Σ及熱中子速度v的關(guān)系為：

式中：τ為熱中子壽命；Σ為地層熱中子俘獲截面，c.u.；v為熱中子的速度，它與地層的絕對(duì)溫度的關(guān)系為：

T等于攝氏溫度加上273。當(dāng)溫度為25℃時(shí)，v=2.2×105cm/s。測(cè)井常用10-3·cm-1作為宏觀俘獲截面的單位，叫俘獲單位，記作c.u.。

過(guò)套管儲(chǔ)層參數(shù)測(cè)井儀采用兩種方法測(cè)量宏觀俘獲截面：一種是脈沖中子俘獲方式，采用BGO探測(cè)器，通過(guò)測(cè)量熱中子被俘獲后釋放的伽馬射線的記數(shù)求得宏觀俘獲截面；一種是脈沖中子-中子方式，采用He-3探測(cè)器，通過(guò)測(cè)量地層中沒(méi)有被俘獲的熱中子數(shù)來(lái)求得宏觀俘獲截面。

儀器工作在脈沖中子俘獲方式時(shí)，N對(duì)應(yīng)的是兩個(gè)不同時(shí)刻兩道測(cè)量門測(cè)得的俘獲伽馬射線的計(jì)數(shù)率；儀器工作在脈沖中子-中子方式時(shí)，N對(duì)應(yīng)的使兩個(gè)不同時(shí)刻兩道測(cè)量門測(cè)得的熱中子的計(jì)數(shù)率。地層的宏觀俘獲截面的計(jì)算公式為：

式中，Σ為地層的俘獲截面，c.u.；N1為t1時(shí)刻的記數(shù)值；N2為t2時(shí)刻的記數(shù)值。

本研究區(qū)塊采用奧華公司生產(chǎn)的PNNG全譜剩余油飽和度生產(chǎn)測(cè)井儀(脈沖中子-中子和脈沖中子-伽馬測(cè)井儀)，可使用伽馬探測(cè)器探頭，既中子壽命模式，配接奧地利HOTWELL公司PNN測(cè)井儀，分別完成PNN(中子探測(cè)器探頭)測(cè)井、PNNG(伽馬探測(cè)器探頭)測(cè)井、SWFL(能譜水流)測(cè)井。

3 PNN測(cè)井解釋的影響因素分析

根據(jù)M油田礦化度及孔隙度資料，使用伽馬探測(cè)器，即PNNG模式。該方法與傳統(tǒng)中子壽命測(cè)井方法相比，采用中子管靶壓穩(wěn)壓技術(shù)，保證了中子產(chǎn)額的穩(wěn)定性，能自動(dòng)跟蹤地層宏觀俘獲截面的變化，采用可變周期等寬門方案，通過(guò)橫向縱向?yàn)V波、曲線擬合法可直觀得到中子產(chǎn)生的伽馬射線衰減時(shí)間譜，測(cè)量精度高，重復(fù)性好。

M油田N地區(qū)孔隙度在1.0%～16.16%，平均5.07%，總體屬于低孔低滲和低孔特低滲儲(chǔ)層。如圖1所示，A井L層系氣層孔隙度在4.9%～15.7%分布，平均9.0%，而俘獲截面值受到骨架影響在20.3～25.9 c.u分布，相對(duì)偏大，見(jiàn)圖1中第5、6、7三道曲線所示，故不滿足儀器測(cè)量原理中定量解釋要求。

如圖2所示，通過(guò)B井2012年P(guān)NNG和2011年P(guān)NN測(cè)井資料對(duì)比，發(fā)現(xiàn)2012年P(guān)NNG測(cè)井俘獲截面相較2011年存在整體偏移，校正處理以泥巖段為基準(zhǔn)整體減小4 c.u.，圖2第6道為校正后曲線，兩年重合度明顯提高，第7道為解釋飽和度曲線道。經(jīng)計(jì)算對(duì)比，發(fā)現(xiàn)4 c.u. 在本井引起氣層段平均飽和度由45.6%下降到16.7%，兩者間相對(duì)誤差達(dá)63.4%。這種測(cè)量誤差將會(huì)直接導(dǎo)致錯(cuò)誤的解釋結(jié)論。

如圖3所示，通過(guò)C井2012年P(guān)NN和2011年P(guān)NN測(cè)井資料對(duì)比，發(fā)現(xiàn)2012年測(cè)量值從下至上存在大幅度斜漂，底部基本重合，見(jiàn)圖3第6道曲線，頂部最大偏移量達(dá)10.7 c.u.不同深度偏移不一致，難以校正。建議應(yīng)加強(qiáng)測(cè)井資料的原始質(zhì)量控制，從源頭保證解釋符合率。

圖1 A井PNN測(cè)井資料解釋分析圖

圖2 B井2012年P(guān)NNG和2011年P(guān)NN對(duì)比圖

圖3 C井2012年和2011年P(guān)NN對(duì)比圖

由此可以得到：PNN測(cè)量結(jié)果的影響因素很多，除了如流體性質(zhì)——油、氣、水、水的成分、礦化度；巖石骨架成分及其含量，有無(wú)諸如氯、硼、鐵等特殊元素；儲(chǔ)層孔隙度；裸眼井還是套管井，固井質(zhì)量如何等核心因素外，PNN測(cè)井解釋的結(jié)果更容易受骨架、儀器的測(cè)量誤差、資料大幅度斜漂等因素影響。這些也很重要，測(cè)井解釋過(guò)程中需要重視。

4 通過(guò)PNN、產(chǎn)出剖面綜合檢測(cè)氣水界面

PNN、產(chǎn)出剖面綜合解釋監(jiān)測(cè)井氣水界面變化，通過(guò)產(chǎn)出剖面溫度異常識(shí)別出水點(diǎn)，通過(guò)產(chǎn)出剖面密度曲線和PNN俘獲截面曲線重疊監(jiān)測(cè)氣水界面逐年變化過(guò)程。

M油田N地區(qū)P氣田有三套含氣層系，目前主要開(kāi)采的層組屬于常溫異常高壓氣藏。但隨著開(kāi)采深入，地層壓力逐漸變小，底水不斷上升。因此有效地監(jiān)測(cè)P氣田氣水界面的變化情況顯得尤為重要。如圖4所示，通過(guò)結(jié)合產(chǎn)出剖面和PNN測(cè)井剖面綜合比較，D井2009年氣水界面為3 827 m, 2010年氣水界面為3 803 m, 2011年氣水界面為3 788 m, 2012年氣水界面為3 775 m。隨著逐年開(kāi)采，D井氣水界面抬升速度放緩,水侵速度變慢。

圖4 D井氣水界面逐年對(duì)比圖

M油田N地區(qū)Q氣田為塊狀底水凝析氣藏，其白堊系為主要產(chǎn)氣層段。但隨著開(kāi)采深入，地層壓力逐漸變小，底水不斷上升。因此有效地監(jiān)測(cè)Q氣田氣水界面的變化情況顯得尤為重要。如圖5所示，通過(guò)結(jié)合產(chǎn)出剖面和PNN測(cè)井剖面綜合比較，E井2009年(圖5左)氣水界面為4 765 m, 2010年(圖5中)氣水界面為4 763 m, 2012年(圖5右)氣水界面為4 757.5 m。通過(guò)長(zhǎng)期跟蹤E井氣水界面變化，認(rèn)為該區(qū)塊存在一定程度水淹。

5 結(jié)束語(yǔ)

1)PNN測(cè)井儀是一種以中子探測(cè)器測(cè)量熱中子時(shí)間譜，通過(guò)獲取地層宏觀吸收截面來(lái)確定含水飽和度的小直徑脈沖中子測(cè)井儀。PNN測(cè)量結(jié)果的影響因素很多，除了如流體性質(zhì)——油、氣、水、水的成分、礦化度；巖石骨架成分及其含量，有無(wú)諸如氯、硼、鐵等特殊元素；儲(chǔ)層孔隙度；裸眼井還是套管井，固井質(zhì)量如何等核心因素外，PNN測(cè)井解釋的結(jié)果更容易受骨架、儀器的測(cè)量誤差、資料大幅度斜漂等因素影響。

2)高含水開(kāi)發(fā)后期，PNN測(cè)井技術(shù)應(yīng)用很廣泛，能夠較好地滿足目前動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)需求。通過(guò)結(jié)合產(chǎn)出剖面和PNN測(cè)井剖面綜合比較可以準(zhǔn)確確定氣水界面，長(zhǎng)期跟蹤同一井氣水界面變化，可以判斷該區(qū)實(shí)際水淹情況，為開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

[1] 張 鋒．我國(guó)脈沖中子測(cè)井技術(shù)發(fā)展綜述[J]．原子能科學(xué)技術(shù)，2009，43(S0)：116-123．

[2] 胡玲妹,劉存輝,徐建平，等．PNN飽和度測(cè)井技術(shù)在大港油田的應(yīng)用[J]．石油鉆采工藝，2009，31(S1)：57-62．

[3] 趙國(guó)海，王志敏，董社霞，等．脈沖中子-中子(PNN)測(cè)井技術(shù)[J]．石油機(jī)械，2005，33(8)：75-78．

[4] 易娟子,戴家才,孔玉霞．脈沖中子-中子(PNN)測(cè)井技術(shù)及應(yīng)用效果分析[J]．石油儀器，2009，23(5)：65-67．

[5] 陳 猛．基于PNN測(cè)井剩余油飽和度監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[D]．湖北荊州:長(zhǎng)江大學(xué)，2013．

Analysis of Influencing Factors of PNN Logging Interpretation and Its Application

WANG Youchun

(ChinaOilfieldServicesLimited,Shanghai200120,China)

Currently, Pulse Neutron Neutron (PNN) logging technology is the main widely-used method to determine the residual oil saturation distribution, to understand the profile of water injection and liquid-producing, to adjust the injection plan, and to improve the recovery rate. First, an introduction of theoretical basis of PNN logging technology and working principle of the logging equipment is given; second, for the error of the measurement results of PNN logging in the actual area, the factors influencing the PNN logging interpretation results are analyzed. Finally, gas-water interface position is detected by the combining the use of PNN technology and production profile. Through determining the accurate gas water interface of oil and gas field, the gas water interface can be tracked for a long time, which can help accurately determine the water flooding situation. Thus, PNN logging technology has a great significance in the later development and production phase of oilfields.

PNN logging technology; logging equipment; influence factors; gas-water interface

王友春，男，1982年生，工程師，2005年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)測(cè)井作業(yè)及分析工作。E-mail：3122074297@qq.com

P631.84

A

2096-0077(2017)04-0085-05

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.04.022

2016-09-21 編輯：馬小芳)