CN1595202A - 一种氯能谱测井方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在石油开采的盐水地层油藏注水高含水期测定井下含水饱和度的一种氯能谱测井方法。采用热中子探测器和伽马探测器同时测量中子源子发射中子与地层作用后产生的热中子和弹性散射伽马信息，通过测量中子与中子伽马相对于饱和淡水或油地层的差异，求解出产层的视孔隙度和含水饱和度。因而可以克服地层中泥质和骨架的影响，双向差异测量方法也提高了对地层水矿化度变化测量响应的灵敏度。由于使用的仪器结构简单，稳定可靠，测井成本低。

Description

一种氯能谱测井方法

所属领域

本发明涉及在石油开采的盐水地层油藏注水高含水期测定井下含水饱和度的一种氯能谱测井方法。

背景技术

在油田注水开发后期，水驱采油使得含水率不断升高，可达到80％以上。目前，在矿化度较高地区，(地层水氯离子Cl^-含量＞4×10⁴ppm)，主要采用两种测井方法：一是中子寿命测井方法；二是氯能谱测井方法。前者测量值是地层中总的热中子吸收截面，在扣除泥质和骨架的收截面值后，以差值部分来对应孔隙流体的热中子吸收截面，通过孔隙流体的吸收截面值最终来确定油层含水饱和度。这种方法由于受到泥质和骨架不确定性的影响，定量解释精度不高。另外，采用的人造中子发生管结构复杂，造价高，维修困难。一只中子管价值十几万，寿命仅有一百多小时，而每次测井就要使用2小时，仪器寿命短，测井成本高。

目前采用的氯能谱测井方法是测量单一的伽马能段计数，用单一的伽马能段计数的变化反映地层中Cl^-矿化度，以Cl^-矿化度的来确定地层的含水饱和度。这种Cl^-含量的变化所产生伽马计数的差异，对于定量解释含水饱和度，特别是高含水期测定地层含水饱和度来说，其相对灵敏度较差。

发明内容

本发明目的是提供一种能在盐水地层油藏注水开发高含水期确定含水饱和度且仪器测井成本低、测量精度高的氯能谱测井方法。

本发明采用的技术方法是：

采用热中子探测器和伽马探测器同时测量中子源子发射中子与地层作用后产生的热中子和弹性散射伽马信息，通过测量中子与中子伽马相对于饱和淡水或油地层的差异，求解出产层的视孔隙度和含水饱和度。

根据已知地层矿化度、孔隙度、岩性建立刻度模型井，在模拟条件建立视孔隙度关系函数，采用如下公式计算视孔隙度：Φ＝aG³+bG²+cG+d，式中：Φ是视孔隙度；a、b、c、d是拟和公式的系数，是使用的热中子和中子伽马测量仪器结构、精度的参数；G＝k₁Nz+K₂Nr，k1，k2是加权系数，Nz、Nr分别表示热中子和伽马氯能段测量的计数。

根据已知地层矿化度、孔隙度、岩性建立刻度模型井，在模拟条件建立含水饱和度关系函数，求含水饱和度，步骤是：

建立归一函数关系，对应地层，每一个中子测量值都有相应的氯测量值与其对应，在淡水地层中对应不同的空隙度，氯与中子的归一关系式；N’z＝K₁N_Cl+K₂，式中：K₁，K₂是拟合系数，N’z，NCl分别是测量的热中子和伽马氯能段计数值；

将测井所得氯计数值Nr代入上式得出归一的相应中子计数值N’z；

求氯曲线与中子曲线的双向归一差异值Dt＝N’z-Nz；

确定相对差Δ：

在对应地层孔隙度为Φ时，含水饱和度Sw为100％时氯与中子的归一差D，其关系D＝KPΦ，式中：K是实验关系刻度系数，P是地层水矿化度；

求出相对差Δ＝1-Dt/D；

为了对不同的矿化度值给出一个统一的求解含水饱和度的公式，先对前面求出的Δ值作一个矿化度校正，关系式：δ＝Δ+RP+M，式中：R，M是实验关系系数，是使用的测量仪器结构、精度的参数；

含水饱和度Sw＝S₃δ³+S₂δ²+S₁δ+S，式中S₃，S₂，S₁S是实验拟合关系系数，是使用的测量仪器结构、精度的参数。

视孔隙度Φ公式可以写成对数形式。Sw的三次多项式公式变为分段的直线函数形式。

本发明的优点是：由热中子探测器和伽马探测器进行组合测量，利用在正源距条件下，矿化度对热中子和中子伽马测量产生的相反影响，即随着矿化度的增加热中子数减少而中子俘获伽马数增加；矿化度减少时则相反。因而利用热中子与俘获伽马加权和确定空隙度就可以克服矿化度的影响。建立了用中子与伽马双差异的变化求解含水饱和度的测井方法。因为所确定的中子与伽马的差异主要是对应于孔隙流体矿化度的变化，因而可以克服地层中泥质和骨架的影响，双向差异测量方法也提高了对地层水矿化度变化测量响应的灵敏度。由于使用的仪器结构简单，稳定可靠，测井成本低。

附图说明：

附图1是本发明测量时仪器探测器的相对位置示意图。

图中：1是仪器外壳，2是传输电路，3是伽马探测器，4是热中子探测器，5是钨镍合金屏蔽体，6是同位素Am-Bi中子源6。

发明实施例

本发明采用热中子探测器和伽马探测器同时测量中子源子发射中子与地层作用后产生的热中子和弹性散射热中子俘获伽马信息。通过在已建立的已知空隙度、矿化度和岩性的系列模型井中刻度得到在套管条件下定量求解地层视空隙度和含水饱和度的数学解释模型。视空隙度是通过中子与伽马氯能段计数的加权和与空隙度的响应关系来确定的。在没有扩径且固井质量良好的情况下与裸眼井的空隙度值相等。含水饱和度是利用矿化度对热中子和中子俘获伽马的双重影响，即随着矿化度的增加热中子数减少而中子俘获伽马数增加；矿化度减少时则相反。通过双重影响所带来的双向差异的变化，确定地层的含水饱和度。

本发明应用双向差异方法确定地层的含水饱和度，是与地层的含氢指数及井眼状况密切相关的。裸眼井的孔隙度资料有两种情况会不可靠：一是当生产井开发时间较长，地层孔隙可能会发生变化；二是有些年代较长的老井，测井资料不完整。在套管井条件下，氯能谱测井可以给出一条现有状态下的视孔隙度指示曲线。当固井状况良好时，这个视孔隙度值应当与裸眼井测量的地层孔隙度相等，可以应用裸眼井的孔隙度资料；而当固井状况不好或是有明显扩径时，这种视孔隙度与裸眼井的孔隙度资料就会产生偏差，而当这两者孔隙度相差较大时，这时就需要根据两者间的差异，对计算方法进行经验校正。

本发明采用热中子探测器和伽马探测器组合并同时测量中子源子发射中子与地层作用后产生的热中子和弹性散射伽马信息，通过测量中子与中子伽马相对于饱和淡水或油地层的差异，求解出产层的含水饱和度。

根据已知地层矿化度、孔隙度、岩性建立刻度模型井，在模拟条件建立视孔隙度、含水饱和度关系函数，

计算视孔隙度

由于矿化度对于热中子和中子伽马测量结果的影响是相反的，因而将热中子与中子伽马的加权和与空隙度建立关系可以基本不受矿化度的影响。依据实验关系可建立如下的确定的视孔隙度的公式：

Φ＝aG³+bG²+cG+d……(1)

式中：

Φ是视孔隙度；a、b、c是拟和公式的系数，是使用的热中子和中子伽马测量仪器结构、精度的参数；

G＝k₁Nz+K₂Nr，

k1，k2是加权系数，Nz、Nr分别表示热中子和伽马氯能段测量的计数；

求含水饱和度

1)确定归一双向差值

a)建立归一函数关系

对应着某一地层，每一个中子测量值都有相应的氯测量值与其对应，在淡水地层中对应不同的空隙度，我们可以建立如下的中子和伽马的响应关系

N’z＝K₁N_Cl+K₂……(2)

式中：K₁，K₂是拟合系数，N’z，N_Cl分别是测量的热中子和伽马氯能段计数值；(2)式就是氯与中子的归一关系式。

b)测井所得氯计数值Nr代入公式(2)得出归一的相应中子计数值N’z；

c)氯曲线与中子曲线的双向归一差异值Dt＝N’z-Nz；……(3)

2)确定相对差Δ

a)由实验关系可以确定在对应地层空隙度为Φ时，含水饱和度Sw为100％时氯与中子的归一差D，其关系如下式下：

D＝KPΦ  ……(4)

式中：K是实验关系刻度系数，P是地层水矿化度，Φ地层的矿化度。

b)求出相对差Δ＝1-Dt/D

3)求含水饱和度Sw

为了对不同的矿化度值给出一个统一的求解含水饱和度的公式，先对前面求出的Δ值作一个矿化度校正，其关系式如下：

δ＝Δ+RP+M       ……(5)

式中：R，M是实验关系系数，是使用的热中子和中子伽马测量仪器结构、精度的参数。

根据实验关系，得到含水饱和度得相应函数，其公式如下：

Sw＝S₃δ³+S₂δ²+S₁δ+S …… (6)

式中S₃，S₂，S₁S是实验拟合关系系数，是使用的热中子和中子伽马探测器器结构、探测效率的参数。

本发明采用的数学公式，其形式不是唯一的，通常类似的公式可以有多种，例如将Sw的三次多项式变为分段的直线函数，空隙度公式写成对数形式等。

本发明采用热中子探测器和伽马探测器是常规的市售仪器，只要将其排列组合，所使用的记录仪器和方法也是与上述仪器有关的公知手段。

本发明可以克服测井时泥质和骨架的影响的主要机理由以下计算证明：

若以Xh、Xw、Xma和Xsh，分别表示油气、水、骨架和泥质的某一物理参数，则该物理参数的测井值X_log是上述物理参数与响应体积Vi乘积之和。即：

$X_{\log }=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i{V}_i$

X_log＝φX_wS_k+φX_wS_w+V_shX_sh+(1-φ-V_sh)X_ma

式中等号后第一项为油气对测量响应的贡献；第二项为含水对测井值的影响；第三项为泥质对测井值的影响；第四项为骨架测井值的影响。而采用差值法就有：

ΔX_log＝Δ(φX_wS_k+φX_wS_w)

就是说，如果在淡水地层(在中子测井上等效100％的纯油层)测量得到一条基线，那么地层由于注水，使测井响应值产生的差异，在理论上就只与孔隙流体中的含水饱和度及注入水的矿化度相关。

Claims (5)

1、一种氯能谱测井方法，其特征在于：采用热中子探测器和伽马探测器同时测量中子源子发射中子与地层作用后产生的热中子和弹性散射伽马信息，通过测量中子与中子伽马相对于饱和淡水或油地层的差异，求解出产层的视孔隙度和含水饱和度。

2、如权利要求1所述的一种氯能谱测井方法，其特征在于根据已知地层矿化度、孔隙度、岩性建立刻度模型井，在模拟条件建立视孔隙度关系函数，采用如下公式计算视孔隙度：Φ＝aG³+bG²+cG+d，式中：Φ是视孔隙度；a、b、c、d是拟和公式的系数，是使用的热中子和中子伽马测量仪器结构、精度的参数；G＝k₁Nz+K₂Nr，k1，k2是加权系数，Nz、Nr分别表示热中子和伽马氯能段测量的计数。

3、如权利要求1所述的一种氯能谱测井方法，其特征在于根据已知地层矿化度、孔隙度、岩性建立刻度模型井，在模拟条件建立含水饱和度关系函数，求含水饱和度，步骤是：

建立归一函数关系，对应地层，每一个中子测量值都有相应的氯测量值与其对应，在淡水地层中对应不同的空隙度，氯与中子的归一关系式；N’z＝K₁N_Cl+K₂，式中：K₁，K₂是拟合系数，N’z，N_Cl分别是测量的热中子和伽马氯能段计数值；

将测井所得氯计数值Nr代入上式得出归一的相应中子计数值N’z；

求氯曲线与中子曲线的双向归一差异值Dt＝N’z-Nz；

确定相对差△：

在对应地层孔隙度为φ时，含水饱和度Sw为100%时氯与中子的归一差D，其关系D＝KPΦ，式中：K是实验关系刻度系数，P是地层水矿化度；

求出相对差△＝1-Dt/D；

为了对不同的矿化度值给出一个统一的求解含水饱和度的公式，先对前面求出的△值作一个矿化度校正，关系式：δ＝△+RP+M，式中：R，M是实验关系系数，是使用的测量仪器结构、精度的参数；

含水饱和度Sw＝S₃δ³+S₂δ²+S₁δ+S，式中S₃，S₂，S₁S是实验拟合关系系数，是使用的测量仪器结构、精度的参数。

4、如权利要求1、2所述的一种氯能谱测井方法，其特征在于可以将视孔隙度Φ公式写成对数形式。

5、如权利要求1、2所述的一种氯能谱测井方法，其特征在于可以将Sw的三次多项式变为分段的直线函数形式。

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