CN101906963A - 利用c/o和地层宏观俘获截面交会技术确定饱和度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用C/O和地层宏观俘获截面交会技术确定饱和度方法，目的在于提供一种能在地层孔隙度未知的情况下利用C/O和地层宏观俘获截面∑交会技术确定饱和度的方法。本发明采取简单的纯岩石地层模型，建立C/O与地层宏观俘获截面的交会图，同一深度点的C/O和∑值就对应一个含油饱和度，利用两者交会技术就可定量确定含油饱和度；其后对影响因素进行校正。本发明为油田开发动态监测过程中缺失孔隙度资料的油气井测试提供饱和度的确定方法，为降低地球物理测井的多解性，提高核测井方法测定地层含油饱和度的精确度提出了一种可行的方案，对提高油气采收率具有重要的现实意义。

Description

利用C/O和地层宏观俘获截面交会技术确定饱和度方法

技术领域

本发明涉及油气井测井技术领域，尤其是一种脉冲中子测井技术中确定饱和度的方法。

背景技术

在油田开发过程中准确掌握油层动用情况以及剩余油的分布规律，是挖掘储层潜力、增油上产的基础。目前油气井的剩余油饱和度监测主要依靠C/O能谱测井和中子寿命测井技术，但这两种脉冲中子饱和度测井技术必须借助孔隙度等其它资料才能确定饱和度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中不足之处，提供一种能在地层孔隙度未知的情况下利用C/O和地层宏观俘获截面∑交会技术确定饱和度的方法。

本发明的技术方案如下：

利用C/O和地层宏观俘获截面交会技术确定饱和度方法，首先采集伽马能谱和时间谱获取地层的C/O值和宏观俘获截面∑，其后采用下述步骤：

a.采取简单的纯岩石地层模型，建立C/O与地层宏观俘获截面的交会图，同一深度点的C/O和∑值就对应一个含油饱和度，利用两者交会技术就可定量确定含油饱和度；

b.通过刻度实验装置和蒙特卡罗模拟技术建立不同岩性地层的交会图版，对确定含油饱和度进行地层岩性的校正；

c、通过刻度实验装置和蒙特卡罗模拟技术建立不同地层水矿化度地层的交会图版，对确定含油饱和度进行地层水矿化度的校正；

d、通过刻度实验装置和蒙特卡罗模拟技术建立不同泥质含量地层的交会图版，对确定含油饱和度进行地层泥质含量的校正；

e、通过刻度实验装置和蒙特卡罗模拟技术建立不同井眼尺寸时的交会图版，对确定含油饱和度进行井眼尺寸的校正；

f、通过刻度实验装置和蒙特卡罗模拟技术建立不同井眼流体地层的交会图版，对确定含油饱和度进行井眼流体的校正。

本发明的有益效果是：能在地层孔隙度未知的情况下利用C/O和地层宏观俘获截面交会技术确定饱和度，为油田开发动态监测过程中缺失孔隙度资料的油气井测试提供饱和度的确定方法，为降低地球物理测井的多解性，提高核测井方法测定地层含油饱和度的精确度提出了一种可行的方案，对提高油气采收率具有重要的现实意义。

附图说明

图1是本发明所述C/O与∑交会与含水饱和度关系图；

图2是本发明所述岩性不同的C/O与∑的交会图；

图3本发明所述砂岩地层C/O、∑交会图与S₀关系图；

图4是本发明所述地层流体不同的砂岩地层的C/O与∑的交会图；

图5是本发明所述泥质含量不同的砂岩地层的C/O与∑的交会图；

图6是本发明所述井眼尺寸不同时砂岩地层的C/O与∑的交会图；

图7是本发明所述井眼流体不同的砂岩地层的C/O与∑的交会图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

(1)首先对同一深度点在一个采集周期内进行谱数据采集与处理。利用采集的总伽马能谱、俘获伽马能谱和本底能谱进行谱处理得到净非弹性散射伽马能谱和俘获伽马能谱，选取相应的能量窗得到地层的C/O值；对伽马时间谱进行数据滤波并计算出相应的地层宏观俘获截面值。

(2)含油饱和度确定

快中子进入地层后，与地层物质元素原子核发生非弹性散射并放出相应的特征伽马射线，利用非弹性散射伽马能谱测量C和O的产额Y_C和Y_O与地层原 子密度存在一定的关系。采取简单的纯岩石地层模型，对于纯砂岩地层有

$\frac{Y_C}{Y_O}=\frac{\mathrm{\φ}{S}_O{n}_C}{\mathrm{\φ}(1-S_O)n_{\mathrm{OW}}+(1-\mathrm{\φ})n_{\mathrm{Oma}}}---\left(1\right)$

式中n_C表示油中的C原子密度，其大小为4.29×10²³ρ_O，ρ_O为油的密度；n_OW表示水中的O原子密度，其大小为3.33×10²³；n_Oma表示纯砂岩骨架中的O原子密度，其大小为5.30×10²³。

另外快中子进入地层后发生非弹性散射和弹性散射后变成热中子，与地层元素原子核发生俘获反应，放出相应的俘获伽马射线，伽马射线随着时间的衰减快慢反映地层的俘获能力。根据纯岩石地层的宏观俘获截面关系，可以得到

∑＝∑_ma(1-φ)+∑_hφS_O+∑_Wφ(1-S_O)                        (2)

两式联立得到：

$\frac{Y_C}{Y_O}=\frac{(\mathrm{\Σ}-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})S_O{n}_C}{[({\mathrm{\Σ}}_W-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}})+({\mathrm{\Σ}}_h-{\mathrm{\Σ}}_W)S_O]+\left({\mathrm{\Σ}-\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{ma}}\right)[(1-S_O)n_{\mathrm{OW}}-n_{\mathrm{Oma}}]}---\left(3\right)$

显然地层C和O的产额比Y_C/Y_O和宏观俘获截面∑都和孔隙度有关，联立消除孔隙度φ后含油饱和度S_O只与产额比Y_C/Y_O和∑有关，因此由井下测量的一个工作周期中得到的C/O和∑值就对应一个含油饱和度，利用两者交会技术就可定量确定含油饱和度。

对应一定孔隙度的地层，含油饱和度越高，C/O值越大而∑值越小；含油饱和度一定时，孔隙度增加，C/O和∑值都随之增加，在交会图上C/O随∑值的增加而增加，因此在地层孔隙度未知的条件下可以根据测量的C/O和∑值在交会图上的位置确定出含油饱和度，见图1，图1是地层的孔隙度为30％，岩性为砂岩和石灰岩，井眼和地层孔隙中水的矿化度为100000ppm，含水饱和度依次为0，20％，40％，60％，80％，100％的砂岩地层，同时记录非弹伽马能谱和伽马时间谱，得到不同含油饱和度的C/O与∑的交会图，由图1可以看出：在C/O与 ∑的交会图上，在岩性和地层水矿化度条件一定时，只要确定C/O和∑，就可以唯一的确定含水饱和度。利用交会图技术可以实现在低孔隙、低矿化度地层求取含油饱和度。交会图技术依然受到岩性、泥质含量、地层水矿化度以及井眼条件的影响，建立各种影响因素的相应图版，研究各种因素对交会图的影响效果，在解释过程中作出合适的校正。

(3)影响因素的校正

利用C/O与地层宏观俘获截面交会技术确定含油饱和度受地层岩性、泥质含量、地层水矿化度、井眼尺寸及流体的影响，需要建立图版进行相应的校正。

a.岩性的影响

饱含矿化水和油的石灰岩地层的C/O与∑交会曲线较砂岩地层整体上向右上方偏移，其不同含油饱和度交会点的位置参数反映其岩性，见图2，图2是井眼条件相同，地层孔隙分别饱含矿化度为30g/L的水和油，改变孔隙度模拟记录砂岩和石灰岩地层的非弹伽马能谱和伽马时间谱，得到C/O与∑的交会关系。在常规地层条件下砂岩地层的和石灰岩地层的C/O与∑交会图有一定重叠，在此区域确定含油饱和度时受岩性的影响较大，需要利用岩性资料对岩性进行校正后，才能利用C/O与∑交会技术确定地层的含油饱和度。

地层岩性以砂岩为例，地层含油饱和度从0变化到100％，通过改变地层孔隙度达到改变地层∑，记录非弹能谱和伽马时间谱，计算得到C/O和∑交会图在砂岩地层中与含油饱和度的关系示于图3。

b.地层水矿化度的影响

地层水的矿化度对地层宏观吸收截面∑影响很大，但是对C/O值影响很小，地层水矿化度不同时饱含水地层的C/O与∑的交会曲线随着孔隙度的增加都呈线性减小，但斜率变化很小，见图4，图4是井眼流体和地层岩性不变，地层孔隙中分别饱含淡水、矿化度为30g/L的盐水和油，根据模拟的非弹伽马能谱和伽马时间谱得到不同孔隙度砂岩地层的C/O与∑的交会图。随着含油饱和度的 增加，地层水的矿化度会影响C/O与∑的交会，利用C/O与∑的交会技术确定含油饱和度受到影响较大，但地层水矿化度对C/O值影响小，因此在地层水矿化度变化或者未知的情况下可以利用脉冲中子双谱饱和度的C/O资料进行含油饱和度确定。

c.泥质含量的影响

随着泥质含量的增加，饱含矿化水和油的砂岩地层C/O与∑交会点向右上方移动，但对着孔隙度增加交会曲线的斜率变化较小，见图5，图5是泥质主要由高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石等粘土矿物和石英细砂组成，设泥质中各种矿物的体积百分比都为20％，在上述计算条件下地层看成由岩石骨架、泥质和孔隙流体三部分组成，孔隙中分别饱含矿化度为30g/L的盐水和油，在泥质含量分别为0、20％和40％情况下改变地层孔隙度，得到砂岩地层的C/O与∑的交会图。主要是由于随着泥质含量的增加地层中C元素的含量不变，而泥质中O的百分比比骨架中O的百分比小，致使泥质含量大时C/O值高，但泥质含量变化引起C/O的变化较小；而泥质的热中子俘获吸收能力很强，泥质含量越高地层∑越大，泥质含量对地层∑影响很大，因此在利用交会图技术确定含油饱和度时泥质含量的影响较大，需要对泥质含量进行校正。

d.井眼尺寸的影响

井眼的尺寸越大，C/O与∑的交会区右移，见图6，图6是地层模型不变，井眼内充满淡水，套管的尺寸分别为17.78cm(7in)和13.97cm(5.5in)套管，模拟相应的非弹性散射伽马能谱和伽马时间谱，得到孔隙度不同时砂岩饱含30g/L矿化水和油地层的C/O与∑的交会关系。即同种地层条件下，井内套管尺寸越大C/O值越小，但变化的幅度不大，原因是井眼尺寸越大，井眼内仪器周围的淡水体积越多，致使O窗的非弹伽马计数越高，进而造成测量到的C/O值越小；而套管尺寸越大，井眼区域对伽马时间谱的影响越大，计算地层的∑时受到井眼物质俘获热中子的影响越大，因此在处理数据时计算∑的初始时间道尽可能往后延迟，以避开井眼的影响。

e.井眼流体的影响

当井眼充满水时，不管是淡水还是矿化水，对C/O与∑的交会关系影响不大，只会影响记录伽马时间谱的道计数，井眼内水的矿化度越高，记录的伽马射线道计数越少，统计涨落越大，影响测井结果的精度；当井眼充满油时，对∑影响较小，而不同地层的C/O值显著增加，且随着地层孔隙度的增加C/O值变化更快，致使骨架点也发生偏移，见图7，图7是地层为饱含油和矿化度50g/L盐水的砂岩，井眼内分别充满淡水、矿化度为50g/L的盐水和油，根据模拟的非弹性散射伽马能谱和伽马时间谱得到的C/O与∑的交会图。因此利用C/O与∑的交会图技术确定含油饱和度仍会受到井眼流体的影响，需要对井眼流体进行校正。

对比图2～图7可以发现各种地层因素对C/O与∑交会图的影响可以分为两类：一类主要影响交会图在坐标中的位置，如岩性、泥质含量、井径；另一类主要影响由含油饱和度为0和100％形成的交叉线的张角角度，如地层流体类型。这主要是由于利用C/O与∑交会图计算含油饱和度不需要孔隙度资料，所以地层因素对交会图的影响就可以分为对骨架参数和对孔隙流体参数的影响，而不必考虑骨架和孔隙流体的相对体积关系。不同含油饱和度在C/O和∑交会图上交会于一点，此时孔隙度为0，定义为C/O和∑交会图的“骨架点”，C/O与∑交会图在坐标中位置的变化可以用骨架点的位置改变来描述，从而进行影响因素校正。

利用图3中的数据，以式(3)为目标函数进行回归分析，得到在蒙卡模拟条件下砂岩地层中，利用C/O与∑交会图计算含油饱和度的经验公式：

$S_O=\frac{(\mathrm{\Σ}-9.638)(1.239F_{C/O}-0.683)+10.01F_{C/O}-7.067}{(\mathrm{\Σ}-9.638)(1.239F_{C/O}-0.041)}---\left(4\right)$

式中F_C/O为经过环境影响因素校正后的碳氧比值；∑为经过环境影响因素校正后的地层宏观截面值。

利用图2、图5和图6数据分别建立碳氧比值和地层宏观截面值的岩性、泥质含量和井径的线性校正公式。

岩性校正公式：

∑＝∑′-2.414V_ls，F_C/O＝F′_C/O-0.279V_ls           (5)

泥质校正公式：

∑＝∑′-9.53V_sh，F_C/O＝F′_C/O-0.022V_sh            (6)

井径校正公式：

∑＝∑′-0.395(D-20)；F_C/O＝F′_C/O+0.0073(D-20)    (7)

上式中V_ls、V_sh和D分别为灰质含量、泥质含量和井眼直径(cm)。

利用式(5)、(6)和(7)对碳氧比值和地层宏观截面值进行校正后，通过式(4)即可计算得到地层含油饱和度。由于校正过程主要是对骨架参数的校正，所以该方法适用于低矿化度地层。

Claims (1)

1.利用C/O和地层宏观俘获截面交会技术确定饱和度方法，首先采集伽马能谱和时间谱获取地层的C/O值和宏观俘获截面∑，其特征在于其后采用下述步骤：

a.采取简单的纯岩石地层模型，建立C/O与地层宏观俘获截面的交会图，同一深度点的C/O和∑值就对应一个含油饱和度，利用两者交会技术就可定量确定含油饱和度；

b.通过刻度实验装置和蒙特卡罗模拟技术建立不同岩性地层的交会图版，对确定含油饱和度进行地层岩性的校正；

c、通过刻度实验装置和蒙特卡罗模拟技术建立不同地层水矿化度地层的交会图版，对确定含油饱和度进行地层水矿化度的校正；

d、通过刻度实验装置和蒙特卡罗模拟技术建立不同泥质含量地层的交会图版，对确定含油饱和度进行地层泥质含量的校正；

e、通过刻度实验装置和蒙特卡罗模拟技术建立不同井眼尺寸时的交会图版，对确定含油饱和度进行井眼尺寸的校正；

f、通过刻度实验装置和蒙特卡罗模拟技术建立不同井眼流体地层的交会图版，对确定含油饱和度进行井眼流体的校正。

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