柴德民，安振芳，劉顯太，譚海洲，孫榮德，羅水發(fā)，薛 輝

（1.中國石化勝利油田分公司油藏動態(tài)監(jiān)測中心，山東東營 257100；2.中國石化勝利油田分公司，山東東營 257001）

勝利油區(qū)主力開發(fā)油田經(jīng)過長期注水開發(fā)，油層水淹嚴(yán)重，需要調(diào)整開發(fā)方案，以提高原油采收率。然而，剩余油分布不清，這給開發(fā)方案調(diào)整帶來了一定困難。因此迫切需要了解當(dāng)前剩余油的分布狀況，為下一步采取降水增油措施提供指導(dǎo)。套管井飽和度測井是直接探測剩余油的有效手段，可為油藏管理提供參考依據(jù)，因而近些年來在油氣開采中對飽和度測井的需求不斷攀升，同時也對飽和度測井技術(shù)提出了更高要求。

勝利油區(qū)油藏種類繁多，巖性復(fù)雜，經(jīng)過長期注水［1-3］開發(fā)以及聚合物驅(qū)［4-6］等三次采油提高采收率措施的實施，地層孔滲結(jié)構(gòu)以及地層水礦化度發(fā)生了較大變化，單一飽和度測井方法很難適用于各類儲層。通過對勝利油區(qū)目前常用的幾種主要飽和度測井方法的適應(yīng)性進(jìn)行對比，分析每種飽和度測井方法所適用的儲層特征，并根據(jù)區(qū)域地質(zhì)特點優(yōu)選合適的飽和度測井方法，在現(xiàn)場應(yīng)用中取得了良好效果。

1 主要飽和度測井方法及其特點

1.1 不同核測井技術(shù)對比

核測井主要使用中子發(fā)生器向地層發(fā)射14 MeV 的高能快中子，中子與組成物質(zhì)的原子核經(jīng)過一系列的非彈性碰撞和彈性碰撞后減速，當(dāng)中子的能量與周圍物質(zhì)的原子核處于熱平衡狀態(tài)時不再減速，此時的中子稱為熱中子（能量為0.025 eV，速度為2.2×103m/s），與原子核主要發(fā)生俘獲反應(yīng)。

中子壽命（Neutron Lifetime，NL）測井（包括注硼中子壽命測井）探測的是熱中子被俘獲后所釋放出的伽馬射線［7-8］，脈沖中子-中子（Pulsed Neutron-Neutron，PNN）測井和熱中子成像系統(tǒng)（Thermal Neutron Imaging System，TNIS）測井同屬于NL 測井系列，但又與傳統(tǒng)的NL測井不同，PNN 和TNIS測井探測的是未被地層俘獲的熱中子［9-10］。PNN 測井記錄從快中子發(fā)射30 μs 后的1 800 μs 時間內(nèi)的熱中子計數(shù)率，每個探測器均將其時譜記錄分成60 道，每30 μs為1道，根據(jù)各道記錄的熱中子計數(shù)生成熱中子時間衰減譜，利用兩個探測器上得到的中子記錄的比值計算儲層含氫指數(shù)，分辨近井地帶的油水分布。TNIS 儀器從快中子發(fā)射15 μs后開始記錄熱中子計數(shù)率，每15 μs 為1 道，記錄時長為2 700 μs，共180道。不同巖性和流體的熱中子衰減率和熱中子俘獲截面是不一樣的，因而依據(jù)熱中子衰減率和熱中子俘獲截面大小來辨析巖性和流體性質(zhì)，衰減率和俘獲截面值都以矩陣數(shù)據(jù)顯示出來，將數(shù)據(jù)分別以曲線和顏色的方式顯現(xiàn)，可以直觀、快速評價儲層油水性質(zhì)。

表1 為TNIS 與PNN 測井的特點對比。TNIS 測井的優(yōu)勢是測量的宏觀俘獲截面值更接近真實值；含氣指示能力強(qiáng)；地層水礦化度與孔隙度的測量范圍寬；徑向探測距離遠(yuǎn)。

表1 TNIS與PNN測井的特點對比Table1 Characteristic comparison of TNIS and PNN logging

碳氧比（Carbon to Oxygen Ratio，COR）測井探測的是快中子與原子核發(fā)生非彈性碰撞時所釋放出的非彈性伽馬射線［11］。其中，雙探測器碳氧比能譜（Sidewall Neutron Porosity，SNP）測井亦屬此類［12］。不同元素具有不同的伽馬特征，通過計算非彈譜C窗與O窗所包含的伽馬射線總計數(shù)的比值來評價產(chǎn)層的油水含量。因為COR 測井采用的是比值法，所以減少了非彈性散射之外的伽馬射線的影響，同時克服了脈沖中子源產(chǎn)額不穩(wěn)對測井所帶來的影響，因而提高了區(qū)分產(chǎn)層油水關(guān)系的靈敏度。

脈沖中子全譜飽和度測井（Pulsed Neutron Full-Spectra Saturation Logging，PSSL）集合了中子壽命、碳氧比、氯能譜及氧活化等一系列能譜與時間譜測井，分別記錄非彈性散射伽馬能譜、俘獲伽馬能譜和伽馬時間譜的全譜信息，具有錄取信息量豐富、輔助手段多等特點，多種測井信息互相佐證，消除多解性［13-14］。脈沖中子衰減—能譜（Pulsed Neutron Decay-Spectrum，PND-S）測井也是一種能夠同時記錄非彈性散射伽馬能譜和俘獲伽馬能譜的方法，具有短脈沖和長脈沖2種發(fā)射方式，可以得到中子孔隙度和密度孔隙度，測量所有陽離子的非彈性散射伽馬射線計數(shù)率與氧離子的非彈性散射伽馬射線計數(shù)率的比值（CATO），提高了計數(shù)率，降低了統(tǒng)計誤差，分別利用俘獲截面Σ 值和由非彈性散射數(shù)據(jù)得到的CATO計算含水飽和度［15-16］。

1.2 過套管地層電阻率測井與核測井技術(shù)對比

過套管地層電阻率測井（Formation Resistivity Log Through Casing，F(xiàn)RLTC）是在套管內(nèi)通過測量套管上的電壓降從而達(dá)到測量地層電阻率的目的［17-18］。如果有電流注入套管，大部分電流會沿套管向上或向下流動，只有一小部分電流泄漏到周圍地層。通過評估2 個電極范圍內(nèi)泄漏電流的大小，測量出該點相對于參考點的電位，可以計算出地層視電阻率，其表達(dá)式為：

FRLTC，COR 和NL 測井均可反映巖性和含油性。COR 和NL 測井分別測量的是含碳量和地層宏觀俘獲截面，F(xiàn)RLTC 測量的是地層水的導(dǎo)電能力。FRLTC 的優(yōu)點是徑向探測距離遠(yuǎn)、不受孔隙度影響，缺點是易受侵入和地層水礦化度影響。FRLTC的徑向探測距離為1.5～2.0 m，能夠更加真實反映地層特征，而NL 測井的徑向探測距離一般為0.2～0.3 m。FRLTC 還可與裸眼井電阻率形成時間推移測井，便于推算儲層流體在時間上的變化。

CHFR 和ECOS 分別為法國和俄羅斯的過套管地層電阻率測井儀。其特點對比表明，ECOS和CHFR分別采用液壓和機(jī)械推靠方式，徑向探測距離均為1.5～2.0 m。ECOS 的縱向分辨率更高，測量范圍更廣，而且無需洗井、刮井，所測曲線能夠反映套管接箍，推導(dǎo)的電阻率公式更加精確。此外，ECOS 還具有質(zhì)量控制功能，在操作界面上實時顯示測量電極的波形，隨時掌握探頭與井壁的接觸狀態(tài)，保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 剩余油飽和度測井方法適應(yīng)性分析

近年來，以上幾種剩余油飽和度測井方法在勝利油區(qū)得到了較為廣泛的應(yīng)用，各種方法對于不同地層以及工程狀況具有不同的適應(yīng)性。

2.1 NL測井

NL測井能很好地分辨含氣井中的氣層，但對地層水礦化度的要求較高，在低地層水礦化度條件下很難區(qū)分油水層，實際應(yīng)用中通常注入硼酸溶液輔助測井任務(wù)的完成。NL測井要求測井前避免通井、洗井，孔隙度≥15%。

PNN 和TNIS測井記錄的是未被俘獲的熱中子，因而在低地層水礦化度條件下具有較高的計數(shù)率，可以消除統(tǒng)計起伏的影響；由于探測的是中子，因此不受伽馬本底的影響；基本不受井筒流體影響（鹵水除外），適合孔隙度＞8%的地層；徑向探測距離較COR測井稍遠(yuǎn)。

PNN 與TNIS測井在低地層水礦化度、低孔隙度和低滲透率儲層中具有較強(qiáng)的油水分辨能力，可應(yīng)用于氣藏［19］、稠油油藏［20］、特殊巖性（如火成巖［21］、致密砂巖［22］、碳酸鹽巖［23］等）油氣藏中。

2.2 COR測井

COR 測井不受地層水礦化度的影響，但受井筒內(nèi)流體影響嚴(yán)重；計數(shù)率低，統(tǒng)計誤差偏大；一般要求測量井段不大于200 m，油藏埋深不超過3 000 m；測量井段內(nèi)最好有水層，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)對比；泥質(zhì)含量最好低于10%，否則很難精確計算剩余油飽和度；不適用于目的層段固井質(zhì)量差、井眼垮塌的情況；受孔隙度影響較大，當(dāng)孔隙度≥20%時，可定量解釋含油飽和度，而當(dāng)10%≤孔隙度＜20%時，則只能定性劃分油水層。

單探測器碳氧比能譜測井儀器SNP-2 要求測井前必須洗井和刮蠟，而雙探測器碳氧比能譜測井儀器SNP-3 在SNP-2 的基礎(chǔ)上增加了一個短源距探測器，能夠確定井筒內(nèi)的持水率，可以在井筒流體是泥漿、清水和石油的混合物以及套管壁上粘有石蠟和石油的情況下進(jìn)行測量，無需洗井、刮蠟等作業(yè)。

2.3 PSSL

PSSL主要通過NL和COR測井來判斷地層的油水性質(zhì)。勝利油區(qū)經(jīng)過多年的注水開發(fā)，多數(shù)油藏的地層水礦化度偏低，因此很多區(qū)塊COR 測井好于NL 測井。在PSSL 的解釋應(yīng)用中，對于低孔低滲透油藏，利用COR 測井進(jìn)行飽和度解釋的符合率并不高，因此除利用COR 測井外，還應(yīng)結(jié)合井溫和氧活化等曲線，以及井史資料和作業(yè)情況進(jìn)行綜合分析。對于高孔高滲透油藏，適合選用COR 測井，符合率可達(dá)83%。對于稠油油藏，符合率更是達(dá)到了87%，原因是稠油黏度高，洗井、壓井等作業(yè)對近井地帶影響較小。

2.4 FRLTC

FRLTC 測量的信號非常微弱，不可避免地會受到套管、水泥環(huán)、圍巖、儀器系數(shù)等多種因素的影響。但是通過數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括測量值選點、數(shù)據(jù)插值和深度校正，以及影響因素分析與校正，最終解釋成果可以滿足地質(zhì)分析需要。FRLTC 由于具有與電法類似的探測深度，因此可廣泛適用于整裝［24］、稠油［25］、斷塊［26］、低滲透油藏［27］。

FRLTC 的優(yōu)點是不受孔隙度的影響，缺點是只能進(jìn)行點測、占井時間長，而且對施工工程條件有要求：套管尺寸需滿足直徑為5～7 in；套管整體技術(shù)狀況要好，無套破、結(jié)垢不嚴(yán)重；井斜最好不要超過30°；測井前需要通井、洗井，而且必須配合刮管，以便于推靠電極與質(zhì)量控制。FRLTC 在實際應(yīng)用中仍然存在以下問題：①深度校正問題。儀器自身不帶井溫、磁定位和自然伽馬，并且占用測井電纜7根纜心，掛接伽馬儀難度大，因而需要先測量井溫、磁定位和自然伽馬3個參數(shù)來校正深度。②儀器推靠問題。在腐蝕、結(jié)垢、射孔井段，出現(xiàn)推靠接觸不良，影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的情況。采用多次收放液壓推靠探頭、更換測點深度的方法，能解決部分問題，但又會損耗儀器液壓系統(tǒng)，容易造成液壓部分滲漏、探頭收不攏等問題。③測量的可重復(fù)性問題。在電阻率基本穩(wěn)定的泥巖段校正儀器系數(shù)時，對同一點進(jìn)行多次測量的重復(fù)性較好，然而，一旦更換測量點，即使在電阻率幾乎不變的情況下，當(dāng)前點的電阻率數(shù)值仍會與臨近點的電阻率數(shù)值產(chǎn)生較大的差異。

3 實例應(yīng)用

3.1 SNP測井

近10 年來SNP 測井在勝利油區(qū)高孔高滲透地層共應(yīng)用615 井次，其中402 井次有效，措施符合率為65%，累積增油量為10.969 2×104t。

永安區(qū)塊A 井待射孔層段的平均孔隙度為30%，平均滲透率為1 658.8 mD。測井前，日產(chǎn)液量為61.5 t/d，日產(chǎn)油量為0.8 t/d，含水率為98.7%。之后進(jìn)行SNP測井，其解釋結(jié)果（圖1a）顯示，沙二段54層（即20號層，埋深為2 179.6～2 192.1 m）為出水層，沙二段51層（即18（1）號層，埋深為2 125～2 132 m）頂部富集剩余油。根據(jù)SNP 測井解釋結(jié)果制定措施，補(bǔ)孔沙二段51層，并與沙二段1—2層合采，打水泥塞封沙二段54—96層。措施后，日產(chǎn)液量為41.6 t/d，日產(chǎn)油量為6.6 t/d，含水率為84.1%，初期平均日增油量為5.8 t/d。

3.2 PNN或TNIS測井

近10 年來PNN 測井在勝利油區(qū)低孔低滲透地層共應(yīng)用393 井次，其中280 井次有效，措施符合率為71%，累積增油量為24.947 8×104t。

王家崗區(qū)塊B 井，生產(chǎn)沙三段中亞段4 層，該層平均孔隙度為18.5%，平均滲透率為254.5 mD。測井前，日產(chǎn)液量為3.4 t/d，日產(chǎn)油量為0.1 t/d，含水率為97.1%，為低液低效井。為了解各層剩余油情況，進(jìn)行了PNN測井。根據(jù)PNN測井解釋結(jié)果（圖1b），分析認(rèn)為沙二段72層（即16.1 和16.2 號層，埋深為2 077.8～2 089.6 m）具有潛力，因而補(bǔ)孔沙二段72層并與沙三段中亞段4 層（即31，32.1，32.2 和32.3 號層，埋深為2 481.0～2 491.3 m）合采。措施后，日產(chǎn)液量為13.3 t/d，日產(chǎn)油量為6.5 t/d，含水率為51.1%，增油效果明顯。

圖1 A井SNP與B井PNN測井解釋結(jié)果Fig. 1 Interpretation results of SNP for Well A and PNN for Well B

TNIS 測井應(yīng)用的較少，以現(xiàn)場試驗摸索為主，近10 年來在勝利油區(qū)共應(yīng)用16 井次，其中14 井次有效，措施符合率為88%，累積增油量為0.520 8×104t，試驗應(yīng)用效果較好。

純化區(qū)塊C 井，礦化度高、滲透率低，平均孔隙度約為15%，COR 測井要求孔隙度大于15%，為此選用TNIS 測井。測井前，8，9，10 號層處于投產(chǎn)狀態(tài)，日產(chǎn)液量為3.5 t/d，日產(chǎn)油量為0.1 t/d，含水率為97.1%。TNIS 測井核譜成像（圖2）顯示，10 號層的熱中子俘獲譜灰度成像尾端偏高，整體要好于8和9號層。依據(jù)TNIS 測井解釋結(jié)果，將投產(chǎn)的8，9，10號層重新擠水泥封堵，然后復(fù)射10 號層。措施后，日產(chǎn)液量為9.9 t/d，日產(chǎn)油量為8.2 t/d，含水率為17.2%，取得良好應(yīng)用效果。

圖2 C井TNIS測井解釋結(jié)果Fig. 2 Interpretation results of TNIS logging for Well C

3.3 注硼中子壽命測井

近10 年來注硼中子壽命測井在勝利油區(qū)多層合采、油井水淹共應(yīng)用170 井次，其中130 井次有效，措施符合率為76%，累積增油量為7.963 3×104t。

東風(fēng)港區(qū)塊D 井，滲透率低、產(chǎn)能不足，采取多層合采（27—30 號層投產(chǎn)），后來出現(xiàn)水淹狀況，日產(chǎn)液量為32.0 t/d，含水率為100%。此時，剩余油評價的重點為找水，優(yōu)先選用注硼中子壽命測井尋找出水層位。從注硼中子壽命測井解釋結(jié)果（圖3）來看，27 號層井溫較低、進(jìn)硼，判斷為主要出水層位；28和29號層井溫變化不明顯、進(jìn)硼較少或基本未進(jìn)硼，判斷為非主產(chǎn)層；30號層井溫變化較27號層小、進(jìn)硼，判斷為次產(chǎn)層。綜合分析認(rèn)為27號層為出水點，建議封堵27號層。因27和28號層較近，單獨卡封27號層困難，故對27和28號層卡封。措施后，日產(chǎn)液量為14.0 t/d，日產(chǎn)油量為3.7 t/d，含水率為73.6%，取得較好效果。

圖3 D井注硼中子壽命測井解釋結(jié)果Fig. 3 Interpretation results of Boron-injected neutron lifetime logging for Well D

3.4 PSSL

近10 年來PSSL 在勝利油區(qū)復(fù)雜油藏共應(yīng)用233井次，其中153井次有效，措施符合率為66%，累積增油量為5.952 9×104t。

油水關(guān)系復(fù)雜的E 井，測井前，日產(chǎn)液量為28.6 t/d，日產(chǎn)油量為1.1 t/d，含水率為96.2%。為了理清油水關(guān)系，該井需要借助井溫、活化氧和自然伽馬等曲線輔助解釋，因此選擇PSSL，解釋結(jié)果如圖4a所示，分析認(rèn)為6 號層具有一定潛力，3，4 號層潛力更大。根據(jù)PSSL 資料，射孔4 號層，實施單采。措施后，日產(chǎn)液量為17.6 t/d，日產(chǎn)油量為6.7 t/d，含水率為61.9%，365 d 累積增油量為2 044 t，增油效果顯著。

3.5 FRLTC

近10 年來FRLTC 在勝利油區(qū)特種油藏共應(yīng)用53井次，其中43井次有效，措施符合率為81%，累積增油量為4.150 8×104t。

孤南區(qū)塊的F 井鈣質(zhì)含量相對較高，自投產(chǎn)之日起長期生產(chǎn)主力層沙二段12-3層（埋深為2 072.4～2 091.9 m），后期含水率高達(dá)99%。因為該井富含鈣質(zhì)，所以選擇FRLTC。解釋結(jié)果（圖4b）顯示，2號層電阻率下降約7 Ω·m，下降幅度尤為明顯，含水飽和度由70%上升到近100%；3 號層含水飽和度也由60%上升到80%；4 號層上部含水飽和度由50%上升到90%，水淹明顯，為強(qiáng)水淹層；8 號層在該井未經(jīng)開采，含水飽和度也由60%上升到90%以上，分析注采井網(wǎng)后認(rèn)為，水淹為鄰井影響所致；10 和11號層含水飽和度約為50%。根據(jù)FRLTC 解釋結(jié)果，補(bǔ)孔10 號層上部（埋深為2 138.5～2 140.0 m），卡封2，3，4號層。措施后，日產(chǎn)液量為12.1 t/d，日產(chǎn)油量為12.0 t/d，含水率為0.8%，増油效果明顯。

圖4 E井PSSL與F井FRLTC解釋結(jié)果Fig. 4 Interpretation results of PSSL for Well E and FRLTC for Well F

4 結(jié)論

通過對各種套管井飽和度測井方法的對比分析及其在勝利油區(qū)不同油藏類型的實際應(yīng)用，取得了以下認(rèn)識：①高孔高滲透地層，可以選擇適用于復(fù)雜地層水礦化度條件的COR 測井，其中一般COR測井受井筒環(huán)境影響嚴(yán)重，而高精度SNP 測井則對井筒流體沒有要求，且無需洗井、刮蠟等作業(yè)。②普通中子壽命測井對地層水礦化度要求較高，而注硼中子壽命測井在低地層水礦化度條件下仍適用，但只能對射孔層位進(jìn)行施工，對于多層合采、油井水淹情況，可以選用注硼中子壽命測井尋找出水層位、判斷管外竄槽和水泥環(huán)是否缺失。PNN 與TNIS測井在低孔低滲透地層中具有較強(qiáng)的油水分辨能力，還能很好地識別氣藏。③PSSL與PND-S測井不僅適用于高孔高滲透地層，還適用于低孔低滲透地層，以及復(fù)雜油氣藏，但在非彈模式下仍受鈣質(zhì)影響較大。④對于特低滲透地層，富含鈣質(zhì)的特殊巖性油氣藏，可以選用FRLTC。

符號解釋

ΔI——泄漏到地層的電流，A；

k——儀器系數(shù)；

U0——測量點相對于參考點的電位，V；

Δz——2個電極之間的距離，m；

ρa(bǔ)——視電阻率，Ω·m。