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尋找丟失的信息(一)

尋找丟失的信息

新型快中子截面測量儀量化氣體體積,實現完整的套管井地層評價。

來自 | E&P
編譯 | 白小明

在20世紀60年代早期,套管井測井主要采用中子俘獲截面測井(sigma logs),該測井數據對地層氯含量(主要是氯化鈉)敏感,可用于計算地層含水飽和度。另外脈沖中子測井可以測量液體孔隙度,標準的伽馬射線測井可用作確定套管井或裸眼井的巖性。在20世紀70年代,碳/氧比測井(即快中子非彈性散射伽馬能譜測井)的首次應用,使測量含淡水或者鹽度未知地層的含油飽和度成為可能。利用碳/氧比測井數據,巖石物理學家就能夠量化構成巖石基質的元素含量,如可以確定硅-石英、鈣-方解石、以及鐵-粘土體積的關系。

過去的40年,經過工具的多次更新換代,套管井測井系列產品得到了極大地改進,但其本質的物理測量數據仍未變。雖然可以將測量含氣地層孔隙度的套管測井與中子密度測井結合來測量裸眼井含氣地層的體積密度,但仍然缺乏能夠單獨精確測量含氣地層孔隙度的套管測量儀。缺乏這種孔隙度測量儀,除非有關于孔隙度的外部數據,如裸眼測井數據,否則套管井的地層評價可能比較模糊。

如今,作業公司通常傾向于在新井固井后進行地層評價。在許多情況下,在井還未鉆達設計井深時,作業公司就已經做出了下套管的決定。

不管從經濟還是安全的角度,套管井地層評價技術都是不錯的選擇,它可以節約鉆機成本,避免測井工具在裸眼,尤其是長水平段裸眼的相關風險。

新型套管井孔隙度測量儀

無法測量地層的氣體含量,已成為開展套管井地層評價的最大挑戰。自20世紀60年代以來,伽馬-伽馬密度測井數據就開始用于裸眼地層評價,并結合與傳統中子-密度測井的氣體交叉效應,來識別含氣層(圖1)。

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圖1 最右邊顯示了FNXS數據,該值僅對氣體敏感。經典的氣體交叉效應(黃色陰影),可以較容易地區分裸眼井的液體孔隙度和氣體孔隙度,與低FNXS讀數關聯較好。在低孔隙度地層與含氣地層,中子俘獲截面(Sigma)、中子密度和非彈性計數率比等讀數統一。然而,盡管在低孔隙度地層和充滿液體的孔隙地層FNXS讀數一致,但在含氣地層讀數低很多,從而可以利用這一點來識別氣體孔隙度。

為了彌補這近40年的技術差距,斯倫貝謝于2015年研發和推出了第一套用于套管井地層評價的新型測井儀,即快中子截面(FNXS)測井儀,相比體積密度,這種測井儀與原子密度關系更大。氣體體積的測量基于非彈性截面,但此數據對于不同元素而言差異很小,不同于俘獲截面。由于單位體積的巖石、油和水含有的原子數量接近,因此FNXS測量儀對巖石和液體的響應是一致的。然而,氣體的原子密度值很低,因而FNXS值非常低,易識別。因為新的測量儀只對氣體敏感,因此結合其他的套管井測距數據,可以計算氣體體積和總孔隙度。

通過將中子孔隙度確定的液體孔隙度和FNXS氣體體積相結合,FNXS測井儀也可以僅使用采集自套管井的數據來獲得總孔隙度。因此,FNXS測井可以替代密度測井,而且比套管井密度測井更強大。

FNXS工作原理

FNXS數據通過創新的脈沖中子工具測得,此工具也可以測量傳統的中子俘獲截面、孔隙度、碳/氧比和捕獲光譜數據。所有這些能力均集中在一個工具上,這意味著在套管井內下入單個硬件就可以完成整套地層評估工作。

為了解釋FNXS的工作原理,先看圖1,其右側的套管井數據與左側的裸眼井數據匹配得很好。Sigma與電阻率關聯得很好,伽馬射線和中子密度在裸眼的響應與套管井的響應匹配。然而,密度數據不匹配,或者更重要地,含氣地層和低孔隙度地層間沒有獨特的響應差異。套管井數據圖最右邊顯示的最新獲得的FNXS數據,正好提供了缺失的信息。注意,在中子密度交叉效應指示的含氣區(即裸眼數據一側的黃色陰影部分),FNXS讀數較低。另外,在液體孔隙區和低密度地層,響應是一致的,這表明該數據只對氣體敏感。

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圖2 左圖顯示,非彈性比率和中子孔隙度非常類似,因而無法結合兩者來識別氣體。右圖比較了中子密度和FNXS數據。FNXS對氣體的響應非常獨特且與孔隙度無關,而液體孔隙度和巖石的FNXS數值類似,這使其很容易識別含氣層。

圖2展示了FNXS數據可以不依賴裸眼或者外部信息來識別地層氣。左圖展示了非彈性比率與中子密度的關系。盡管關聯性不夠完美,但二者對氣體和對低孔隙度地層的響應類似。右圖顯示,FNXS僅響應氣體,只要孔隙充滿液體,FNXS對孔隙度的變化幾乎不敏感。

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圖3 通過對比裸眼井(左)和套管井(右)的巖石物理學數據分析,盡管采用了不同的輸入數據進行解釋,計算的孔隙度和流體體積仍然匹配較好。僅使用采集自套管井的數據即獲得了左邊的結果。

在圖3的套管井分析中,液體孔隙度由中子孔隙度數據推算得到,而氣體體積由FNXS采用標準的解釋模型(使用傳統的套管井測量數據)推算得到。將液體孔隙度與氣體體積相加,即得到了與裸眼井分析圖中顯示的采用中子和密度測井測得的相同的孔隙度。裸眼井的含水飽和度由電阻率確定,套管井由sigma確定。如果地層水鹽度較低或者未知,可以使用碳/氧比或總有機碳來確定含油飽和度。然而,在圖中的情況下,地層水為鹽水,因此使用sigma更容易計算飽和度。

盡管可以使用傳統的套管測井數據,結合裸眼密度測井數據來對套管井進行解釋,但FNXS技術取得的突破是無需采集裸眼井數據。

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