产层评价测井

第三节产层评价测井产层评价测井，主要测量产层含油性、渗透性、油水界面变化等储层物性和流体性质的变化，可求解地层剩余油饱和度和渗透率等参数。对于已求解剩余油饱和度为主的测井方法，又称为剩余油饱和度测井，目前能够过套管测量的方法主要有中子寿命，硼中子寿命，C/O比测井，双源距C/O比测井（RST），脉冲中子能谱测井（PNDS），新型的即将商业应用的过套管电阻率测井，能够确定地层渗透率的地层测试器等。一、产层注水后岩石物理性质和测井响应特征变化1、地层水矿化度与电阻率的变化边外注水开发和盐水注水开发油田，其产层的地层水矿化度和电阻率的变化不大，而且其它参数变化也不大。对于淡水水注入开发油田，水淹后由于注入水驱替掉油层中的可动油和可动水占据了孔隙的一部分，从而使水淹层的孔隙水变为注入水和束缚水的混合物。地层孔隙中分别为剩余油饱和度SO，注入水饱和度Swj和束缚水饱和度Swi；若假定地层原生水的电阻率为Rwi；注入水的电阻率为Rwj；地层中混合液的电阻率为RZ，地层总的含水饱和度为Swt，则有：RwjRwiRwiRwjRwjRwiRtSwt图6-42水淹油层电阻率和含水饱和度关系曲线wjwiwtSSS(6-56)wjwjwiwiZwtRSRSRS(6-57)由式(6-57)整理可得地层水混合液的电阻率RZ：wiwiwtwjwiwtwiwjZRSSRSSRRR)(（6-58）代入阿尔奇公式得：))((wiwiwtejwinwtmwtwiwjtRSSRSSSRaRR(6-59)该式为淡水水淹油层的饱和度与电阻率关系式，由此可作出图6-42。当注入水的电阻率Rwj大于地层原生水的电阻率Rwi时，一开始随着注入水进入岩石，岩石的电阻率Rt是下降的，这主要是由于注入水先驱出大孔隙中的油，水的淡化，抵不上Swt的增加对电阻率的影响；但随着Swt的增加，Rt缓慢下降，直至Swt与Rt无关，接着Swt增加，对Rt影响很小；随着Swt的增加，Rt不仅下降反而开始上升，这一段表现为淡化水的电阻率起主要作用，形成U形曲线。因此对淡水水淹层，确定剩余油饱和度的关键是确定地层的混合水电阻率RZ。当Rwi=Rwj时，含水饱和度Swt和电阻率Rt符合阿尔奇公式。当注入水的电阻率Rwj小于地层原生水电阻率Rwi（盐水注入）时，若用Rwi代替RZ，用来计算地层的含水饱和度，则计算的含油饱和度偏大。2、产层物性与孔隙度测井响应的变化水淹后油层的物性发生了很大的变化，一般情况下，水淹后，油层的孔隙度由于注入水会冲洗掉一部分孔隙中的分散泥质储层的孔隙变大，从而引起渗透率增加。而对某些含有较多高岭土的地层，由于淡水会使粘土膨胀，也会引起地层孔隙变小，渗透率下降。经过长期水驱后，泥质被冲刷掉，物性一般呈增大变化。随着孔隙度和渗透率的增大，一般使声波时差增大，密度测井减小、中子测井增大。具体的油田可能会有所不同。3、粘土、润湿性、孔隙结构等微观特征与测井响应的变化水淹后油层的粘土矿物组分和含量会发生变化，粘土含量整体下降，蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石、伊蒙间层、绿蒙间层等的相对比例也会发生变化。这与各类粘土矿物的分布形式有关。润湿性经过长期水驱一般向着脱附方向变化，即一般向着亲水方向转化。相应地，孔隙结构会发生变化，一般由复杂向简单变化。核此共振测井、自然伽马测井、自然伽马能谱测井会产生相应的变化。这些变化可以通过薄片（铸体薄片）X—衍射、压汞等岩心分析实验得以验证。二、常规电阻率测井确定剩余油饱和度由于水淹地层的地层水矿化度难以确定和泥质的影响，使利用电阻率测井资料确定地层的剩余油饱和度变得很困难。其主要问题有：1）泥质的存在使得利用纯砂岩建立的阿尔奇公式不适用于薄的地层和含泥质较多的厚地层段；2）阿尔奇公式中的n不是常数，而是和地层的孔隙弯曲度及泥质含量有关的变量；3）水淹油层的地层水混合液的电阻率难以确定。但在开发后期，由于已经对开发油田的地质和油层物性方面的性质比较了解，如已有较多的地层水分析资料，已有较准确的确定油层原始地层水电阻率的经验方法。因此电阻率测井仍不失为一种有效的方法。若油层某一时期的地层水电阻率为1wR由水样分析资料，或经验方程确定)，泥浆滤液电阻率为1mfR，测井测的自然电位为SP1，则有：111lgwmfRRkSP(6-60)若油层的岩性不变，目前地层水混合液的电阻率为2wR，泥浆滤液的电阻率为2mfR，测井测的自然电位为SP2，则：222lgwmfRRkSP(6-61)合并式(6-60)和(6-61)，可求得目前地层水混合液的电阻率2wR：KspSPmfmfwwRRRR21101212(6-62)由此应用阿尔奇公式求得剩余油饱和度。对电阻率曲线进行标准化后，采用电阻率时间推移技术（不同时间测量两次电阻率）计算水淹层目前的含水饱和度2wS。若时刻1，油层的地层水电阻率为Rw1、原状地层的电阻率为Rt1，则有：111twnwRRFS(6-63)若由(6-62)式计算的油层的地层水混合液电阻率为2wR，目前原状地层的电阻率为Rt2，则有：222twnwRRFS(6-64)由式(6-63)和(6-64)得：nwtwtwwRRRRSS122112(6-65)由此，利用时间推移法求出目前含水饱和度。1wS为储层时刻1的含水饱和度，通过岩心分析资料或Archie公式计算，若取油层原始状态为时刻1，则wirwSS1。应用电阻率时间推移具有以下优点：1）充分利用了Rmf已知的条件；2）不需要知道m，a的具体值，避免了地层因素计算不准确造成的误差；3）采用井下刻度方法，充分利用了已掌握的油田地质和测井资料。三、中子寿命测井确定剩余油饱和度中子寿命是指热中子从产生的瞬间起到被吸收的时刻上所经过的平均时间，它等于热中子已有63.3%被吸收所经过的时间，热中子寿命和地层宏观截面的关系为：)(1秒V(6-66)式中V为热中子的速度，热中子的速度和环境的绝对温度T有下例关系：)/(1028.14秒厘米TV因此当温度为室温(25℃)时，T=298，可得：V=2.2105厘米/秒，则得：)(55.41s(6-67)地层对热中子的俘获特性，是由组成地层的各种元素对热中子的俘获特性所决定的，因此，地层的岩石骨架成分、胶结物成分及孔隙中所含流体的成分和体积百分数都影响着地层对热中子的宏观俘获截面值。在含泥质的储集层中，其测井响应方程可以写成如下形式：shshho)1()1((6-68)式中，t、wa、w、ho、sh分别表示地层、岩石骨架、地层水、原油以及泥质的宏观俘获截面；φ为地层孔隙度；Vsh为泥质相对体积；Sw为地层含水饱和度。经整理，由上式可以得出含水饱和度的计算公式：)()()(howshmashhomamatwVS(6-69)而剩余油饱和度则为：worSS1(6-70)由式(6-69)可以看出，要直接用这个公式准确地确定出含水饱和度是很困难的，因为它涉及到要对式中7个变量作出精确的估算。目前，利用中子寿命测井确定剩余油饱和度，都是采用“测—注—测”技术。SoSr①水驱油模型②化学剂驱油模型Sor=0图6-43中子寿命测—注—测示意图用注水驱油的“测—注—测”技术的原理如图6-43（左）所示。首先在原生地层水的条件下进行测井，设测得的宏观俘获截面为t，而原生地层水的宏观俘获截面为w1。接着，向井周围的地层注入对比盐水，设其宏观俘获戴面为w2。然后，再进行一次中子寿命测井。设得到的宏观俘截面为t2。再次测井，得到两个类似的响应方程，由两者之差，消掉其他变量与参数，得到：)(11212wwttorS(6-71)式中，φ—孔隙度，可以根据岩心分析或其它测井方法确定。实践证明，当孔隙度的精度较高，且注入的盐水与原生地层水的矿化度差别较大时，由这种方法能够获得精度较高的orS值。在应用盐水“测—注—测”的基础上，进一步用化学剂驱油的“测—注—测”技术如图6-43（右）所示。在注水驱油后，孔隙中存有剩余油饱和注入的盐水。现设法应用化学注入技术，把井筒周围的油再100%地驱走。然后，重新注入宏观俘获截面仍为w2的盐水，再进行第三次测井，设测得的地层宏观俘获截面为t4。然后再向地层注入宏观俘获截面与原生地层水宏观俘获面w1相同的水，并进行测井，得地层宏观俘获截面t3。那么，可由下式确定孔隙度，即：1234wwtt(6-72)因此，勿需知道孔隙度，就可以确定出剩余油饱和度，即：)(13412ttttorS(6-73)当然，如果使用宏观俘获截面为w1的氯化烃把油从井筒周围驱走，就勿需再用w1的水冲选了。因此，上述步骤可以省去一个，这就是所谓的“测—注—测—注—测”技术。如果注入水的俘获截面w2与剩余油的俘获截面h相等，那么，计算剩余油饱和度的公式可写成2313ttttors(6-74)四、脉冲中子能谱测井1、碳氧比测井的物理基础碳氧比测井仪每隔50微秒向地层中发射能量为14MeV的快中子。由于中子是不带电的中性离子，中子与地层的相互作用都为中子与地层元素的原子核之间的作用。在作用过程中，由于中子能量和靶核的质量各不相同，产生几种不同的反应，大体有下面几种：1）非弹性散射；2）弹性散射；3）俘获反应。其中的非弹性散射和俘获反应放射出不同能量的伽马射线，碳氧比测井仪通过记录地层中各种元素的非弹性散射和俘获射线的数量来反应地层中各种元素的含量。各种元素的非弹性散射谱和俘获谱如下；非弹性散射谱：Si：1.528MeV—1.945MeV，O：4.862MeV—6.633MeVCa：2.500MeV—3.334MeV，C：3.195MeV—4.654MeV俘获谱：Si：3.195MeV—4.654MeV，Ca：4.862MeV—6.633MeVH：2.014MeV—2.431MeV，Cl：4.654MeV—6.599MeV碳氧比测井通过测量地层中各种元素的丰度来计算水淹地层剩余油的多少。碳氧比仪器主要记录C/O比，Si/Ca比，Ca/Si比三条曲线。其中C/O比和Ca/Si比为非弹性俘获曲线，Si/Ca比为俘获曲线。由于地层中的氯元素主要和中子发生俘获辐射反应，因此利用C/O比和Ca/Si比计算剩余油饱和度不受地层水矿化度的影响。而Si/Ca比曲线为俘获记数，Ca俘获能窗大部分和氯元素的俘获能窗重合，因此，利用C/O比和Si/Ca比计算的剩余油饱和度要受到地层水矿化度的影响。2、利用碳氧比计算地层含油饱和度的方法目前在砂岩地层普遍应用的是用C/O比和Si/Ca比计算水淹层的剩余油饱和度。利用C/O比和Si/Ca比计算水淹层的剩余油饱和度的公式为：oCODWCaSikOCS/11//(6-75)其中，OCD/—为纯油层、纯水层的C/O比值的差值，它为孔隙度的函数：11.1/6.0OCD。C/O—目的层的C/O比值，Si/Ca—目的层的Si/Ca比值，W1—C/O比和Si/Ca比交会图上水线在C/O轴上的截矩。K1—C/O比和Si/Ca比交会图上水线的斜率。公式(6-75)的基础是C/O比和Si/Ca比交会图(如图6-44)。该图是ATLAS公司利用测井仪器测量实验室中充满淡水和油的砂岩、灰岩、白云岩而建立的。该公式假设所有的水线都落在一条直线上。且其余混合岩性的岩石都落在两种岩石点的联线上。硅钙比图6-44C/O和Si/Ca比交会图3、碳氧比测井曲线的环境影响校正K1和WL参数的影响对特定的地区，一般用多个水层的C/O和Si/Ca比点在C/O和Si/Ca交会图上，然后采用拟合的方法找出水线，确定WL和K1值，K1和WL的误差会引起计算的含油饱和度的误差。泥质的影响在泥质含量高的储层中。泥质的影响主要有二个方面。一是富含有机质的泥质含有大量的有机碳，使地层的C/O比值增高，从而使计算的地层含油饱和度偏大。另一方面是