气体介质钻井条件下测井资料分析与数值模拟.pdf

8 4 石油天然 气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0 年 1 o 月第3 2 卷第 5 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y j ． J P I O c t ． 2 0 1 0 V o ． 3 2 N o ． 5 气体 介质钻 井条件下测井资料分析与数值模 拟 张占松 ，张超谟 油气资源与勘探 技术教育部重 点实 验室 长江大学 ， 湖北荆 州4 3 4 o 2 a [ 摘要]由于现有仪器都是相对于传统的液体泥浆环境条件设计和刻度的，当井孔介质为气体时，现有仪 器不 能直接适用。采用不 同井眼介质 测 井资料 的对 比分 析方 法，分 析 了气体 井眼介 质条件 下 自然伽 马、 密度和补偿 中子测 井 资料 的 响应 特 征，提 出 了气体 钻 井测 井 资 料 的 密度 和 中子 测 井校 正方 法。采 用 Mo n t e C a r l o数值模 拟方法对液体和 气体介质补偿 中子测井进行 了数值模 拟，分析 了井眼介质不 周时的探 测器热 中子通量 同源距乘积与源距的关 系、热中子计 数率随孔 隙度 变化 规律、长 短源距 热 中子计 数率关 系以及长短源距热 中子计数率比值关系，验证 了气体 井眼介质条件下 实际测 井响应特征 。 [ 关键词] 气体介质钻井测井 ；自然伽马测井；补偿 中子测井；密度 测井；数值模拟 [ 中图分类号]P 6 3 1 ． 8 4 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 0 o 5 0 0 8 4 一 o 6 气体介质钻井是指钻进过程 中井筒内循环介质为氮气 、天然气、雾、泡沫或空气的轻质低密度钻井 介质的欠平衡钻井技术，目的是更有效地保护油气层 ，节约泥浆费用 ，缩短钻井周期 ，降低钻井综合成 本 。气体介质条件下测井是在气体钻井条件下不将气体替换为泥浆 或原油而直接进行测井作业 ， 获取测井资料并用于储层评价 。 由于现有仪器都是相对于传统 的液体泥浆 环境条件设计 和刻度 的，当井筒环境为气体介 质时 ，仪器 的参数 如 源距 和刻 度环 境 参 数 等 已经不能直接适应 ，从而使测井值不能反映地 层特性 。电阻率和声波等测井方法不能直接使 用；补偿 中子测井资料与常规泥浆条件下的资 料差别极大 ；密度测井 、自然伽马测井等也不 同程度 的 受测 量 环 境 的影 响 。导致 了 储 层 孔 隙 度参数计算 的可靠性受 到严重影 响，无法满足 油气储层 评价 的基 本要求 。 1 自然伽马测井对 比分析 图 1是包浅 1井在 油和气两种介质条件下 测井测量 结果 的对 比图。从 图 1中可 以看 出， 两种介质条件下 的 自然伽 马曲线基本重合 ，但 在高值部分 ，气体介 质条件 下的 自然伽 马值 比 油介质 条件下 的值大 ，且 随着伽 马值 的增大 ， 差别也越大。原 因是 在其他井 眼条 件相 同的条 件下，油的吸收系数 比气要大L 3 ] 。 图 2是包浅 1井在两种介质条件下 自然伽 自然伽马对比 深 井径对比 密度测井对比 自然伽 马 气 井径 气 密度 气 0 AP I 2 0 0 度 5 j n 1 5 1 5 g ／ c m3 3 ￡ | 然1 加马 油 l 井 径 j 由 密层 E 油 I O “ L P I 1 2 0 0 m I 5 I 5 g ／ B m3 3 5 i n - - -- ● ⋯_● - _ -● _ _ ● ⋯ - ●● - ⋯● l i I J 雏 - 一 r 。 ‘ 王 1 3 9 0 L S J 、 _f- ， - ． ． f f ‘ - ～ -一 、 ． L 一 I L r 、 ， 一 l ， J ， I 1 4 0 0 l I - l I J ， 2 J ／ 【 r 一 - - 五 I 1 ＼ l r ． C i 1 41 0 I ’ ， 、 ． ’ r ‘ 一 墨 5 ～ L 1 L I l ● 、 一 ’ 1 一一 ． r I - J ， f 1 圈 I 包浅 1井测井 曲线 图 [ 收稿日期]2 0 1 0 一 o 9 一 o 3 [ 基金项目】中国石油科技创新基金项目 Z 0 0 8 D - 5 0 0 6 0 3 一 o z 。 [ 作者简介】张占松 1 9 6 5 一 ，男。 1 9 8 7 年江汉石油学院毕业， 博士，教授。现主要从事解释与测井地质研究与教学工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 5期 张占松等 气体介质钻 井条件下测井资料分析与数值模拟 马测井的对比分析图 ，它们的相关性非常好。两种介质条件下伽马值的差值随着伽马值的增加也逐渐增 加 。 2 密度测井对比分析与校正 测井测 出的密度 值受 到 多种 因素 的影 响 ，井 眼 扩大 或井 壁不规 则 对密度 测 井 曲线 有严 重影 响 ，往往 使密度测井 曲线陡然下降，测出的密度值明显偏低 。一般采用逐点检验和校正方法来近似地消除这种 影 响 。 3 5 0 3 0 0 蛊2 5 0 耋2 0 0 翟1 5 0 1 0 0 5 0 O ．． ． 舅 ▲J u 一● 一 一▲一 ， - O 5 O 1 0 0 l 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 油介质自然伽马 ， Ap I 图 2油与气井眼介质 自然伽马测井结果对 比 ● ．_ P r ◆ ◆ ● ◆ 土 ● - ’ ． ▲ ● ； ● ‘ } T ◆ ●， ’ ▲ ．．．_ ． ． 1 ．4 1 ．6 1 ． 8 2． 0 2 ． 2 2 ． 4 2 ． 6 2． 8 3 ． 0 油介质密度／ g ． c m 。 图 3 油 与气 井眼介质密度测井对比 图 1 说 明两种 介 质条件 下 的补偿 密度 测井 值在 扩径 井段 或井 壁不 规则 处不 一致 ，一 般表 现 为两种 密 度值都会降低，气体介质条件下的密度测井值 比油介质条件下的密度值降低的更多 ，且这种减小量一般 不与扩径大小成 比例。说明在这些井段，仪器极板贴井壁不好 ，导致理论值与实际值之间存在差异。图 3是包浅 1井两种介质条件下的密度测井交会图 ，在高值部分两种情况具有很好的一致性 ，而在低值部 分 两者存 在一 定 的差别 。 采用 以下 方法 对密 度测井 曲线进行 编辑 校正 1 计算 解释 层段 地层 密度 的下 限值 p m i 一 V h lD h 1一 V h lD P 1 式中， m 为泥质密度 ， k g ／ m。 ； 为地层的泥质含量， ； 为解 释层段 中孔隙度最大 的纯地层 密度值 ， k g ／ m。 。 2 进行逐点检验和校正 。 当测得的实测密度值 p b P i 时 ， 仍 取原 p b 值 。 参 数 P n 和 P 可 以在 处理 井段 附近 井径 规则 处 的密度 测井 曲线 上选 取 ， 而 V 则 可 以用 自然伽 马曲线 求取。 图 4是包浅 1 井密度曲线编辑结果 ， 编辑后 的曲线更加合理。 3 中子测井的对比分析 3 ． 1实测资 料分析 分别在 3口井进行了气体介质为天然气 、氮气和空气的补偿 中子测井 ，同时还在这 3口井中进行了 油和淡水介质条件下的补偿中子测井。比较同一井中不 同井眼介质 的测井结果 图 5 ，发现有以下几 O 8 6 4 2 O 8 6 4 3 2 2 2 2 2 l l l 量 ． 暑 ／ 静螟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 石 油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0年 1 O 月 个方 面的特 点 ① 两 种 介 质 条件 下 补偿 中 子测 井 值存 在较大 差别 ，大 部 分井 段 测 井 曲线 形 态 相 似 ，在扩 径 井 段 出现镜像 现象 。② 在 油 介 质条 件 下 ，长 源距 计 数 率一般 在 0 ～ 4 0 0 0范 围 ，短 源 距 计 数 率 一 般 在 0 ～ 5 0 0 0范 围，长短 源距 计 数 率 比小 于 1 ；在 气体 介 质 条 件下，补偿中子测井仪短、长源距探测器计数率普遍 增大 。长 源距计 数 率 一般 在 4 0 0 0 ～ 1 5 0 0 0范 围 ，短 源 距计数 率一 般在 4 0 0 0 9 0 0 0范 围 ，长 短源距 计数 率 比 大 于或等 于 1 ，且 在 扩 径 井段 长 短 源 距 计 数 率 之 比急 剧增加 。 ’ 图 6是油和气介质条件下测得的长源距和短源距 计数率 的交 会 图 ，相 关 系 数 分 别 为 0 ． 7 4 4和 0 ． 7 7 1 ， 总体上 有一定 的相 关 关 系 。 图 7是 油介 质 下 测 得 的 中 子孔隙度与油或气介质长短源距计数率比之间的关 系。 从 图 7中可 以看 出 ，中子 孔 隙度 与油 介 质 下 的计 数 率 比有很好的相关性 ，而与气介质下的计数率 比的相关 性则 较差 。 3 ． 2 曲线校正 考虑 到各参 数 之 间存 在 相 关 性 ，但 扩径 会 严 重 影 响这 种关 系 ，因此在 井 径 不 规则 处 采 用 内插 的方 法 或 利用 自然伽马曲线的统计法对原始测井数据进行编辑 校正 。 图 8是气体 介 质 井 校 正后 的 比值 与 油基 泥 浆 比 值的对 比图，大部分散点呈 4 5度线分布 。用油基泥浆 井径 气 深度 1 7密度 油 g ／ c m3 I 2 7 5 i n 1 5 1 7 密度 气 g ／ c m0 2 7 自然伽马 气 0 0 校 正密度 气 g ／ e ra 0 AP I 2 0 0 l 7 2 7 一 、 f 1 ．， 、 L 一 ， f ’ ’ } S ～ j 1 7 7 0 ＼ ’__ - ． ＼ ’ C ●- - 一； - 一 ， P ， 一 一 、 f - _ ～ 7 8 C f ‘ ‘ 1 ‘ J I { 、 ． f ， 一 图 4包 浅 1井 密 度 曲线 编 辑 结 果 井 的 回归方程 计算 气体 介质井 的 中子孔 隙度 ，并 与油井测 量 中子孔 隙度对 比发 现扩 径段 空气井 预测段 的 中子孔 隙度相 对油基 泥浆 结果 差别较 大 。 4 补偿中子测井的 Mo n t e C a r l o 数值模拟 为 了分析气 体与 液体 井眼介 质 中子测井 结果 的差 异 ，依 据井 眼充 填介 质和地 层孔 隙充填 介质 分成 了 4种情况 ①井内充满淡水，地层孔隙中充满淡水 水一 水 ；②井内充满淡水，地层孔隙中充满天然气 水一 气 ；③ 井 内充 满 空 气 ，地 层 孑 L 隙 中充 满水 气 一 水 ；④ 井 内充 满 空 气 ，地层 孔 隙 中充 满 天 然气 气一 气 。采用 Mo n t e C a r l o 数值模拟方法进行 了数值模拟 。 1 探 测 器热 中子 通量 同源距 乘积 与 源距 关 系 图 9为探 测 器 热 中子 通 量 乘 以 源距 与 源 距 的关 系。 从 图 9中可 以看 出液体 与气体 井 眼介质 之 间的差异 ，随着源距 的增 加 ，液体介 质热 中子 通量 同源距 的乘 积迅速 减小 ，而气 体介 质则变 化缓 慢 。 2 热 中子计数 率 随孔 隙度 变化规律 图 1 0为 4种情 况下 ，近 、远探 测器 热 中子计 数率 与孑 L 隙度变 化的规律。在短源距处 ，当井眼充满淡水时 ，无论地层是饱含水还是饱含天然气 ，热中子计数率都随着 孔隙度的增加而减少 ，但饱含气地层热中子计数率随孔隙度变化缓慢 。当井眼充满空气时，热 中子计数 率 在开始 时都 随着孔 隙度 的增 加而增 加 ，而饱 含水层 增加 得快 ；热 中子计 数率增 加 到一定 值后 随孔 隙度 增 大而缓慢 减 少 。当地层孔 隙 度增大 到一 定值 时 ，饱 含气 地层 的热 中子计 数率 大于饱 含水 地层 的热 中子 计数率。远探测器热中子计数变化规律和近探测器几乎相同，空气井眼比充满水的井眼热中子计数高。 3 长短 源距热 中子计数 率比较 图 1 1 为井 眼充满 空气 ，地 层孔 隙介质 为淡 水或 天然 气时 ，孔 隙度 与远探 测器 计数率 或 近探 测 器计数 率 的关系 图 。从 图 1 l中可 以看 出 ，当井 眼 中充 满 空 气 时 ，无 论 地层 是饱含水还是天然气 ，远探测器热 中子计数率都是在最开始 孔 隙度小时大干近探测器热 中子计数 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 5 期 张占松等 气体 介质钻井 条件 下测井资料分析与 数值模拟 8 7 井径对比 深度 中子孔隙度对比 油介质计数率对比 气介质计数率对比 长源计数率对比 井径 气 中子孔隙度 气 长源距计数率 长源距计数率 计数率比 气 i n 1 5 0 一 1 0 ％ 5 0 0 2 0 0 0 0 2 0 0 0 0 5 2 5 0 计数率比 油 井径 油 中子孔隙度 油 短源距计数率 0 短源 0 0 0 0 数率 0 2 i n 1 5 ． 1 0 ％ 5 0 0 2 0 0 0 l J ＼ -、 ‘ ． ， ’ ● I ＼ l ● ， ’ - J ’ ■ 一 I ’ ， ， ‘ f l l ～ ． ， _ ’ ● ● - r 1 。 ● r f ● ， - ● - - 1 l J l J ￡ I 、 L ， ／ t 一 ， ， t 一 6 0 0 l 、 。 ． ‘ ．‘ ● ， J ， ] ● 、 一 r L 彳 ‘ ‘ ● { - 厂 ， ● ● ● 1 。 I ’ l一 ， ‘ 1 ’ 、 ’_ J ， _ - ● ； ， ● ‘ ， _i L 』 ● 、 ， l_ ， ． r tl‘ 、 ■ I ， ， _ l 1 I ； _ ● _ _ L ． ‘ C - ， ’ ● 1 6 1 0 _ - - ● j l - - ● 1． ． I ’ ● _ j f f } } _ 。 1 图 5包 浅 l井 测 井 曲线 图 ◆ ◆ 二 ． i ● ▲ ▲ ． ． ▲ ◆1 ．’ ◆◆ - ◆ ◆- ▲， ● ◆ 毒 叠 ■ ■ ■ ■ _ ■一 ． I | 0 2 0 0 0 40 0 0 6 00 0 8 00 0 0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0 油介质短源距计数率 油介质短源距计数率 图 6油与气井眼介质条件下长 、短源距计数率结果对 比 包浅 1井 率 ；当孔隙度增大到一定值后 ，远探测器热 中子计数率开始小于近探测器热中子计数率。当地层介质为 水时，远探测器计数率大于近探测器计数率发生在孔隙度小于 1 0 ；而地层介质为天然气 时，远探测 O O 0 O O O O ㈣ ㈣ ㈣ ㈣ 0 2 O 8 6 4 斛 聪 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 0 ㈣ ㈣ 。 斛 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 8 石油天然气学报 江汉石 油学 院学报 2 0 1 0年 l O月 1 0 0 1 0 定 哥 黑 1 O O 鋈 篓l o 定r-k-,． 哥 翅 0． 1 O O- 2 04 0 ． 6 0 ． 8 1 ． 0 1 ． 2 0． 5 l 1 ． 5 2 油介质长短源距计数率 比 气介质长短源距计数率比 图 7油、气 介质长 短源 距计数率 比与油介质 中子孔 隙度关 系 器计数率大于近探测器计数率发生在孔 隙度 小 于 2 5 。 由此 可 知 ，在 井 内 为 气体介质时，在一定地层条件下 ，远探 测器 的计 数率 可 以大 于 近探测 器 的计 数 率 。 4 井 眼介 质 不 同时 的 长 短 源 距 热 中子 计数 率 比值 图 1 2为不 同情 况下 水一 水、气～ 水 ，远、近探测器计数率 比与地层 孔 隙度 的关 系 。从 图 1 2中 可 以看出，井眼内充满空气时的远、近探 测器 热 中子计数 率 比大于 井眼 充满 淡水 时 的远 、近探测 器热 中子计 数 率 比 ，且 在井 内介 质为 淡水 时 ，远 、近 探测 计 数率 比值 小于 1 ；井 内介 质 为气 体 时，远、近探测器计数率 比值在一定 地层 条 件 下 大 于 1 。 气 体 介 质 条 件 下 ，远 、近探测 器计 数率 比随孔 隙 度 的增 大而变化 缓慢 ；而在 淡水条 件 下，远、近探测器计数率 比随孔隙度 的增 大而 变化 较快 ，这说 明井 内为 淡 水时分辨率 高，而在 气体介 质条 件 下，测井响应不能很好地反映地层特 性 。 5 结 论 、 料 七 蜓 ● ● ▲ ．．．_ ’ ● ’◆ ．‘ ◆ ▲ ．． ● _ - ● ’ ● 0 0．2 0 ． 4 0 ． 6 0． 8 1 ． O 1 - 2 油介质计数率比 图 8 气 体 介质 井 校 正 后 的 比值 与油 基 泥 浆 比 值 散点 图 O． 1 叫 M 嘿0．0 1 啦5】 0 ． 0 01 r - _口 L ■ ● u 。 一 I - ■ ■ ‘ 一 l 【 o q o O n ； ■ ． I 。 V I f 6 J L 0气一 气 I ▲ -气一 水 几 J ▲水一 气 ▲ ． ● 口水一 水 口 1 0 2 O 3 0 40 5 0 6 0 7 0 8 0 源距 ／ c m 图 9近探测器热 中子通量乘 以源距 与源距关 系 1 气体介质井 眼条件下 ，由于 气体不具有吸收特性 ，因此 比其他液体介质更能准确测定地层真实的自然伽马值 。 2 贴井壁长 、短源距密度测井仪器的读数受井径大小影响较小 ，但井壁不规则对密度测井 曲线有 2 O 8 6 4 2 O l 1 O O O O O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 5期 张 占松等 气体介质钻井条件下 测井资料 分析与数值模拟 8 9 1 ．2 1 ． O 0．8 0 ． 6 0 ． 4 O ． 2 0 ． O 1 ． 2 1 ． 0 O ． 8 O ． 6 0 ． 4 0 - 2 t L - ／’ I 一 ， 一 - 一 r一一一一 ’ r ～ r ’ J 一 『 ， 0气一 气 一 - 气一 水 一 ▲水 一 气 口 水一 水 O l O 1 ． 2 圣1 ． O 0 ． 8 0．6 o -4 0 ．2 0．O o气 -气 ▲水 口水 2 0 3 0 4 0 0 孔隙度， ％ l 0 图 l O 近、远探 测器 热中子计 数率与孔隙度的关系 一 L ， ；一 一 _ l7一 一 | 二 二 0 l 0 1 ． 2 1 ． 0 0 0 ． 8 0 ． 6 稚 0 ． 4 O - 2 2O 3 0 4 0 孔隙度／ ％ 一 I 一 - ， L ／ 1 ●、l 、 ． r ●迈 一 气 一 气 。 近一 气一 气 2O 3 O 40 0 l 0 孔隙度， ％ 图 l l 孔 隙度与远近探测 器计 数率关系 严重影 响，往往使 密度 测井 曲线 陡然下 降 ， 测 出的 值 明显偏低 。 3 在气 体介 质 条 件下 ，中子 源 产 生 的快 中子由于不能迅速减速为热 中子 ，使得短源 距计数率低 而长源距计数 率高，长 、短源距 记录的热 中子信息主要来 自井 眼，来 自地层 的热中子信息十分有 限，长、短源距探 测器 不能起到互相补偿 的作用 ，获 得的井眼信息 远远 大 于地层 信息 。 [ 参考文献] 槲 1 ． 5 l ， O O． 5 0．0 2 0 3 O 4 0 孔隙度／ ％ 1 ▲气 水 ＼ 水 一 水 ‘ ’、 ． ＼ 一 ＼ E 0 l 0 2 O 3 O 4 0 孔隙度／ ％ 图 1 2远、近探 测器计数 率比值与孔隙度的关系 E 1 ]许爱 ．气体钻井技术及现场 应用 [ J ] ．石油钻探 技术 ， 2 0 06 ， 3 4 4 1 6～ 1 9 ． [ 2 ]罗宁 ，何绪全 ，陈正明 ．气体介质条件下的测井项 目选择和测井解释探讨[ J ]．天然气勘探与开发 ，Z 0 0 6 ，2 9 4 2 9 ～3 l [ 3 ]黄隆基 ． [ 4 ]郭爱煌 ． [ 5 ]谢仲生 ， [ 6 ]夏凌志 ， [ 7 ]裴鹿成 ， 放射性测井原理[ M]．北京 石油工业出版社 ，1 9 8 5 ． 干孔密度测井 实验分析[ J ]．煤 田地质与勘探 ，1 9 9 2 ，2 0 5 5 3 ～5 7 ． 尹邦华，吴宏春，等 ． 数值模拟在中子测井中的应用 [ J ]． 石油学报，1 9 9 5 ，1 6 2 3 1 3 5 ． 张建民，杨 志高，等 ．模特卡罗方法在补偿中子测井仪 器设计 中的应用 [ J ]．测井技术 ，2 0 0 3 ， 张孝泽 ．蒙特 卡罗方法及其在粒子输运问题中的应用[ M]．北 京科学技术 出版社 ，1 9 8 0 ． [ 编辑] 龚丹 o H ＼ ￡ 。 _【 ＼ 斛 榷嚣 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m