RPM碳氧比测井资料解释软件研发

时间：2024-09-03

郑永建,李家骏,郭海敏,曾桃

(1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东湛江524057;2.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室,湖北武汉430100;3.长江大学地球物理与石油资源学院,湖北武汉430100)

0 引言

碳氧比测井技术可以确定套管井剩余油饱和度,是油田油藏动态监测的重要手段,并对水淹层的判别及裸眼井中低电阻率油层的识别等问题具有一定指导意义[1]。由于海上油田生产管柱结构复杂,以斜井为主,碳氧比测井解释结果常常存在较大的误差。同时海上油田缺乏完备的RPM碳氧比测井资料处理解释软件,解释和处理一般由服务公司完成后提交处理成果,制约了该技术与其他测井资料的同步结合,给地质、油藏研究带来了极大不便。因此,本文开展了RPM碳氧比测井资料解释软件的研发工作,并在AECOLog测井解释软件平台上使用Qt开发框架实现了工业级的数据处理解释软件。

Qt是基于C++的跨平台图形界面程序开发软件,具有跨系统平台移植性,可提供“一次编写,随处编译”的开发框架[2-3]。可提高对象处理的灵活性与多样性,形成的软件系统也具有良好的可移植性。因此该解释系统具有操作方便,处理速度快等特点,在提供准确的处理成果的同时,也为实际生产使用提供了极大的便利。

1 RPM碳氧比测井资料解释流程

1.1 曲线预处理

深度校正。以原始地层自然伽马曲线为准,RPM-C/O测井前应进行RPM-PNC测量,用SGFC与原始自然伽马校深,进而使RPM-C/O测量的CCL深度与RPM-PNC测量的CCL深度一致以保证深度的准确性。

合并曲线。对于碳氧比测井来说,因为测量过程中存在一定的计数统计涨落误差,故使得最终测量得到的曲线存在较大的误差和噪声。RPM碳氧比测井是多趟多次测量,为了合理的利用数据通常是需要对多次测量的曲线进行合并滤波处理。

针对不同的曲线质量情况,所研发的RPM测井解释软件为用户提供3种合并处理方法。当多趟测量曲线质量均较好时,可以使用常见的均值法进行曲线的合并处理;当多趟测量曲线中有1趟测量或2趟曲线异常时,使用中值法进行曲线的合并处理;若所测量的多趟曲线中仅有1趟或2趟曲线质量较好,则可以选用测量质量好的一条曲线为基准曲线,使用皮尔逊相关法根据阈值选取其他曲线数据进行均值合并处理。可一键处理长短源距的所有曲线合并处理,提高了数据处理的效率。

1.2 影响因素校正

碳氧比测井仪器所发射的14 MeV的快中子需要穿透仪器的外壁、油管、套管和水泥环等介质才能到达地层[4]。会受到套管尺寸、水泥环厚度、泥质含量、矿化度、环空流体和钻井液侵入等对测量结果的影响。在实际进行解释处理时,需要对其环境影响因素进行校正。该系统提供了6种影响因素的校正方法。

1.2.1 套管尺寸校正

套管往往影响非弹性散射碳氧比值、俘获硅钙比值和非弹性散射钙硅比值等,从而影响所计算的含水饱和度。为了校正管柱对含水饱和度的影响,在归一化解释模型的基础上得到了含水饱和度计算公式

(1)

式中,C/Oc为经校正后非弹性散射碳氧比值,无量纲;C/Ow为100%含水地层非弹性散射碳氧比值,无量纲;ΔC/O为100%含油地层与100%含水地层非弹性散射碳氧比差值,无量纲;M为ΔC/O乘法因子,表征碳氧比曲线对地层中碳与氧原子数比的灵敏度,随着套管尺寸变大而变小。

1.2.2 水泥环厚度校正

水泥环的厚度往往也会影响含水饱和度的计算,根据Atlas实验室刻度6.625 in[注]非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同,套管充淡水得到视含油饱和度Soa与真含油饱和度Sot的图版,通过线性插值得到不同水泥环厚度下Soa与Sot的关系进行校正[5]。

图1 不同水泥环厚度下视含油饱和度Soa与真实含油饱和度Sot关系图版(Atlas)

如图1所示,随着水泥环厚度的增加,视含油饱和度乘法因子随之增加。根据图版中的函数关系式,可以得到视含油饱和度和真实含油饱和度存在关系式

Sot=k×Soa

(2)

k=0.01091h2+0.076448h+1

(3)

式中,Soa为视含油饱和度,%;Sot为真含油饱和度(经水泥环校正后的含油饱和度),%;k为校正系数即斜率,无纲量;h为水泥环的厚度,in。

1.2.3 泥质含量校正

在砂泥岩地层剖面中,泥质含量中的有机碳和束缚水中所含的氢元素往往都会对测量的碳氧比值均有影响[6],所研发的RPM测井解释软件提供了2种泥质校正的方法。

(1)在分析砂泥岩骨架的碳氧比值和泥质含量的关系时,根据节选出的纯泥岩层数据,进行多元线性回归分析得到砂泥岩骨架的碳氧比值和泥质含量的关系[7]

(4)

式中,C/Oma为砂泥岩骨架的非弹性散射碳氧比值,无量纲;Vsh为地层的泥质含量值,小数;a为拟合所得到的二次项系数,无量纲;b为拟合所得到的一次项系数,无量纲;c为拟合所得到的常数项系数,无量纲。

当Vsh=0时,即为纯砂岩层时,C/Oma=c。

一般当Vsh<-b/2a时,碳氧比值均低于纯砂岩层的碳氧比值,所以

(5)

将测量的碳氧比值恢复到纯岩性骨架点上,即对碳氧比值进行泥质含量校正的公式为

C/Oc=C/O+ΔC/O

(6)

式中,C/O为实测的非弹性散射碳氧比曲线值,无量纲。

(2)图2为改进体积模型(双水模型:可动水和束缚水),考虑到束缚水的影响,得到改进体积模型见式(7)

(7)

式中,φwb为束缚水孔隙度;m、n均为校正系数,由实际资料拟合得到。

图2 储层组成双水模型示意图

1.2.4 矿化度校正

当矿化度较高时,俘获硅钙比曲线受矿化度影响严重。通过Atlas实验室确定的校正图版(见图3),通过插值计算可以得到不同矿化度下俘获硅钙比与孔隙度的关系,对俘获硅钙比进行校正[5]。

图3 不同矿化度下硅钙比值与孔隙度的关系图版(Atlas)

根据图版可得硅钙曲线和孔隙度到在矿化度为0和230 000 mg/L时的关系

0 mg/L: Si/Ca=0.0014φ+1.309

(8)

230 000 mg/L: Si/Ca=-0.0065φ+1.309

(9)

由此可以刻度得到不同矿化度情况下的矿化度校正公式

(10)

式中,Si/Ca为俘获钙硅比值,无量纲;Si/Cac为校正后的俘获硅钙比值,无量纲;Ct为地层水的矿化度,×104mg/L;φ为孔隙度,小数。

1.2.5 环空流体校正

当套管和油管之间的环空空间中存在环空流体油时,在测井曲线上会导致碳氧比值呈现“台阶式”增大的现象,碳氢比曲线所受影响较小。基于碳氧比的流体灵敏度应大于碳氢比,提出利用二者的灵敏度差异反映井眼环空持率的变化。

(11)

由式(11)推导可得出

ΔS(C/Omax-C/Omin)+C/Omin-

(12)

式中,ΔS为二者的灵敏度差异值,无量纲;C/H为实测非弹性散射的碳计数率与俘获的氢计数率的比值,无量纲;C/Omax为非弹性散射碳氧比曲线的最大值,无量纲;C/Omin为非弹性散射碳氧比曲线的最小值,无量纲;C/Hmax为碳氢比曲线的最大值,无量纲;C/Hmin为碳氢比曲线的最小值,无量纲。

由式(12)可知,碳氢比和碳氧比曲线存在比较好的线性关系,假定其如式(13)所示

C/O=a×C/H+b

(13)

则针对于未受环空流体影响层段不同的深度点应存在关系

(14)

式中,C/On为不同深度点的实测非弹性散射碳氧比值,无量纲;C/Hn为不同深度点的实测非弹性散射的碳计数率与俘获的氢计数率的比值,无量纲;an为不同深度点拟合线性关系的斜率,无量纲;bn为不同深度点拟合线性关系的截距,无量纲。

通过解超定方程组得到最优解的a和b的值,输入到解释参数中,可通过实测碳氢比曲线计算出一条经过环空校正后的碳氧比曲线,进行含水饱和度的计算。

1.2.6 钻井液侵入校正

由于钻井过程中存在压差导致钻井液滤液侵入地层,改变了周围井眼的物理特性,从而导致钻井液侵入前后测得的响应值存在差异。

一般SVD法在这里给出了矩阵条件数小于等于SNR的限制,避免了解的不稳定性。根据体积模型得到侵入前后含水饱和度关系式并对含水饱和度直接进行校正[8],如式(15)所示

(15)

式中,Swc为钻井液侵入前的地层含水饱和度,%;Sw为钻井液侵入后的所计算的地层含水饱和度,%;r为侵入深度(可由电阻率曲线校正图版或者渗流资料计算得到)[9-10],m。

1.3 饱和度计算

经过环境校正后所得到的非弹性散射碳氧比值、俘获硅钙比值和非弹性散射钙硅比值可以计算储层的含水饱和度(含油饱和度)信息。考虑到环境影响、地层孔隙度和岩性的变化,该系统提供了3种含水饱和度的计算方法,分别是Si/Ca—C/O交会图法、Ca/Si—C/O交会图法和扇形图版。

1.3.1 Si/Ca—C/O交会图法

Si/Ca-C/O交会图法是根据实验室的非弹性散射碳氧比值和俘获硅钙比值作交会图版所得到的含油饱和度的解释公式[5],如式(16)所示

(16)

式中,So为计算的含油饱和度,%;φ为地层的孔隙度,小数;Si/Ca为俘获硅钙比值,无量纲;C/O为非弹性散射碳氧比值,无量纲;kw、Lw为分别非弹性散射碳氧比值和俘获硅钙比值交会水线的斜率和截距,无量纲。

1.3.2 Ca/Si—C/O交会图法

Ca/Si—C/O交会图法同样也是根据实验室的交会图版所得到的含油饱和度的解释公式[5],如式(17)所示

(17)

式中,Ca/Si为非弹性散射钙硅比值,无量纲;kwcs、Lwcs分别为非弹性散射碳氧比值和钙硅比值交会水线的斜率和截距,无量纲。

1.3.3 扇形图法

扇形图版法是通过孔隙度与碳氧比值关系模拟图版建立碳氧比解释的模型,通过100%含油和100%含水2种临界条件,得到纯油地层和纯水地层的碳氧比差值ΔC/O。根据简单线性解释方法含水饱和度的归一化对Sw的计算公式进行了改进[见式(1)] 。

2 解释与应用效果

RPM解释软件整体分为碳氧比测井预处理、影响因素校正和碳氧比测井含水饱和度解释3个部分。其中,预处理部分完成对测井数据的曲线深度校正、合并滤波等功能;碳氧比测井含水(油)饱和度解释主要提供环境因素校正和3种含水(油)饱和度解释方法。

图4 碳氧比测井解释处理成果

图4是某区块A井的碳氧比解释处理与取心资料对比结果图。其中红色的饱和度曲线(SWCO_S)为利用该RPM软件解释处理所得,与Express软件处理的含水饱和度曲线(SOCO)基本一致,绝对误差均小于8%,相对误差小于0.5%。

从取心资料分析,所计算的含水饱和度值与取心岩样分析基本吻合,符合率达85%以上。

其中,第1道是井径、自然伽马曲线;第2道是电阻率曲线;第3道是经本文解释软件预处理后得到的碳氧比和硅钙比曲线;第4道是深度;第5道是饱和度曲线,其中红色曲线为该RPM解释软件所计算的含水饱和度曲线,绿色曲线为Express处理的含水饱和度曲线,蓝色为裸眼井计算的含水饱和度曲线;第6道是该RPM解释软件的含水饱和度曲线和密闭取心资料对比;第7道为碳氧比测井解释计算的纯油纯水线;第8道为岩性剖面曲线。