補償中子測井套管井影響校正方法

何彪, 吳寒, 林巖棟, 孫佩, 唐宇, 蔡成定

(中國石油集團測井有限公司, 陜西 西安 710077)

0 引 言

一些老井和安全因素限制的井,放射性測井資料可能缺失。如果能夠有效實現(xiàn)套后測井,就可以彌補資料缺失。套管井補償中子測井,國外一些著名測井公司如斯倫貝謝、哈里伯頓公司的測井平臺系列中均有配置[1-2]。過套管補償中子測井的一個重要應(yīng)用是與套管密度測量結(jié)合,確定氣層。近些年,過套管補償中子測井在中國也有應(yīng)用,王貴清等[3]通過套管井與裸眼井相關(guān)分析,建立套管井孔隙度轉(zhuǎn)換成裸眼井孔隙度的方法。某些技術(shù)領(lǐng)先的公司的套管井測量通過校正圖版,對套管和水泥進行校正,能直接給出測量孔隙度工程值[4-5]。

過套管補償中子測井要實現(xiàn)地層孔隙度值的直接輸出,需要確定套管及固井水泥對測井的影響。與裸眼井環(huán)境相比,套管井中套管和固井水泥替代了原來井眼空間的部分泥漿。依靠實驗的研究方法確定套管及水泥對補償中子測井的影響,耗費人力、物力,甚至有些環(huán)境條件難以實現(xiàn)。本文在裸眼井補償中子測井影響因素研究的基礎(chǔ)上,進一步建立補償中子套管測井影響因素(水泥環(huán)、套管厚度)的數(shù)值模擬計算模型。通過模型對套管井補償中子測井影響因素進行校正,直接得出過套管補償中子孔隙度測量值。

1 數(shù)值模擬模型建立

針對EILog補償中子測井儀器,建立了MCNP程序的數(shù)值模擬研究模型。圖1是依據(jù)實際儀器和刻度井建立的計算模型。中子源是Am-Be同位素中子源,探測器是3He管熱中子探測器。地層模型是中國石油集團測井有限公司刻度中心的中子刻度模型井。裸眼井井眼20 cm,井眼中充滿淡水。地層直徑150 cm,地層厚度150 cm,滿足無限空間要求。地層巖性為灰?guī)r條件。模擬計算設(shè)計條件時孔隙度、井徑、套管及水泥厚度可以變換。

圖1 補償中子測井數(shù)值模擬模型圖

2 模型檢驗及校正圖版制作

2.1 模型檢驗

初步建立的幾何模型其源距、探測器尺寸等是依據(jù)儀器的機械設(shè)計確定的。但是,同位素源的有效活面、探測器的有效區(qū)域等對計算結(jié)果產(chǎn)生重要影響,需要將計算結(jié)果與實際測量結(jié)果進行比較后,對模型參數(shù)進行反復(fù)校正[6]。圖2是按照最終確定的幾何模型,對照儀器在石灰?guī)r系列孔隙度模型井的刻度過程,模擬計算補償中子測井近、遠探測器計數(shù)比R和孔隙度響應(yīng)關(guān)系與實際測量結(jié)果的對比圖。圖2中橫坐標是孔隙度值,縱坐標是近、遠探測器計數(shù)的比值。從圖2中可以看出,在測井常見孔隙度0～50 p.u.范圍內(nèi),模擬值與實際測量孔隙度值的的差異最大差異小于1 p.u.,表明數(shù)值模擬的方法精度高,可以滿足定量模擬研究的需要。

圖2 補償中子測井刻度響應(yīng)關(guān)系模擬與實測結(jié)果對比

2.2 校正圖版制作

依據(jù)實驗檢驗確定的最終模型計算套管和水泥條件下影響因素圖版。圖3為套管井補償中子測井影響校正的相關(guān)校正圖版。圖3(a)、(b)和(c)分別是井徑校正、套管厚度和水泥厚度校正圖版。圖3中的紅線是校正的基準線,測量值按照計算圖版平移到基準線后與測量值的差異(豎直藍線間隔)為校正量。首先作井徑校正,然后作套管厚度和水泥厚度校正。測量視孔隙度25 p.u.,井眼直徑25 cm(裸眼值),套管厚度0.762 cm,水泥厚度3.81 cm。井徑、套管厚度、水泥厚度3項校正的校正值分別是-1.35、-0.64、-1.17。校正后的孔隙度φ校=25-1.35-0.64-1.17=21.84 p.u.。套管井補償中子經(jīng)過井徑、套管厚度、水泥厚度校正后,其他校正項,如巖性、泥漿、礦化度等影響因素與裸眼井補償中子校正一樣,可根據(jù)需要進行選擇。

圖3 補償中子套管校正圖版*非法定計量單位,1 in=25.4 mm,下同

3 現(xiàn)場測井應(yīng)用

圖4是在長慶油田陜×井的套管井與裸眼井補償中子測井曲線對比。該井20多年前完井。圖4中第3道紅線是裸眼井測井曲線,藍線是套管井中測量的孔隙度的原始曲線,綠線是經(jīng)過井徑、水泥及套管3項校正后的校正曲線。圖4中,盡管一些地方水泥較厚,套后聲幅測井(圖中第4道黑線)顯示膠結(jié)質(zhì)量不好,校正后曲線與裸眼井曲線十分接近。將校正后補償中子曲線與裸眼井補償中子曲線進行交會分析(見圖5),兩者間相關(guān)性R2=91.37%,說明校正效果良好,且受膠結(jié)質(zhì)量影響較小。

圖4 陜×井套管井與裸眼井補償中子測井曲線對比

圖5 補償中子套管井測量值與裸眼井測量值交會圖

井徑及間隙的影響按影響因素劃分為井眼流體的影響。校正圖版(見圖3)相對于井徑變化的影響,套管厚度及水泥厚度的影響要小。井眼不規(guī)則使測井儀器難以保證與井壁的良好貼合,會產(chǎn)生測井間隙的影響,其影響大致每厘米1個孔隙度單位[7]。目前的裸眼井測井間隙是估算值,不能準確確定。補償中子套管井測量井壁規(guī)則光滑,基本不存在間隙影響。對比孔隙度測井系列的其他2種方法——聲波和密度測井方法,套后聲波孔隙度測井按照原理分析受到膠結(jié)質(zhì)量的影響比較大,測量值難以定量。套后密度測井受套管、水泥影響較大,尤其是水泥厚度較厚時,目前沒有較好的解決方法[5]。

圖4中曲線校正后個別層段(×980～×995 m)孔隙度與裸眼井孔隙度還有較大差距,分析原因可能有3個方面。

(1) 井徑校正值、水泥厚度值不準確對中子孔隙度補償值產(chǎn)生的影響。在套管井校正計算中,井徑及水泥的厚度值按照裸眼井的井徑值與套管外徑的差值確定。井眼不規(guī)則致使裸眼井井徑測量有方向差異。

(2) 不同刻度體系的補償中子儀器在測量同一地層,自身有一定差異。

(3) 在固井水泥空間中有空氣或是水填充的空洞,對中子孔隙度補償值確定有較大影響。

4 結(jié) 論

(1) 使用經(jīng)過實驗校正建模參數(shù)的蒙特卡羅數(shù)值模擬模型,定量研究了補償中子測井井眼環(huán)境影響的校正方法。在井眼尺寸校正的基礎(chǔ)上,通過增加套管厚度、水泥厚度的影響校正,得到了與裸眼井測井精度相當?shù)目紫抖冉忉尳Y(jié)果。

(2) 套管井補償中子測井沒有間隙的影響,井眼流體液環(huán)境影響明顯減小。在固井環(huán)境較好的井況,套后孔隙度的測量精度甚至?xí)糜诼阊劬疁y井。

(3) 過套管補償中子孔隙度測井與聲波、密度測井比較,受套管、水泥的影響較小,有其自身的優(yōu)越性。

參考文獻:

[1] Halliburton Energy Services. Log Interpretation Charts [Z]. 2000.

[2] Schlumberger Log Interpretation Charts [Z]. 2013.

[3] 王貴清, 張學(xué)成. 用套管補償中子模擬裸眼補償中子的方法研究 [J]. 國外測井技術(shù), 2007, 22(5): 42-44.

[4] 羅利, 孟英峰, 劉向君, 等. 套管井中子測井校正方法研究 [J]. 西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2008, 30(3): 58-61.

[5] ELLIS D V, SINGER J M. Well Logging for Earth Scientists [M]. Holland: Springer, 2007.

[6] 邱益香, 夏凌志, 彭琥, 等. 補償中子測井MCNP程序模型的基準檢測研究 [J]. 測井技術(shù), 2004, 28(6): 471-477.

[7] 中國石油集團測井有限公司. EILog快速與成像測井系統(tǒng)環(huán)境校正及解釋圖版 [Z]. 2010.