一種基于環(huán)空流體影響的碳氧比測井剩余油飽和度校正方法

樂 彪，郭海敏

(1. 長江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，湖北 武漢 430100；2. 長江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢 430100)

0 前 言

碳氧比測井(Reservior Performance Monitor,RPM，即儲層性能監(jiān)測儀，是西方公司生產(chǎn)的多功能脈沖中子測井)是將高能快中子射入地層之后，與地層中元素的原子核發(fā)生非彈性散射，對于不同元素的原子核來說，其非彈性散射伽馬射線的能量不一樣。因此可對地層中的非彈性散射伽馬射線進行能量和強度分析(即能譜分析)，通過碳氧比能譜測井可以求出地層中碳氧相對含量比例，以此來計算地層的剩余油飽和度情況，該方法的主要特點是不受礦化度的影響，在各個油田區(qū)域取得了良好的效果。但是針對海上的復(fù)雜管柱情況，測量的碳氧比曲線會受到管柱中的環(huán)空流體影響，導(dǎo)致計算結(jié)果出現(xiàn)很大偏差，并且這種情況非常普遍，給解釋過程帶了來很大的麻煩。原先對這種影響采用的是分段解釋處理，但由于環(huán)空流體影響問題非常普遍，使用人工分段處理工作量較大，為此我們通過理論的分析和文獻的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)碳氫比曲線受管柱中的環(huán)空流體影響小，而對碳氧比值影響較大，二者在地層流體由水變?yōu)橛蜁r的靈敏度存在差異這一性質(zhì)，提出了通過碳氫比曲線對碳氧比曲線進行校正的方法，已交會圖、數(shù)據(jù)表格的形式進行對比分析，校正驗證理論的有效性和可行性。王振信等[1]提出了碳氫比測井技術(shù)，并進行了多年的研究與應(yīng)用。謝佳析等[2-3]先后發(fā)表了碳氫比測井應(yīng)用和研究論文。

為了證明方法的使用性采用實例井的形式，將校正后的碳氧比曲線所計算的含水飽和度曲線與實際未開采層段的含水飽和度進行對比，驗證方法的有效性。

1 環(huán)空流體形成機理

圖1為環(huán)空流體形成機理。當進行碳氧比測井時需對目標井進行關(guān)井48 h處理，目的就是讓井筒內(nèi)的流體穩(wěn)定，不會因為流體的運移對儀器測量值造成影響，這樣使得原本在井柱內(nèi)的流體會發(fā)生分異作用，油水會發(fā)生分層作用，油會更多的集中在管柱的上部，而水則在下部。

圖1 環(huán)空流體示意

我們知道石油中主要含碳元素和氫元素，水中主要含氧元素和氫元素，為了確定油層、水層和油水含量，在碳氧比測井中，分別選取碳和氧元素為油和水的指示元素，這是從核物理和地質(zhì)兩方面來考慮問題的。由于碳氧比測井是測量的碳、氧元素的含量[4]，在油含量較多的地層，碳氧比曲線值會偏大，反之，碳氧比值偏小。因此在存在環(huán)空流體層段，在環(huán)空流體是油的情況下，儀器測量的碳元素含量偏高導(dǎo)致碳氧比值會出現(xiàn)較大幅度的增大現(xiàn)象，如圖2為某海上油田A井碳氧比測井成果圖，SAVGCO曲線為碳氧比曲線，可以明顯的發(fā)現(xiàn)曲線上部的數(shù)值有異常增大的現(xiàn)象并且很穩(wěn)定，這個是環(huán)空油在管柱上部所造成的影響，CH曲線為碳氫比曲線，二者從曲線形態(tài)上可以發(fā)現(xiàn)有較好的線性關(guān)系。

圖2 環(huán)空流體對碳氧比值的影響

這種情況對實際解釋帶了較大的影響，使得測量的碳氧比曲線不能正確反映地層中的實際情況，最終導(dǎo)致解釋結(jié)果出現(xiàn)了較大的偏差，因此需要對此現(xiàn)象進行校正處理。

2 校正方法研究

我們知道在地層中的流體是由水和油氣組成，然而油氣屬碳氫化合物，水的組成元素為氫和氧，從地質(zhì)角度來看地層中的純砂巖骨架本身并不含碳、氫元素，這樣氫元素基本上來源于油氣和水，而碳元素則來源于油氣。若采用碳氫原子密度比來測量流體，當含油飽和度一定時，無論孔隙度如何變化，其碳氫含量比值將保持基本不變。當含油飽和度降低時，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)[5]，其碳氫含量比值也將降低。

儀器測量的碳氧比值：

(1)

儀器測量的碳氫比值：

(2)

圖3為碳氧比值與孔隙度的關(guān)系圖版，當孔隙流體飽含油時，C/O值是隨孔隙度的增大而增大的，而飽含水時會變小。

圖3 碳氧比與孔隙度響應(yīng)

圖4為碳氫比與孔隙度的關(guān)系圖版，當孔隙流體飽含油時，C/H隨孔隙度的增大變化并不大，但飽含水時是隨孔隙度的增大而減小。

圖4 碳氫比與孔隙度響應(yīng)

圖5為二者在純油的情況下對井眼流體靈敏度的一個響應(yīng)圖，可以看出C/O值對純油情況下的響應(yīng)比較明顯，而C/H值響應(yīng)不明顯。

圖5 計數(shù)差值對井眼流體的靈敏度

在巖性穩(wěn)定的條件下，碳氫比主要受流體的影響，由于油、水中H元素含量相近，因此當探測范圍中的流體由水變?yōu)橛蜁r，C/O的流體靈敏度應(yīng)大于C/H，提出利用二者的靈敏度差異反映井眼環(huán)空持率的變化。

(3)

式中SCOmax和SCOmin分別為碳氧比曲線的最大值和最小值，SCHmax、SCHmin分別為碳氫比曲線的最大值和最小值，△S為二者的靈敏度差異值，由上式推導(dǎo)可得出：

(4)

由圖5我們可以發(fā)現(xiàn)二者的靈敏度差異△S基本為一個定值，而式中SCOmax、SCOmin、SCHmax、SCHmin為常數(shù)項，則根據(jù)上式可簡化為C/O和C/H曲線存在函數(shù)關(guān)系：Y=aX+b。那么針對沒有受環(huán)空流體影響層段存在如下關(guān)系：

(5)

通過最小二乘法[6]解超定方程組得到最優(yōu)解的a和b的值,再代入到CO和CH的關(guān)系式中對存在環(huán)空流體影響的層段進行校正處理得到一條新的碳氧比曲線，最后再用校正后的碳氧比曲線進行含水飽和度的計算[7]，得到符合實際地層信息的結(jié)果。

3 校正實例及效果分析

將本文的環(huán)空流體校正方法掛接到解釋軟件上后進行校正處理及解釋。圖6為某海上油田A井環(huán)空流體校正后的解釋成果圖。圖中，SGFC為地層宏觀俘獲截面曲線，GR為自然伽馬曲線，CCL為磁定位曲線，RILD、RILM和RFOC分別為深、中、淺電阻率曲線，CO1j為儀器短源距第J次測量得到的C/O曲線，SAVGCO為多趟測量C/O曲線的平均值；同理，SAVGSC為多趟Si/Ca曲線的平均值；SW為裸眼井測量的含水飽和度曲線，SWCO為運用校正前的C/O曲線計算的含水飽和度；CCO為經(jīng)過環(huán)空流體校正后的碳氧比曲線；SWCO1為經(jīng)過校正后的碳氧比曲線計算的含水飽和度曲線；VCL為泥質(zhì)含量曲線，PORE為孔隙度曲線。圖中碳氧比曲線的異常尖峰是由于管柱結(jié)構(gòu)(套管接箍、封隔器、滑套等)引起的。從圖6中可以看出，做環(huán)空流體校正前受影響層段的含水飽和度值解釋為純油地層(SWCO曲線上部)，與實際裸眼差別較大，經(jīng)過環(huán)空流體校正后計算的含水飽和度曲線與裸眼井含水飽和度曲線對比，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過校正后的計算結(jié)果更符合實際情況，該井上部未射孔，計算結(jié)果與裸眼相一致，說明解釋結(jié)果準確。

圖6 解釋成果圖

4 結(jié) 論

1)碳氧比測井中的碳氧比曲線經(jīng)過環(huán)空流體校正后，由于管柱中的流體影響被剔除，求得的剩余油含水飽和度接近實際地層情況，求準了開采后儲層的剩余油含水飽和度。

2)因為環(huán)空流體的存在，通常解釋處理都為分段處理，工作量大且不太理想；經(jīng)過環(huán)空流體校正后，解釋處理過程更簡便，結(jié)果較合理，為環(huán)空流體校正提供了一種新思路。

3)碳氧比測井解釋經(jīng)環(huán)空流體校正處理后，有利于正確判斷油水層。

參考文獻：

[1] 王振信,繆定云,劉洪亮,等.FCH地層流體飽和度測井研究[J].測井技術(shù),2002,26(6):500-505.

[2] 謝佳析,譚光天,高春光,等.碳氫比測井應(yīng)用效果分析[J].測井技術(shù), 2003,27(1)：85-88.

[3] 馬建國,任國富,周三平,等.碳氫比地層流體識別方法的實驗研究[J].測井技術(shù), 2007,31(3):221-223.

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