《套管井剩余油饱和度测井新技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《套管井剩余油饱和度测井新技术（172页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、套管井剩余油饱和度测井新技术,张 锋中国石油大学（华东）联系电话：13345069101，05468390251（小灵通）E-mail:,zhfxy_,测井技术在石油勘探开发过程中处于举足轻重的地位。目前国内注水开发的储量已占可开采储量的90%以上，受注水影响的产量已占总产量的80%，综合含水率在85%以上。多年注水后油田的地下油气层岩性、物性、含油（水）性、电、声特性都发生了较大的变化，因此新的测井方法和技术识别水淹层、确定剩余油饱和度及其分布十分迫切。,目前国内外应用饱和度测井、进行储层剩余油饱和度监测的方法主要是C/O能谱测井、热中子寿命测井和过套管电阻率测井。 套管井剩余油饱和度的测井
2、新技术主要有脉冲中子衰减-能谱测井仪(PND-S)、储层饱和度测井仪（RST）、储层监测仪（RMT）和脉冲中子中子测井仪（PNN），以及脉冲中子油藏动态监测仪（RPM）和过套管电阻率测井仪（CHFR） 。,利用C/O能谱测井和热中子寿命测井时测井基础理论、谱数据处理方法、地层的适应性及测井响应、各种因素对测井响应的影响和影响因素的校正是确定高含水储层饱和度的关键所在。,一、脉冲中子饱和度测井基础理论,快中子与地层中的靶核发生反应后，处于激发态的靶核常常以发射伽马射线的方式放出激发能而回到基态，由此产生的伽马射线称为非弹性散射伽马射线。中子的能量必须大于靶核的最低激发能级才能发生非弹性散射。同位
3、素中子源发射的中子能量低，超过阈能的中子所占的比例很小，引起非弹性散射核反应的几率小。但中子发生器发射的14Mev的中子射入地层后，在最初的10-810-7秒的时间间隔里，中子的非弹性散射占支配地位，发射的伽马射线几乎全部为非弹性散射伽马射线。,（一）中子与地层的相互作用,1.快中子非弹性散射,快中子除与原子核发生非弹性散射外，还能与某些元素的原子核发生(n,a) 、(n, p)和(n,) 核反应。其中，由快中子引起的(n, )反应截面非常小，在放射性测井中没有实际意义。而(n,a) 和(n, p)的反应截面都比较大，并且中子的能量越高反应截面越大。由这些核反应产生的新原子核，有些是放射性核素
4、，以一定的半衰期衰变，并发射或粒子。活化核裂变时放出的伽马射线称为次生活化伽马射线。,2.快中子对原子核的活化,所谓弹性散射，是指中子和原子核发生碰撞后，系统的总动能不变，中子所损失的动能全转变成反冲核的动能，而反冲核仍处于基态。弹性散射一般发生在14Mev的中子进入地层以后10-610-3秒之间。至于同位素中子源发射的中子，因其能量只有几个百万电子伏，所以其减速过程一开始就是以弹性散射为主。中子从初始能量减速为热中子（0.025MeV）所需平均碰撞次数叫热化碰撞次数。,3.快中子的弹性散射及其减速过程,快中子减速为热中子后，与物质的相互作用不再是减速,而是在地层中的扩散。热中子在介质中的扩散
5、与气体分子的扩散相类似，即从热中子密度（单位体积中的热中子数）大的区域向密度小的区域扩散，直到被介质的原子核俘获为止。描述这个过程的主要参数有：岩石的宏观俘获截面，即1厘米3的介质中所有原子核微观俘获截面的总和，单位为厘米-1。热中子寿命，即中子在岩石中从变为热中子的时刻起到被吸收的时刻止，所经过的平均时间。,4.热中子在岩石中的扩散和俘获,5.中子和伽马场的分布,中子寿命测井（NLL）也叫热中子衰减时间测井（TDT），是脉冲中子测井中最常用的一种，记录的是热中子在地层中的寿命。,（二）中子寿命测井,1.与宏观俘获截面的关系为：,若矿物骨架或孔隙流体是由一种化合物组成的，则其热中子宏观俘获截面
6、为:式中：为物质的密度，克/厘米3； M 为物质的克分子量，克/克分子； Ci 为每个分子中第i种核的个数； i为第i种原子核的热中子微观俘获截面，单位为巴（即10-24厘米2）； n为该物质的分子是由几种原子核组成的。,2.的计算,若地层孔隙流体为地层水、原油和天然气的混合物，则按其体积比可以计算值。 对于纯地层来说，其总的宏观俘获截面为当地层含有泥质时公式变为,现代的中子寿命测井仪安有两个探测器，叫双探测器或双源距寿命测井仪，测井时记录下列曲线： （1）用短源距（普通源距）探测器测量门I、门II和门III(背景值)计数率，分别记作N1、N2和N3 ； （2）用长源距探测器测量门I、门II和
7、门III计数率F1 F2和F3 （背景值）； （3）由短源距探测器计数率导出地层热中子宏观俘获截面；,3.中子寿命测井的显示方式,（4）由短源距探测器求出地层中子寿命； （5）由两个探测器测得的门I净计数率（扣除了本底的计数率）求出比值曲线：,(1)井的影响； (2)侵入带的影响； (3)地层厚度的影响； (4)背景值（本底值）的影响； (5)地层温度和压力的影响； (6)涨落误差的影响；,4.中子寿命测井的影响因素,(1)定性解释 监测油水或气水界面的移动 检查注水剖面和管外串槽先测一条中子寿命测井参考线，而后把与注水 俘获截面不同的流体压入目的层段，水被替换后再 测一次中子寿命测井，比较这
8、两条曲线就可知剖面 中的吸水层位。,5.中子寿命测井的应用,(2)定量解释 定量解释的目的，主要是确定地层的含水饱和度。 对于纯地层:对于含有泥质的地层，若孔隙中包含油水:除了用公式计算之外，还可以采用一些著作中给 出的交会图技术确定值。,（三）碳氧比能谱测井,H元素,快中子,非弹性散射伽马能谱,C/O,非弹性散射,C/O能谱测井就是利用通过14MeV的中子与地层元素原子核发生非弹性散射发出伽马射线，使用探测器记录这些伽马射线并对其进行能量和时间分析，得到地层岩性、含油饱和度及孔隙度信息的测井方法。,1.碳氧比能谱测井原理,地层主要元素原子核发生非弹性散射放出的特征伽马射线分别为： C：4.4
9、3MeV； 【油气的指示核素】 O：6.13MeV，6.92MeV，7.12MeV； 【水的指示核素】 Si：1.78MeV； 【砂岩的指示核素】 Ca：3.74MeV。 【石灰岩的指示核素】,非弹门,俘获门,0,40,100,俘获能谱,Si/Ca,50,利用非弹能谱确定C/O和Si/Ca,2.碳氧比能谱测井方法,计数率,t/s,（1）确定含油饱和度 一般根据 和含油饱和度的关系曲线来确定 。 给定 可由其它孔隙度测井资料得到；,3.碳氧比能谱测井的应用,（2）利用测井曲线划分水淹层利用 在油、水层的差别可知，如果油层被水淹，则对于水淹层 下降，这也是划分水淹层的依据。 （3）利用刻度井得到C
10、/O的最小值和最大值，把测得的C/O值在(C/O)min和(C/O)max之间内插，可以快速地估算出含水饱和度：,（4）岩性指数定性指示岩性纯碳酸盐岩，岩性指数接近于零；纯砂岩岩性指数近于1，但会受到套管外水泥环的影响； 利用硅、钙非弹产额比指示岩性，几乎不受孔隙度、含油饱和度和地层水矿化度的影响。,（5）确定孔隙度指数、泥质指数和矿化度指数 用所记录的氢、钙、硅以及铁的俘获伽马射线的计数率，计算孔隙度指数、泥质指数和矿化度指数。,康普顿公司的脉冲中子衰减测井仪(PND-S)，斯伦贝谢公司的储层饱和度测井仪（RST），哈里伯顿公司的储层监测仪（RMT），贝克阿特拉斯公司的脉冲中子油藏动态监测仪
11、（RPM）。 国内有大庆测井和测试公司分别生产的SNP 及双源距碳氧比能谱测井仪；胜利测井公司正研制多功能脉冲中子全谱饱和度测井仪。,二、国内外几种脉冲中子饱和度测井仪,国外仪器相似之处：它们都是采用闪烁体探测器高能脉冲中子与井眼以及地层之间发生核反应释放出来的非弹性散射伽马射线，并对其进行分析解释； 差别：脉冲中子发射方式的控制上（多种发射频率），所采用的探头不同，数据采集时序控制不同。同时，它们在脉冲宽度的选择，能窗的选择及源距等方面还存在着差异。,RST具有非弹性-俘获、俘获-等三种测量模式 ，通过GSO闪烁晶体探头测量快中子与地层核素发生非弹性散射，俘获自然释放出来的次生伽马射线进行能
12、谱分析和热中子衰减时间分析，求取储层的C/O和宏观俘获截面的测井方法。 它主要的技术特点有：（1）用GSO晶体作探头；（2）采用双探测器记录系统和双探测器解释模型；（3）改进了脉冲中子发生器猝发的形态；（4）有三种测量模式。,（一）RST测井仪,1.仪器结构及测量特点,设计的特点是外径由C/O原来的3.625英寸缩小为2.5英寸和1.7英寸两种，都采用双伽马射线探测器。可在生产状态或关井状态测井。仪器采用高密度过氧硅酸钆（GSO）探测器，可在135条件下工作30小时以上。最大工作温度为150，最大工作压力15000psi。,时间门A记录脉冲中子发射过程中所有的伽马射线能谱，包括非弹性能谱和俘获
13、能谱；时间门B测量的是中子发射后的早期俘获能谱，用于从先前的非弹性能谱A中减去俘获谱B的倍，以消除俘获本底的影响，因此就得出净非弹性谱；时间门C测量的是中子发射后的后期俘获能谱。,俘获-模式同时记录俘获伽马射线能谱、全部的俘获伽马射线计数率以及热中子衰减时间分布。每个测量周期含有2个中子脉冲1个短脉冲和1个长脉冲。短脉冲发射过程中及发射后采集的全部计数率被用来确定井眼流体的；长脉冲发射后采集的全部计数率被用来确定地层的，以126个不同宽度的时间门记录计数率谱，它覆盖了一个完整的俘获-测量过程，包括脉冲中子发射和发射后的本底。 模式的时间序列与俘获-模式完全相同。,（1）非弹性散射模式 如果地层
14、或井眼中不含气，通常可用地层流体和矿物中碳与氧原子的浓度、地层孔隙度、含水饱和度、矿物体积，以及代表碳和氧井眼区域贡献的两个参数和直接表示出来：,2.数据处理解释方法,远、近探测器得到的碳和氧的含量表示成下列两个方程：12个K参数根据一系列的实验室的测量值确定，确定这些数值时包含了绝大多数孔隙度、岩性、井眼尺寸和套管尺寸的分布范围，利用地层和井眼油和水的四种组合采集数据得到。,（2）俘获-模式 同时测量俘获伽马能谱及计数率随着时间的衰减，解俘获谱得到元素产额，自身提供岩性、孔隙度和视地层水矿化度，并且由衰减曲线直接求出地层热中子宏观截面，利用饱和度公式求取饱和度。 （3）SIGMA模式，直接给
15、出宏观截面，然后给出饱和度。,（1）计算含油饱和度；（2）确定岩性指数；（3）确定孔隙度指数；（4）确定泥质指数；（5）确定矿化度指数；（6）评价水淹层等。,3.应用,RMT是哈利伯顿公司生产的新型脉冲中子测井仪器。RMT测井仪的主要技术特点是其外径为54mm，可在内径为61244mm的油管或套管内测井。 RMT测井仪双脉冲中子发射、多种测量模式也是该仪器的一大特点。,（二）RMT测井仪,RMT中子发生器以两种方式发射14MeV的高能快中子，非弹性模式C/O测井模式脉冲中子发射频率为10kHz；俘获模式(TMDL多门热中子衰减时间测井模式)脉冲中子发射频率为800 Hz。 用双BGO闪烁晶体探
16、测这些次生伽马射线。,1.测量特点,源距近探头29.2cm；远探头52.07 cm 。,每个探头上的非弹性能谱延时15s开启，到35s关闭(多数在中子脉冲发射时间范围内)，并经过200个短周期后被连续重复；俘获能谱门开在脉冲中子发射之间，宽60s，在脉冲中子发射以后延迟5s、(多在中子脉冲关的时间范围内)；本底能谱门覆盖时序中最后的3ms(本底门时间范围)。长本底门用来记录本底能谱。,采用补偿方法的双探头设计(2-BGO晶体)，源距近探头29.2cm；远探头52.07 cm，非弹性模式(C/O)在低矿化度(小于20000mg/L的NaCl或未知地层水矿化度的储层适用，包括水淹层；当地层水矿化度大于20000mg/L时，可以用俘获方式的值，求储层的饱和度。,
