元素俘获测井在绥中36-1油田的应用

任 宏，李 欣，穆贵鹏，郭喜佳

（中海油能源发展股份有限公司监督监理技术分公司，天津 300452）

元素俘获测井在绥中36-1油田的应用

任 宏，李 欣，穆贵鹏，郭喜佳

（中海油能源发展股份有限公司监督监理技术分公司，天津 300452）

由于井眼条件、钻井液等因素的影响，利用常规测井资料处理得到的岩性剖面会存在一定偏差，造成储层孔隙度计算不精确甚至流体性质判别失误。元素俘获测井（ECS）是斯伦贝谢公司研发的新一代测量地层元素的测井技术，利用其资料确定黏土含量及类型从而获得精确的岩性剖面，结合常规测井数据可以准确计算地层孔隙度，提高测井解释的符合率。介绍了ECS测井原理及其仪器参数，通过在绥中36-1油田的应用，阐述ECS的测井优势，对该技术的推广应用有着重要意义。

元素俘获测井；黏土含量；能谱；岩性识别；地层元素

由多种矿物构成的复杂岩性地层在对其进行岩性识别和地层评价时还存在许多困难，这主要是因为构成元素的种类比较复杂，同时测量各种元素相对困难。地层中的元素约有100多种，研究表明各种元素含量的分布极不均匀，其中前9种元素含量占地壳元素总量的98.13%，因此只要精确测量到这些元素的含量，便完全可以鉴别地层主要矿物含量。当矿物的化学成分比较稳定时，矿物中元素含量的百分比基本保持不变，元素俘获测井（ECS）正是基于这一地质基础，通过获取元素含量，经过一定的技术手段处理将元素含量转换成矿物含量从而为测井岩性评价提供丰富的内容，以满足地层评价的需要。

1 ECS测井原理

中子源向地层发射4 MeV的快中子与原子核碰撞被原子核吸收形成复合核，而后放出一能量较低的中子，原子核仍处于激发态。处于激发态的核常以发射γ射线的方式释放出激发能而回到基态,由此产生非弹性散射γ射线。ECS测量这些非弹性散射γ射线，它们在ECS信号中占15%。快中子经过一系列非弹性及弹性碰撞后，能量逐渐减小，当中子能量降至与组成地层的原子处于热平衡状态时，中子不再减速而变为热中子。原子核俘获热中子后变成高能态复合核，放出γ射线后回到基态。这些γ射线的数量和能量取决于特定的核，每一种核均有与众不同的俘获γ射线特征谱。通过测量这些γ射线可以获得有关原子核的信息，从而使我们了解这些相关物质的元素组成，这些γ射线在ECS信号中占85%。ECS测井可以得出H、Cl、Si、Ca、S、K、Fe、Ti和Gd等元素的相对产额，有了元素的相对产额，通过特定的氧化物闭合模型就能得到这些元素的百分含量，对于未测量的Al、Mg、Na等元素通过闭合标准化将它们和测量到的元素联系起来，进而由各种元素的丰度或浓度得到黏土矿物、钙质、石英、长石、云母以及菱铁矿、黄铁矿的含量。ECS测井资料通过解谱处理，可以为用户提供22种元素的含量，但在实际测井中提供给用户的是Al、Si、Ca、Te、S、Ti、Gd这7种元素的含量[1,2]。

2 ECS仪器结构及作业要求

2.1 ECS仪器结构

ECS 测井仪器由Am-Be中子源、BGO晶体探测器、光电倍增管、高压放大电子线路4部分构成（图1），ECS既可在裸眼井中测量，也可在套管井中测量，测井不受泥浆密度、流体类型和井眼状况影响。Am-Be中子源向地层发射4 MeV的快中子，诱发地层发生非弹性散射和热中子俘获效应。BGO晶体探头密度比较高，可以增强探测伽马射线的灵敏度[3]。ECS仪器参数见表1。

2.2 作业要求

（1）ECS必须使用偏簧进行偏心测量，以最大化地层信号。若泥浆矿化度很高，偏簧必须在ECS的上部和下部均放置。在大井眼、高矿化度井，ECS的测井速度必须降低到274 m/h以下甚至更低，以确保测量具有足够的统计精度[4]。

图1 ECS仪器构造图

（2）ECS仪器要始终用CO2冷却，因为BGO探头的能谱分辨率随温度的升高而下降。这一步骤在长时间作业或高温井中非常重要。

（3）在套管井中测量时，必须开启仪器的实时套管校正，同时ECS的测井速度必须降到274 m /h以下甚至更低。

（4）GR测量仪必须在ECS之上，上提测量时防止中子激发地层对GR测量造成影响。

3 ECS资料应用效果分析

地层划分一直是测井工作的首要任务，而要准确的划分层位、搞清地层的岩性是必不可少的。ECS探测的是地层元素的含量，通过氧化物闭合模型和综合处理解释可定量得到如下矿物含量：① 硅酸盐岩中有石英、燧石、钾长石、钠长石和钙长石；② 碳酸盐岩中有方解石、白云石、铁白云石、文石、菱铁矿、镁菱铁矿、菱镁矿和高镁方解石；③ 黏土岩中有伊利石、蒙脱石、高岭石、绿泥石和海绿石；④ 其他矿物有白云母、黑云母、黄铁矿、蛋白石、石膏、硬石膏、重晶石、赤铁矿、天青石和萤石。图2是绥中36-1油田M井1 348.0～1 367.0 m井段ECS成果图（ECS成果图的图头说明见表2），从图中可以看出该井段为砂泥岩剖面，从所测地层元素含量及综合处理解释来看，黏土含量主要以伊/蒙混层为主，其次是高岭石，绿泥石和海绿石含量较少。

表1 ECS测井仪器参数

图2 SZ36-1-M井ECS成果图

由于ECS能定量确定地层中的黏土体积，因此它能准确确定骨架密度，这对准确计算孔隙度有十分重要的意义。常规测井方法确定孔隙度时所用的岩石密度值是不变的，实际上骨架密度值随着矿物成分的不同而不同，利用ECS资料求取岩石骨架密度ρ的关系式如下：

式中：ρi— 第i种矿物密度；

Mi— 第i种矿物含量ECS可以获取地层元素和矿物含量，根据这些元素和矿物的含量可以获得较准确的泥质含量和骨架密度。图3是该井段常规测井与结合ECS资料解释结果的对比图。通过图3可以看出结合ECS资料算出的孔隙度和饱和度更加符合实际情况；地层渗透率取决于颗粒大小、分选度和孔隙度，

黏土含量相同类型不同时渗透率也有很大的差异，而常规测井只考虑黏土含量不能确定黏土类型，因此利用ECS提供黏土矿物含量及类型能很好的估算地层渗透率。综上所述ECS对评价油气层有重要的意义。

表2 ECS成果图图头说明

图4为N井1 360.0～1 570.0 m ECS成果图，从岩性图可以看出该层段为花岗岩剖面，其中DWNA、DWK、DWMG分别为钠、钾、镁元素的干重量，整体上硅元素含量相对稳定，其干重量大于0.3 kgf/kgf ，铁含量低，其干重量小于0.03 kgf/kgf。通过ECS特定计算模型得出石英质量分数为20%～40%（平均28.7%）、钾长石质量分数为0～25%（平均8%）、斜长石质量分数为0～80%（平均44.7%）、黏土矿物质量分数小于15%（平均6.1%）和暗色矿物质量分数为0～45%（平均12.2%），见图5。在岩性较复杂的花岗岩中，ECS能更准确的确定矿物类型及含量，结合常规资料能更有效的确定裂缝类型及其填充物、孔隙、含油性及渗透率等储层参数。

图3 常规解释（左）与结合ECS测井资料的解释成果（右）对比图

图4 SZ36-1-N井ECS成果图

图5 矿物质量分数

4 结论

由于ECS能确定黏土矿物类型，利用其资料对沉积环境的识别有重要的参考意义，陆相沉积地层区别于海相沉积地层的关键是含有较高的黏土矿物，如高岭石、蒙脱石等，而海相沉积地层含有较高的伊利石。

ECS作为一种新型的测井技术，基本测出了岩石骨架的全部成分，该测井方法提供了一种不受流体影响的判断岩性的手段，结合常规测井资料能得到更为准确的泥质含量、孔隙度、渗透率等参数，尤其在复杂岩性中表现的更为突出，为储层改造、开发措施的确定和对地下储层特征的正确认识提供可靠的资料。

[1] 刘绪刚．新一代元素俘获谱测井仪及其应用[J]．国外测井技术，2004，19（1）：26- 30．

[2] 钱建设，李惠．斯伦贝谢最新测井仪概况[J]．国外测井技术，2001，16（4）：45-47．

[3] Hertzog R. Geochemical logging with spectrometry tools[J]. SPE Formation Evaluation, 1989, 4(2): 153-162.

[4] 李军，田葱葱．元素俘获测井技术（ECS）在尕斯E32油藏的应用[J].青海石油，2006，24（3）：26-29．

本刊加入相关数据库的声明

Application of Elemental Capture Spectroscopy to Suizhong 36-1 Oil Field

REN Hong, LI Xin, MU Guipeng, GUO Xijia

（CNOOC Energy Technology & Services Ltd. Supervision & Technology Co., Tianjin 300452, China）

Infuenced by many factors, such as borehole condition and drilling fuids, the lithological profle obtained by the conventional logs will be in disagreement with the actual, resulting in poor accuracy in calculation results of reservoir porosity, and even failure in fuid property identifcation．ECS(Elemental Capture Spectroscopy) is a new well-logging technology developed by Schlumberger used for obtaining the formation elements, which can obtain accurate clay contents and clay types, obtaining better lithology profle. Besides, the ECS can be used to calculate the porosity accurately, improving the coincidence rate in logging data interpretation by combining with compensated density and compensated neutron log. In this paper, the principle and instrument parameters of ECS are introduced, and the advantage of ECS is described. Through application in SZ36-1 oil feld, it has proved that ECS is very successful in logging data interpretation, and signifcant in application.

ECS; clay concentration; spectroscopy; lithologic identifcation; formation elements

P631.8

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2013.04.070

国信息化建设，扩大本刊及作者知识信息交流渠道，本刊已许可《中国学术期刊

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《海洋石油》编辑部

2013年12月

1008-2336（2013）04-0070-05

2013-06-19；改回日期：2013-09-04

任宏，男，1984年生，工程师，从事测井监督工作。E-mail：renhong2@cnooc.com.cn。