元素俘獲測(cè)井在綏中36-1油田的應(yīng)用

任 宏，李 欣，穆貴鵬，郭喜佳

（中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司，天津 300452）

元素俘獲測(cè)井在綏中36-1油田的應(yīng)用

任 宏，李 欣，穆貴鵬，郭喜佳

（中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司，天津 300452）

由于井眼條件、鉆井液等因素的影響，利用常規(guī)測(cè)井資料處理得到的巖性剖面會(huì)存在一定偏差，造成儲(chǔ)層孔隙度計(jì)算不精確甚至流體性質(zhì)判別失誤。元素俘獲測(cè)井（ECS）是斯倫貝謝公司研發(fā)的新一代測(cè)量地層元素的測(cè)井技術(shù)，利用其資料確定黏土含量及類(lèi)型從而獲得精確的巖性剖面，結(jié)合常規(guī)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)可以準(zhǔn)確計(jì)算地層孔隙度，提高測(cè)井解釋的符合率。介紹了ECS測(cè)井原理及其儀器參數(shù)，通過(guò)在綏中36-1油田的應(yīng)用，闡述ECS的測(cè)井優(yōu)勢(shì)，對(duì)該技術(shù)的推廣應(yīng)用有著重要意義。

元素俘獲測(cè)井；黏土含量；能譜；巖性識(shí)別；地層元素

由多種礦物構(gòu)成的復(fù)雜巖性地層在對(duì)其進(jìn)行巖性識(shí)別和地層評(píng)價(jià)時(shí)還存在許多困難，這主要是因?yàn)闃?gòu)成元素的種類(lèi)比較復(fù)雜，同時(shí)測(cè)量各種元素相對(duì)困難。地層中的元素約有100多種，研究表明各種元素含量的分布極不均勻，其中前9種元素含量占地殼元素總量的98.13%，因此只要精確測(cè)量到這些元素的含量，便完全可以鑒別地層主要礦物含量。當(dāng)?shù)V物的化學(xué)成分比較穩(wěn)定時(shí)，礦物中元素含量的百分比基本保持不變，元素俘獲測(cè)井（ECS）正是基于這一地質(zhì)基礎(chǔ)，通過(guò)獲取元素含量，經(jīng)過(guò)一定的技術(shù)手段處理將元素含量轉(zhuǎn)換成礦物含量從而為測(cè)井巖性評(píng)價(jià)提供豐富的內(nèi)容，以滿(mǎn)足地層評(píng)價(jià)的需要。

1 ECS測(cè)井原理

中子源向地層發(fā)射4 MeV的快中子與原子核碰撞被原子核吸收形成復(fù)合核，而后放出一能量較低的中子，原子核仍處于激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的核常以發(fā)射γ射線(xiàn)的方式釋放出激發(fā)能而回到基態(tài),由此產(chǎn)生非彈性散射γ射線(xiàn)。ECS測(cè)量這些非彈性散射γ射線(xiàn)，它們?cè)贓CS信號(hào)中占15%?？熘凶咏?jīng)過(guò)一系列非彈性及彈性碰撞后，能量逐漸減小，當(dāng)中子能量降至與組成地層的原子處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，中子不再減速而變?yōu)闊嶂凶印Ｔ雍朔@熱中子后變成高能態(tài)復(fù)合核，放出γ射線(xiàn)后回到基態(tài)。這些γ射線(xiàn)的數(shù)量和能量取決于特定的核，每一種核均有與眾不同的俘獲γ射線(xiàn)特征譜。通過(guò)測(cè)量這些γ射線(xiàn)可以獲得有關(guān)原子核的信息，從而使我們了解這些相關(guān)物質(zhì)的元素組成，這些γ射線(xiàn)在ECS信號(hào)中占85%。ECS測(cè)井可以得出H、Cl、Si、Ca、S、K、Fe、Ti和Gd等元素的相對(duì)產(chǎn)額，有了元素的相對(duì)產(chǎn)額，通過(guò)特定的氧化物閉合模型就能得到這些元素的百分含量，對(duì)于未測(cè)量的Al、Mg、Na等元素通過(guò)閉合標(biāo)準(zhǔn)化將它們和測(cè)量到的元素聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)而由各種元素的豐度或濃度得到黏土礦物、鈣質(zhì)、石英、長(zhǎng)石、云母以及菱鐵礦、黃鐵礦的含量。ECS測(cè)井資料通過(guò)解譜處理，可以為用戶(hù)提供22種元素的含量，但在實(shí)際測(cè)井中提供給用戶(hù)的是Al、Si、Ca、Te、S、Ti、Gd這7種元素的含量[1,2]。

2 ECS儀器結(jié)構(gòu)及作業(yè)要求

2.1 ECS儀器結(jié)構(gòu)

ECS 測(cè)井儀器由Am-Be中子源、BGO晶體探測(cè)器、光電倍增管、高壓放大電子線(xiàn)路4部分構(gòu)成（圖1），ECS既可在裸眼井中測(cè)量，也可在套管井中測(cè)量，測(cè)井不受泥漿密度、流體類(lèi)型和井眼狀況影響。Am-Be中子源向地層發(fā)射4 MeV的快中子，誘發(fā)地層發(fā)生非彈性散射和熱中子俘獲效應(yīng)。BGO晶體探頭密度比較高，可以增強(qiáng)探測(cè)伽馬射線(xiàn)的靈敏度[3]。ECS儀器參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2 作業(yè)要求

（1）ECS必須使用偏簧進(jìn)行偏心測(cè)量，以最大化地層信號(hào)。若泥漿礦化度很高，偏簧必須在ECS的上部和下部均放置。在大井眼、高礦化度井，ECS的測(cè)井速度必須降低到274 m/h以下甚至更低，以確保測(cè)量具有足夠的統(tǒng)計(jì)精度[4]。

圖1 ECS儀器構(gòu)造圖

（2）ECS儀器要始終用CO2冷卻，因?yàn)锽GO探頭的能譜分辨率隨溫度的升高而下降。這一步驟在長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)或高溫井中非常重要。

（3）在套管井中測(cè)量時(shí)，必須開(kāi)啟儀器的實(shí)時(shí)套管校正，同時(shí)ECS的測(cè)井速度必須降到274 m /h以下甚至更低。

（4）GR測(cè)量?jī)x必須在ECS之上，上提測(cè)量時(shí)防止中子激發(fā)地層對(duì)GR測(cè)量造成影響。

3 ECS資料應(yīng)用效果分析

地層劃分一直是測(cè)井工作的首要任務(wù)，而要準(zhǔn)確的劃分層位、搞清地層的巖性是必不可少的。ECS探測(cè)的是地層元素的含量，通過(guò)氧化物閉合模型和綜合處理解釋可定量得到如下礦物含量：① 硅酸鹽巖中有石英、燧石、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石；② 碳酸鹽巖中有方解石、白云石、鐵白云石、文石、菱鐵礦、鎂菱鐵礦、菱鎂礦和高鎂方解石；③ 黏土巖中有伊利石、蒙脫石、高嶺石、綠泥石和海綠石；④ 其他礦物有白云母、黑云母、黃鐵礦、蛋白石、石膏、硬石膏、重晶石、赤鐵礦、天青石和螢石。圖2是綏中36-1油田M井1 348.0～1 367.0 m井段ECS成果圖（ECS成果圖的圖頭說(shuō)明見(jiàn)表2），從圖中可以看出該井段為砂泥巖剖面，從所測(cè)地層元素含量及綜合處理解釋來(lái)看，黏土含量主要以伊/蒙混層為主，其次是高嶺石，綠泥石和海綠石含量較少。

表1 ECS測(cè)井儀器參數(shù)

圖2 SZ36-1-M井ECS成果圖

由于ECS能定量確定地層中的黏土體積，因此它能準(zhǔn)確確定骨架密度，這對(duì)準(zhǔn)確計(jì)算孔隙度有十分重要的意義。常規(guī)測(cè)井方法確定孔隙度時(shí)所用的巖石密度值是不變的，實(shí)際上骨架密度值隨著礦物成分的不同而不同，利用ECS資料求取巖石骨架密度ρ的關(guān)系式如下：

式中：ρi— 第i種礦物密度；

Mi— 第i種礦物含量ECS可以獲取地層元素和礦物含量，根據(jù)這些元素和礦物的含量可以獲得較準(zhǔn)確的泥質(zhì)含量和骨架密度。圖3是該井段常規(guī)測(cè)井與結(jié)合ECS資料解釋結(jié)果的對(duì)比圖。通過(guò)圖3可以看出結(jié)合ECS資料算出的孔隙度和飽和度更加符合實(shí)際情況；地層滲透率取決于顆粒大小、分選度和孔隙度，

黏土含量相同類(lèi)型不同時(shí)滲透率也有很大的差異，而常規(guī)測(cè)井只考慮黏土含量不能確定黏土類(lèi)型，因此利用ECS提供黏土礦物含量及類(lèi)型能很好的估算地層滲透率。綜上所述ECS對(duì)評(píng)價(jià)油氣層有重要的意義。

表2 ECS成果圖圖頭說(shuō)明

圖4為N井1 360.0～1 570.0 m ECS成果圖，從巖性圖可以看出該層段為花崗巖剖面，其中DWNA、DWK、DWMG分別為鈉、鉀、鎂元素的干重量，整體上硅元素含量相對(duì)穩(wěn)定，其干重量大于0.3 kgf/kgf ，鐵含量低，其干重量小于0.03 kgf/kgf。通過(guò)ECS特定計(jì)算模型得出石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～40%（平均28.7%）、鉀長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～25%（平均8%）、斜長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～80%（平均44.7%）、黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于15%（平均6.1%）和暗色礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～45%（平均12.2%），見(jiàn)圖5。在巖性較復(fù)雜的花崗巖中，ECS能更準(zhǔn)確的確定礦物類(lèi)型及含量，結(jié)合常規(guī)資料能更有效的確定裂縫類(lèi)型及其填充物、孔隙、含油性及滲透率等儲(chǔ)層參數(shù)。

圖3 常規(guī)解釋?zhuān)ㄗ螅┡c結(jié)合ECS測(cè)井資料的解釋成果（右）對(duì)比圖

圖4 SZ36-1-N井ECS成果圖

圖5 礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)

4 結(jié)論

由于ECS能確定黏土礦物類(lèi)型，利用其資料對(duì)沉積環(huán)境的識(shí)別有重要的參考意義，陸相沉積地層區(qū)別于海相沉積地層的關(guān)鍵是含有較高的黏土礦物，如高嶺石、蒙脫石等，而海相沉積地層含有較高的伊利石。

ECS作為一種新型的測(cè)井技術(shù)，基本測(cè)出了巖石骨架的全部成分，該測(cè)井方法提供了一種不受流體影響的判斷巖性的手段，結(jié)合常規(guī)測(cè)井資料能得到更為準(zhǔn)確的泥質(zhì)含量、孔隙度、滲透率等參數(shù)，尤其在復(fù)雜巖性中表現(xiàn)的更為突出，為儲(chǔ)層改造、開(kāi)發(fā)措施的確定和對(duì)地下儲(chǔ)層特征的正確認(rèn)識(shí)提供可靠的資料。

[1] 劉緒剛．新一代元素俘獲譜測(cè)井儀及其應(yīng)用[J]．國(guó)外測(cè)井技術(shù)，2004，19（1）：26- 30．

[2] 錢(qián)建設(shè)，李惠．斯倫貝謝最新測(cè)井儀概況[J]．國(guó)外測(cè)井技術(shù)，2001，16（4）：45-47．

[3] Hertzog R. Geochemical logging with spectrometry tools[J]. SPE Formation Evaluation, 1989, 4(2): 153-162.

[4] 李軍，田蔥蔥．元素俘獲測(cè)井技術(shù)（ECS）在尕斯E32油藏的應(yīng)用[J].青海石油，2006，24（3）：26-29．

本刊加入相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的聲明

Application of Elemental Capture Spectroscopy to Suizhong 36-1 Oil Field

REN Hong, LI Xin, MU Guipeng, GUO Xijia

（CNOOC Energy Technology & Services Ltd. Supervision & Technology Co., Tianjin 300452, China）

Infuenced by many factors, such as borehole condition and drilling fuids, the lithological profle obtained by the conventional logs will be in disagreement with the actual, resulting in poor accuracy in calculation results of reservoir porosity, and even failure in fuid property identifcation．ECS(Elemental Capture Spectroscopy) is a new well-logging technology developed by Schlumberger used for obtaining the formation elements, which can obtain accurate clay contents and clay types, obtaining better lithology profle. Besides, the ECS can be used to calculate the porosity accurately, improving the coincidence rate in logging data interpretation by combining with compensated density and compensated neutron log. In this paper, the principle and instrument parameters of ECS are introduced, and the advantage of ECS is described. Through application in SZ36-1 oil feld, it has proved that ECS is very successful in logging data interpretation, and signifcant in application.

ECS; clay concentration; spectroscopy; lithologic identifcation; formation elements

P631.8

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2013.04.070

國(guó)信息化建設(shè)，擴(kuò)大本刊及作者知識(shí)信息交流渠道，本刊已許可《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊

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《海洋石油》編輯部

2013年12月

1008-2336（2013）04-0070-05

2013-06-19；改回日期：2013-09-04

任宏，男，1984年生，工程師，從事測(cè)井監(jiān)督工作。E-mail：renhong2@cnooc.com.cn。