CN103343687A - 一种测井资料获取砂岩卤水层等效氯化钠矿化度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到地下卤水勘探开发中卤水品位的评价，具体是利用中子寿命测井资料获取砂岩卤水层矿化度方法，包括以下步骤：1）在待解释地层进行地球物理测井，包括岩性类测井、物性类测井、中子寿命测井；2）利用岩性类测井资料划分砂岩层，求取砂岩层的泥质含量V_sh；3）计算砂岩层孔隙度φ，划分卤水层和干层；4）利用中子寿命测井取得砂岩卤水层总俘获截面值Σ、纯泥岩的俘获截面值Σ_sh和干砂层的俘获截面值Σ_ma；5）制作纯氯化钠卤水矿化度C_NaCl与其俘获截面值Σ_w的关系图；6）求取砂岩卤水层的等效氯化钠矿化度；本发明具有计算方法简单、精度高的特点。

Description

一种测井资料获取砂岩卤水层等效氯化钠矿化度的方法

技术领域

本发明属于地质勘探领域，涉及到地下卤水勘探开发中卤水品位的评价，具体是利用中子寿命测井资料获取砂岩卤水层矿化度的方法。

背景技术

在地下卤水勘探开发中，通过钻井钻开地层后，利用测井获得的资料解释卤水层，评价卤水的品位（矿化度和微量元素含量的高低），是下步开展试水的重要工作。目前利用测井资料划分砂岩类型的水层已经十分成熟，包括利用自然电位（SP）、自然伽马（GR）、井径（CAL）、光电吸收截面指数（PE）等岩性测井资料划分砂岩层，然后利用声波时差（AC）、密度（DEN）、中子（CNL）等物性测井资料划分水层和干层。对于求取砂岩层中卤水的矿化度目前研究较少，研究方法主要是利用石油测井方面的原理和方法进行求取，主要有以下几种常见方法：（1）自然电位法（SP），主要原理是根据自然电位与地层水矿化度的关系进行求取；（2）地层电阻率法(RT)，利用水层地层电阻率和矿化度的关系，进行回归后进行求取，或者利用地层电阻率求取地层水电阻率，然后根据地层水电阻率和矿化度关系，求取矿化度；（3）地层电阻率和温度图版法(RT-T)：利用地层电阻率求取地层水电阻率，利用地层水电阻率、温度与矿化度的关系，进行图版编制，应用图版计算水层矿化度。

目前获取砂岩水层的矿化度的方法主要应用在浅层（＜500m）相对低矿化度（<100000mg/L）中，对于深井（≥500m）高矿化度（≥100000mg/L）卤水求取矿化度，各种方法都存在一定不足和缺点，导致卤水层中的矿化度求取精度受到影响。以下分别说明利用以前的各种方法求取深井卤水中的矿化度的缺陷和不足。（1）利用自然电位的方法（SP）：该方法需要测量自然电位，对于深层卤水钻井而言，大多采用盐水钻井液钻井，这样导致地层水的矿化度与钻井液矿化度相近，如果直接测量，自然电位曲线近似于直线，失去地层响应信息，无法利用自然电位求取卤水矿化度。如果需要测量有价值的自然电位曲线，则需要在测井前更换钻井液体系，将井筒中的盐水钻井液置换成淡水钻井液，难以实现经济高效，且钻井液置换中，井壁易出现垮塌现象，导致井下出现危险，得不偿失。（2）地层电阻率法(RT)：该方法主要针对淡水—咸水的地层水进行测量，因为在淡水—咸水阶段（＜10000mg/L）地层的电阻率或者地层水的电阻率对矿化度反映最为敏感，基本呈现直线关系，影响矿化度其它的因素如温度等是次要的敏感参数，可以忽略。但是当矿化度增大到卤水阶段后（≥50000mg/L），地层的电阻率或者地层水电阻率对矿化度逐渐不敏感，电阻率的微弱变化导致矿化度相差较大，并且此时影响矿化度的其他因素如温度也不能够再忽略，因此利用电阻率再来卤水层的矿化度必将带来较大的误差。对于深层卤水层矿化度的求取仅仅利用地层电阻率来求，误差较大，满足不了精度。（3）地层电阻率和温度图版法(RT-T)：该方法与第二种方法类似，只是加入了温度对于矿化度求取中影响的校正。实践证实，该方法比第二种方法精度高，但是当卤水矿化度超过200000mg/L时，再利用该方法计算，则出现较大误差。综上所述，应用以往方法进行深层卤水井的矿化度计算，存在经济效益方面的不足或者存在一定范围内精度不够误差大等方面的不足。

发明内容

本发明为解决现有技术对卤水矿化度测量精度不高等问题，提供了一种利用测井资料获取卤水层矿化度的方法，特别对深井（≥500m）高矿化度（≥100000mg/L）卤水层矿化度的获取具有更高的精度。

技术方案如下：

一种测井资料获取砂岩卤水层等效氯化钠矿化度的方法，包括以下步骤：

1）在待解释地层进行地球物理测井，包括岩性类测井、物性类测井、中子寿命测井；

2）利用岩性类测井资料，划分砂岩层和纯泥岩，求取砂岩层的泥质含量V_sh；

3）利用物性类测井资料，计算砂岩层孔隙度φ，划分出砂岩卤水层和干层；

建立体积模型：砂岩卤水层体积为泥质、砂岩骨架和砂岩孔隙中卤水体积之和，且三者体积为一个单位，以此得出砂岩体积1-V_sh-φ；

4）利用中子寿命测井取得砂岩卤水层总俘获截面值Σ、砂岩卤水层附近纯泥岩的俘获截面值Σ_sh和砂岩卤水层附近干砂层的俘获截面值Σ_ma；

在体积模型下建立方程：Σ=Σ_ma(1-φ-V_sh)+φΣ_w+V_shΣ_sh

5）制作纯氯化钠卤水矿化度C_NaCl与其俘获截面值Σ_w的关系图，得出关系函数；

得出关系函数：Σ_w=0.4223C_NaCl+21.842；

6）计算得到砂岩卤水层等效氯化钠矿化度；

利用V_sh、φ、Σ、Σ_sh、Σ_ma和上述关系函数，求取砂岩卤水层的等效氯化钠矿化度方程为：C_NaCl=[(Σ-Σ_ma(1-φ-V_sh)-V_shΣ_sh)/φ-21.842]/0.4223。

上述步骤4）中选择砂岩卤水层附近纯泥岩的俘获截面值代替体积模型中泥质的俘获截面值Σ_sh，选择砂岩卤水层附近干砂层的俘获截面值代替砂岩骨架的俘获截面值Σ_ma。

为了进一步得到更为准确的砂岩卤水层矿化度，可以在此基础上建立待解释地区等效氯化钠矿化度与实际矿化度图版，得出校正函数，对步骤6）所得等效氯化钠矿化度进行校正。

地球物理测井应该包括以下几种类型。岩性类测井包括自然伽马（GR）、井径（CAL）、光电吸收截面指数（PE）等测井；物性类测井包括声波（AC）、密度（DEN）、中子孔隙度（CNL）等测井；求取矿化度的重要测井中子寿命（PNC）；以上测井数据经过测量后，进行测井资料处理。

中子寿命测井的物理基础是中子与地层的相互作用。当中子源发出的高能中子流（En=14Mev）照射地层时，中子与地层中物质的原子核发生作用，一般要经历非弹性散射、弹性散射、扩散与俘获等过程。高能中子与原子核发生碰撞时，产生非弹性散射，使受碰撞的原子核处在激发态继而产生非弹性散射伽马射线。高能中子经过非弹性散射后能量损失很多，这时中子与原子核主要发生弹性碰撞，弹性碰撞过程遵守能量和动量守恒定律。快中子经过多次碰撞后变为热中子（En=0.025ev），这一过程称为中子减速过程。中子从变为热中子开始，直到被原子核俘获为止，这个过程称为热中子的扩散过程，热中子由浓度大的地方向浓度小的地方迁移。由于中子的运动速度很慢（在25℃时Vn=0.022cm/s），故极易被原子核俘获，元素对热中子的吸收能力愈强，则扩散长度愈短。热中子从产生时刻起到被吸收的时刻止，所经历的平均时间称为热中子寿命（τ）。τ与热中子宏观俘获截面Σ成反比（τ=1/ν·Σ）。Σ是单位岩石体积中所有元素的微观俘获截面的总和。中子寿命测井（PNC）实际测量的是地层宏观俘获截面。地球上所有元素中，硼（B）、锂（B）、氯（Cl）三种元素的俘获截面值最大，其它元素截面指数均较小可以忽然，氯（Cl）是仅次于硼（B）和锂（Li）的热中子吸收剂，而地层卤水层中主要成分（超过90%）是氯化钠（NaCl），其它成分包括硼、锂（小于0.5%）等均是微量的，因此可以说宏观俘获截面值的主要贡献者是氯元素，所以可通过中子寿命测井来测量卤水层的等效氯化钠矿化度，然后再利用地区经验公式，将等效氯化钠矿化度转化为矿化度。

利用测井中的GR、PE等曲线，划分砂岩层和纯泥岩，求取待解释砂岩层的泥质含量V_sh；利用声波（AC）、密度（DEN）、中子孔隙度（CNL）等曲线，计算砂岩层的孔隙度φ，利用孔隙度划分出砂岩卤水层和干砂层；利用中子寿命测井取得砂岩卤水层总俘获截面值Σ、砂岩卤水层附近纯泥岩的俘获截面值Σ_sh和砂岩卤水层附近干砂层的俘获截面值Σ_ma；通过实验制作地层水等效氯化钠矿化度与其俘获截面值的关系图，得出卤水等效氯化钠矿化度和与其俘获截面值的关系函数（见附图1）。

在此数据基础上，将地层中的砂岩卤水层抽象成一个体积模型，即整个体积是由泥质、砂岩骨架和砂岩孔隙中卤水组成，三者体积为1个单位，其中泥质的体积V_sh在步骤2）中可以求出，卤水的体积φ在步骤3）中可以求出，因此砂岩的体积为1-V_sh-φ（见附图2）。

砂岩卤水层总的俘获截面值是砂岩骨架的俘获截面值、砂岩中卤水的俘获截面值和泥质的俘获截面值之和。因此其测井相应方程为：

Σ=Σ_ma(1-φ-V_sh)+φΣ_w+V_shΣ_sh…………………………………（1）

式中：Σ—砂岩卤水层总俘获截面值Σ，即中子寿命测井值，c.u；Σ_ma—砂岩卤水层附近干砂层的俘获截面值（代替砂岩骨架的俘获截面值）Σ_ma，c.u；φ—砂岩孔隙度，无量纲；Σ_w—卤水的俘获截面值，c.u；V_sh—地层的泥质含量，无量纲；Σ_sh—砂岩卤水层附近纯泥岩的俘获截面值（代替泥质的俘获截面值）Σ_sh，c.u。

利用卤水等效氯化钠矿化度和与其俘获截面值的关系函数：

Σ_w=0.4223C_NaCl+21.842……………………………………………………（2）

相关系数R=0.9999

式中：Σ_w—卤水的俘获截面值，c.u；C_NaCl—卤水中等效氯化钠矿化度,g/L。

将（1）式和（2）式联合后消掉Σ_w，得到：

C_NaCl=[(Σ-Σ_ma(1-φ-V_sh)-V_shΣ_sh)/φ-21.842]/0.4223…………（3）

式中，V_sh、φ、Σ、Σ_sh、Σ_ma均已知，以此计算得出卤水的等效氯化钠矿化度。

本发明所用技术方案的有益效果为：

（1）相对于自然电位方法求取卤水矿化度，避免了深层卤水钻井需要换成淡水钻井液再进行自然电位测井的经济性问题；

（2）相对于传统的地层水电阻率方法求取卤水矿化度，避免了由于卤水层矿化度过高后地层水电阻率不敏感造成计算误差大精度不高的问题。

（3）该方法计算简便，测井值影响因素少，精度相对较高，为卤水井优选试水层提供准确的矿化度值。

（4）该方法可广泛应用于水资源勘探与开发，尤其是深层卤水资源的勘探开发利用。

附图说明

图1地层水等效氯化钠矿化度与俘获截面值关系图；

图2砂岩卤水层体积模型图；

图3江汉盆地卤水等效氯化钠矿化度与总矿化度关系图；

图4广3-10井中子寿命测井计算卤水层矿化度图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

按照以上技术内容，本发明已经编制了计算机解释程序，自动进行卤水矿化度的计算。

以广3－10井为例，该井2526.6－2538.0m为一标准砂岩卤水层（见附图4），该层声波时差平均值为250μs/m，砂岩卤水层总俘获截面值Σ平均为38c.u，Σ_ma＝12c.u，Σ_sh＝63c.u，通过计算平均泥质含量V_sh＝0.1，平均孔隙度为14.8%，通过中子寿命计算等效NaCl矿化度为311.0922g/L。通过潜江凹陷地区等效NaCl与试水资料实际矿化度图版校正，其最终矿化度为320.3947g/L（见附图3）。该层实际试水资料的矿化度为320.33g/L，通过中子寿命计算的矿化度与实际矿化度相当接近，相对误差为0.02%，精度较高（见附图4）。

用中子寿命测井解释的卤水层的矿化度中，有6口井进行了实际水分析（如下表所示），通过对比中子寿命计算的矿化度与实际矿化度发现，最小误差仅为0.02%，最大误差为11.50%，平均误差为4.78%，平均误差较小，满足矿化度求取要求。而利用地层水电阻率法求取的矿化度与实际矿化度比较，最小误差为3.11%，最大误差为41.87%，平均误差为19.58%，误差相对大。由此可见，在高矿化度卤水层计算矿化度时，中子寿命法比地层水电阻率法精度更高。

Claims (3)

1.一种测井资料获取砂岩卤水层等效氯化钠矿化度的方法，包括以下步骤：

1）在待解释地层进行地球物理测井，包括岩性类测井、物性类测井、中子寿命测井；

2）利用岩性类测井资料，划分砂岩层和纯泥岩，求取砂岩层的泥质含量V_sh；

3）利用物性类测井资料，计算砂岩层孔隙度φ，划分出砂岩卤水层和干砂层；

建立体积模型：砂岩卤水层体积为泥质、砂岩骨架和砂岩孔隙中卤水体积之和，且三者体积为一个单位，以此得出砂岩体积1-V_sh-φ；

4）利用中子寿命测井取得砂岩卤水层总俘获截面值Σ、砂岩卤水层附近纯泥岩的俘获截面值Σ_sh和砂岩卤水层附近干砂层的俘获截面值Σ_ma；

在体积模型下建立方程：Σ=Σ_ma(1-φ-V_sh)+φΣ_w+V_shΣ_sh；

5）制作纯氯化钠卤水矿化度C_NaCl与其俘获截面值Σ_w的关系图；

得出关系函数：Σ_w=0.4223C_NaCl+21.842；

6）计算得到砂岩卤水层等效氯化钠矿化度；

利用V_sh、φ、Σ、Σ_sh、Σ_ma和上述关系函数，求取砂岩卤水层的等效氯化钠矿化度方程为：C_NaCl=[(Σ-Σ_ma(1-φ-V_sh)-V_shΣ_sh)/φ-21.842]/0.4223。

2.如权利要求1所述一种测井资料获取砂岩卤水层等效氯化钠矿化度的方法，其特征在于步骤4）中选择砂岩卤水层附近纯泥岩的俘获截面值代替体积模型中泥质的俘获截面值Σ_sh，选择砂岩卤水层附近干砂层的俘获截面值代替砂岩骨架的俘获截面值Σ_ma。

3.如权利要求1所述一种测井资料获取砂岩卤水层等效氯化钠矿化度的方法，其特征在于还包括以下步骤：

建立待解释地区等效氯化钠矿化度与实际矿化度图版，得出校正函数，对步骤6）所得等效氯化钠矿化度进行校正。

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