鄭利江,孫雅琳,車蓉,熊坤,王青川,孟慶偉,鄧瑞

(1.青海油田公司測(cè)試公司,青海茫崖816499;2.青海油田公司財(cái)務(wù)處,甘肅敦煌736200;3.青海油田公司采油一廠,青海茫崖816499;4.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué)),湖北武漢430100)

0 引 言

隨著油田注水開(kāi)發(fā)工作不斷深入,注入水常突破到一線油井,主力儲(chǔ)層呈連片水淹態(tài)勢(shì),層間矛盾加劇,剩余油分布呈孤立、零星狀態(tài),尋找剩余油工作也變得越來(lái)越困難。2007年,青海油田引進(jìn)了PNN飽和度測(cè)井技術(shù),為油藏綜合治理、剩余油挖潛提供了科學(xué)依據(jù),在油田開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了不可替代的重要作用。

從多年P(guān)NN飽和度測(cè)井應(yīng)用效果看,該技術(shù)受淡水水淹、混合水復(fù)雜水淹和地層水礦化度低等因素的影響。一方面是尕斯E31、尕斯N1-N21、躍進(jìn)二號(hào)東高點(diǎn)等油田處于開(kāi)發(fā)中后期,由于平面注水推進(jìn)的不均衡和清污交替混合注入,造成了縱向上不同地層混合液電阻率和礦化度復(fù)雜多變,給中高含水階段水淹層的準(zhǔn)確識(shí)別帶來(lái)極大困難;同時(shí),英東等新開(kāi)發(fā)油田部分區(qū)塊注入淡水,在部分更新井上已經(jīng)出現(xiàn)明顯的淡水水淹情況。不同井累計(jì)注水、相對(duì)注入量不同,使得不同井的礦化度在不同水淹時(shí)期變化也不同,地層混合水礦化度的復(fù)雜多變,且難以準(zhǔn)確確定,給以中子壽命測(cè)井為主的剩余油評(píng)價(jià)造成較大困難。另一方面是昆北、馬北等低礦化度油田,由于儲(chǔ)層中氯離子含量低,油水層俘獲截面值均為低值(均在16 c.u.(1)非法定計(jì)量單位,1 c.u.=1×10-3 cm-1,下同以下),使得采用中子壽命進(jìn)行油、水層以及水淹狀況識(shí)別的準(zhǔn)確性大大降低。

為滿足油田淡水水淹、混合水復(fù)雜水淹層的準(zhǔn)確識(shí)別需求,近幾年,奧地利HOTWELL公司在PNN測(cè)井的基礎(chǔ)上升級(jí)推出了PNN+測(cè)井技術(shù),增加了遠(yuǎn)近2個(gè)伽馬探頭。該技術(shù)通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層氧元素含量變化的探測(cè)并結(jié)合俘獲截面曲線來(lái)綜合判斷水淹狀況,可彌補(bǔ)PNN測(cè)井的不足,對(duì)油田淡水水淹、混合水復(fù)雜水淹層的準(zhǔn)確識(shí)別具有獨(dú)到優(yōu)勢(shì)。

1 PNN+飽和度測(cè)井技術(shù)

1.1 飽和度測(cè)井技術(shù)

套管井飽和度核測(cè)井技術(shù)根據(jù)測(cè)量對(duì)象的不同可分為碳氧比能譜測(cè)井、中子壽命測(cè)井和過(guò)套管電阻率測(cè)井3個(gè)大類。碳氧比能譜測(cè)井包括普通碳氧比測(cè)井(單源距)、斯倫貝謝公司的RST測(cè)井[1]、哈里伯頓公司的RMT測(cè)井[2]、阿特拉斯公司的RPM測(cè)井[3]以及康普樂(lè)公司的PND-S測(cè)井[4];中子壽命測(cè)井包括傳統(tǒng)的中子壽命測(cè)井[5]、注硼中子壽命測(cè)井[6]以及HOTWELL公司的PNN和PNN+測(cè)井等(見(jiàn)表1);過(guò)套管電阻率測(cè)井儀器投入商業(yè)使用的有CHFR儀器、ECOS儀器、XCRL儀器、TCFR儀器等。

套管井飽和度核測(cè)井早期僅有中子壽命測(cè)井1種測(cè)井方法,如今出現(xiàn)了以多種元素為探測(cè)目標(biāo)的測(cè)井技術(shù),測(cè)井方法從單一元素探測(cè)到全譜測(cè)量。如大慶測(cè)試公司研發(fā)的PNST[7-8]、西安奧華公司研發(fā)的PSSL全譜飽和度測(cè)井[9]儀器等都實(shí)現(xiàn)了單一元素探測(cè)到全譜全過(guò)程測(cè)量。奧地利HOTWELL公司PNN+測(cè)井技術(shù),增加了地層氧元素含量的探測(cè),主要結(jié)合俘獲截面曲線綜合應(yīng)用在低礦化度地區(qū)、淡水水淹層識(shí)別等方面。

1.2 PNN+測(cè)井原理及技術(shù)特點(diǎn)

1.2.1測(cè)井原理

通過(guò)可控中子源向地層中發(fā)射14 MeV高能中子流,該中子流具有較強(qiáng)的穿透能力,可以穿過(guò)儀器外殼、井液、套管、水泥環(huán),射入地層數(shù)10 cm深,與地層原子核發(fā)生各種反應(yīng)[13]。中子探測(cè)器利用長(zhǎng)、短2個(gè)源距探頭記錄從快中子束發(fā)射30 μs后的1 800 μs時(shí)間的熱中子計(jì)數(shù)率,每個(gè)探測(cè)器均將其時(shí)間譜記錄分成60道,每道30 μs,測(cè)量的是地層中熱中子本身數(shù)量的多少——熱中子計(jì)數(shù)率,根據(jù)熱中子的衰減情況計(jì)算熱中子的壽命,進(jìn)而求出熱中子的宏觀俘獲截面Σ;伽馬探測(cè)器利用遠(yuǎn)、近2個(gè)源距探頭記錄地層中低能(活化Al、Si等)、高能(活化氧)伽馬射線計(jì)數(shù)率,主要通過(guò)氧元素含量的測(cè)量來(lái)區(qū)分水淹層和潛力層(見(jiàn)圖1)。

1.2.2技術(shù)特點(diǎn)

主要通過(guò)氧元素含量曲線和俘獲截面曲線綜合分析,在低礦化度地區(qū)識(shí)別油水層,在淡水水淹和混合水復(fù)雜水淹地區(qū)識(shí)別水淹層。以地層水礦化度150 000 mg/L,注入水礦化度25 000 mg/L為例(見(jiàn)圖2),俘獲截面(Σ)曲線在1號(hào)層(含油飽和度50%的油水同層)和4號(hào)層(水層,50%注入水、50%地層水)值一致,無(wú)法有效區(qū)分,通過(guò)氧元素含量曲線與Σ曲線結(jié)合,可有效識(shí)別出4號(hào)層為水層(氧含量值為高值)。

表1 儀器性能指標(biāo)對(duì)比表

圖1 PNN+飽和度測(cè)井測(cè)量原理圖

1.3 影響因素分析

影響PNN+測(cè)井質(zhì)量的因素主要包括地層高伽馬、井眼流體礦化度、井身結(jié)構(gòu)、流體性質(zhì)等[11-12](見(jiàn)表2)。比如當(dāng)井內(nèi)存在不同的流體界面時(shí),對(duì)計(jì)數(shù)率會(huì)產(chǎn)生較大的影響,特別是井內(nèi)具有大量氣體時(shí),對(duì)遠(yuǎn)計(jì)數(shù)率的影響較大。

圖2 PNN+飽和度測(cè)井標(biāo)準(zhǔn)層曲線理論響應(yīng)圖

2 PNN+飽和度測(cè)井資料解釋方法

2.1 測(cè)井速度校正

測(cè)井過(guò)程中,最好能夠保證測(cè)速恒定,這樣所有的曲線可以做同樣的校正;但是一般情況下,保持測(cè)速恒定比較困難,所以曲線必須要做速度校正。對(duì)于平均活化半衰期的假設(shè),對(duì)校正很有必要;高能伽馬射線需要校正的比重較大。

2.2 計(jì)算比率曲線

不同的比率曲線交會(huì)圖和重疊方法用于確定高的氧活化區(qū)。在圖3中,根據(jù)2條比率曲線的關(guān)系,顯示較高的氧活化區(qū)(藍(lán)色)和較低的氧活化區(qū)(潛在的碳?xì)浠衔餅榫G色綠色)。比率曲線也與Σ曲線交會(huì)顯示,同樣用綠色包絡(luò)顯示含烴化合物的存在。

2.3 定性分析

(1)近源距伽馬探測(cè)器。低能(<2 MeV)活化Al、Si等;高能(>2 MeV)活化氧。

表2 PNN+飽和度測(cè)井影響因素表

*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

20世紀(jì)50年代，美國(guó)生理學(xué)家卡波維奇首次提出運(yùn)動(dòng)處方的概念。運(yùn)動(dòng)處方即醫(yī)師根據(jù)醫(yī)學(xué)檢查資料（包括運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)和體力測(cè)驗(yàn)），按病人的健康、體力以及心血管功能狀況，用處方的形式規(guī)定運(yùn)動(dòng)種類、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)頻率及運(yùn)動(dòng)時(shí)間等，并提出運(yùn)動(dòng)中的注意事項(xiàng)等，以此來(lái)改善病人的身體狀態(tài)。

圖3 PNN+飽和度測(cè)井成果圖

(2)遠(yuǎn)源距伽馬探測(cè)器。低能(<2 MeV)活化Al、Si等;高能(>2 MeV)活化氧。

(3)計(jì)算比率。近/遠(yuǎn)低能伽馬比值RATGNFL(用來(lái)計(jì)算孔隙度類比密度孔隙度);近源距低能/高能伽馬比值RATGN;遠(yuǎn)源距低能/高能伽馬比值RATGF(主要為地層的活化反應(yīng))。

圖4 Σ—RATGN交會(huì)圖 圖5 RATGN—φ交會(huì)圖

(4)水層/淡水水淹層。含氧量高,高能伽馬射線的計(jì)數(shù)率高,低能/高能的比值小,與俘獲截面曲線無(wú)包絡(luò)面積。

(5)油層。含氧量低,高能自然伽馬射線的計(jì)數(shù)率低,低能/高能的比值大,與俘獲截面曲線包絡(luò)面積大。

2.4 定量計(jì)算

PNN+解釋是基于PNN+處理的比率曲線和通過(guò)交會(huì)圖(模擬碳/氧比率曲線)顯示的綠色包絡(luò)低氧活化區(qū),初步認(rèn)為其為含油氣飽和度較高的層位。

PNN+的解釋基于一些假設(shè):所有的井眼效應(yīng)都被去除,如果存在,也應(yīng)該是一個(gè)常數(shù);儲(chǔ)層巖性相對(duì)穩(wěn)定,因此,巖性氧活化的作用相對(duì)穩(wěn)定;測(cè)速相對(duì)穩(wěn)定。

PNN+解釋軟件主要提供Σ—RATGN交會(huì)圖法、RATGN—φ交會(huì)圖法2種解釋模型。

(1)Σ—RATGN交會(huì)圖法。橫坐標(biāo)為Σ,縱坐標(biāo)為RATGN(低能/高能比值),顏色深淺代表常規(guī)PNN計(jì)算的含水飽和度大小,水、油的Σ值在常規(guī)PNN解釋中確定。圈內(nèi)數(shù)據(jù),Σ低值,計(jì)算含水飽和度較低。但是根據(jù)RATGN分析,該層含水飽和度較高,解釋為淡水水淹(見(jiàn)圖4)。

(2)RATGN—φ交會(huì)圖法。橫坐標(biāo)為RATGN(低能/高能比值),縱坐標(biāo)為φ(有效孔隙度),該交會(huì)圖類似于常規(guī)PNN定量解釋交會(huì)圖,需要確定水、油、骨架、泥質(zhì)的RATGN值(見(jiàn)圖5)。

圖6 A井PNN+飽和度測(cè)井成果圖

3 應(yīng)用效果分析

3.1 清污交替混合注入油藏復(fù)雜水淹層識(shí)別

在復(fù)雜多變的非均質(zhì)儲(chǔ)層中進(jìn)行水淹層測(cè)井的解釋和剩余油的評(píng)價(jià),是地質(zhì)工程師和油藏工程師在注水開(kāi)發(fā)油田中后期最為關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。因此在注水油田開(kāi)發(fā)的中后期,進(jìn)行剩余油研究的首要任務(wù)是進(jìn)行水淹層評(píng)價(jià)。

青海多數(shù)油田處于中高含水期,存在淡水水淹、水驅(qū)動(dòng)用程度較低、剩余油高度分散等現(xiàn)象,尤其躍進(jìn)二號(hào)油田斷層分布復(fù)雜,其儲(chǔ)層薄、多、散、雜,加之注水以及邊水作用,剩余油分布更趨復(fù)雜。單一測(cè)井資料難以準(zhǔn)確識(shí)別水淹層,如PNN測(cè)井因?yàn)榈挺仓翟谒蛯右渤尸F(xiàn)低值。

A井為躍進(jìn)二號(hào)油田一口采油井(見(jiàn)圖6),2018年1月進(jìn)行PNN+飽和度測(cè)井,該井測(cè)前高含水(98.21%),擬層調(diào)補(bǔ)孔。PNN+飽和度測(cè)井資料分析,擬射孔層:Ⅰ-4+5+6小層中部物性最好的部位中水淹,俘獲截面相對(duì)偏高,近、遠(yuǎn)源距低能比高能曲線“偏右”,與俘獲截面曲線疊合面積小,鄰近水井注入剖面為Ⅰ-6小層主吸,建議不補(bǔ)孔該層,補(bǔ)孔Ⅰ-7、13這2個(gè)低水淹層。4個(gè)已射孔層俘獲截面曲線均反向,近、遠(yuǎn)源距低能比高能比值均為低值,判斷已全部高水淹,建議封堵。實(shí)際措施:封堵4個(gè)已射孔高水淹層;補(bǔ)孔Ⅰ-7、13這2個(gè)低水淹層。措施后,初期日產(chǎn)油6.23 t,含水17.6%,目前日產(chǎn)油2.74 t,含水24.02%。效果較好,與解釋結(jié)論相符,措施后半年累計(jì)增油753 t,效果明顯。

3.2 低礦化度地區(qū)底水抬升程度以及剩余油分布

柴達(dá)木盆地的昆北油田為辮狀河三角洲平原與前緣沉積環(huán)境,砂體厚度大,儲(chǔ)層巖性粒度較粗,主要為礫狀中—粗砂巖、不等粒砂巖、砂礫巖、細(xì)礫巖?？紫抖?%～11%,滲透率(0.1～2)×10-3μm2[10]。油田礦化度較低,一般低于50 000 mg/L,由于儲(chǔ)層中氯離子含量低,油、水層俘獲截面均為低值(16 c.u.以下),不易區(qū)分,使得采用俘獲模式進(jìn)行油、水層以及水淹狀況識(shí)別的準(zhǔn)確性大大降低。

昆北切六E31油藏3口井的測(cè)井應(yīng)用情況顯示,通過(guò)近、遠(yuǎn)源距低比高能曲線與俘獲截面曲線疊合后的包絡(luò)面積分析,較好地識(shí)別了由于底水的錐進(jìn)而造成的不同級(jí)別水淹狀況,為落實(shí)該油藏主力層、次非主力層剩余油分布和動(dòng)用情況提供了依據(jù),改變了僅依靠俘獲截面曲線不能區(qū)分開(kāi)油、水層的難題。B井為昆北切六E31油藏采油井(見(jiàn)圖7),2018年3月進(jìn)行PNN+飽和度測(cè)井,該井測(cè)井前主要開(kāi)發(fā)Ⅱ油組,主力層Ⅰ-12小層未生產(chǎn)。PNN+飽和度測(cè)井資料分析,Ⅰ-12小層氧含量中高,近、遠(yuǎn)源距低比高能曲線與俘獲截面曲線疊合后有包絡(luò)面積,有剩余油顯示,中下部剩余油略高于頂部;次非主力層Ⅰ-13小層氧含量中高,近、遠(yuǎn)源距低比高能曲線與俘獲截面曲線疊合后有一定的包絡(luò)面積,有剩余油顯示,含油性相對(duì)較好。實(shí)際措施:2018年4月3日封堵補(bǔ)孔,封堵射孔層Ⅱ-7、8、11;補(bǔ)孔Ⅰ-13(1 762.0～1 764.0 m)。措施后4月13日開(kāi)始起抽,初期日產(chǎn)液5.74 t,日產(chǎn)油5.54 t,含水3.46%;7月日產(chǎn)液4.71 t,日產(chǎn)油4.33 t,含水8.12%,3個(gè)月累計(jì)增油475 t,效果明顯。

圖7 B井PNN+飽和度測(cè)井成果圖

4 結(jié) 論

(1)PNN+飽和度測(cè)井通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層氧元素含量變化的探測(cè)并結(jié)合俘獲截面曲線來(lái)綜合判斷水淹狀況,對(duì)油田淡水水淹、混合水復(fù)雜水淹層的準(zhǔn)確識(shí)別具有獨(dú)到優(yōu)勢(shì),是進(jìn)行套管井剩余油飽和度測(cè)井的理想測(cè)井技術(shù)。

(2)通過(guò)8井次現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果評(píng)價(jià),PNN+飽和度測(cè)井不僅能進(jìn)行常規(guī)條件下的飽和度測(cè)井,而且可以滿足復(fù)雜地層條件下的飽和度測(cè)井,在低礦化度地區(qū)飽和度測(cè)井具有明顯的的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

(3)PNN+飽和度測(cè)井氧元素含量獲取受地層高伽馬影響較大,在該類井飽和度測(cè)井中解釋符合率和解釋精度有所降低。