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1、开发应用利用 PNN 测井技术进行剩余油监测及应用蒋建立1赵克成2杨兆臣3陈学杰41 新疆准东石油技术股份有限公司 2.3.4.新疆油田分公司陆梁油田作业区摘 要：PNN 是脉冲中子中子测井方法的英文简称，它采用记录未被俘获的热中子计数率时间谱，获取地层俘获截面，计算储层的剩余油饱和度。其采集方式区别于其它脉冲中子测井，具有独 特的数据处理技术。本文简单介绍了 PNN测井的基本原理及基本解释方法，并通过实际应用实例 表明，PNN 测井在低矿化度、较低孔隙度油田具有一定的的应用前景，可以作为部分油田剩余油 饱和度监测的方法之一。关键词：PNN测井；宏观俘获截面；剩余油饱和度监测利用中子发生器激化
2、氘离子，通过氘-氚反应产生高能快中子轰击地层，这些快中子与地层中的各种 元 素 发 生 非 弹 性 、弹 性 散 射 后 被 慢 化 为 能 量 为0.025eV 左右的热中子。PNN 仪器利用 2 个探测器 (即长、短源距探测器) 记录从快中子束发射 30us 后 的 1800us 时间内热中子衰减过程中剩余的热中子 数,并根据各道记录的热中子数，生成热中子时间衰 减谱, 可以有效地求取地层的宏观俘获截面（）。1.1 PNN测井采集特点PNN 测井仪探测器的记录方式不同于传统中 子寿命测井仪，传统的中子寿命仪记录的是热中子 被地层俘获而放射出俘获伽马射线的计数率。而 PNN 采用这种直接探测
3、热中子衰减的方法，可以避 免由自然伽马与延迟伽马所带来的测量误差，同时 在低矿化度与低孔隙度地层保持了相对较高的计数0 引 言油田进入高含水阶段后，地下油水的分布特点 是剩余油高度分散，高含水区域和低含水区分布无 明显规律，油层水淹认识不清楚，造成油田调整挖潜 难度增大。准东油田普遍具有低孔、低渗、低矿化 度，非均质性强，层内层间差异大，水淹复杂的特点， 各种水淹层测井方法的应用都受到了一定的制约。 目前，油田常用的基于核测井方法的剩余油饱和度 测井技术有碳氧比能谱测井（C/O），中子寿命测井 (PNC)。这两种测井方法都能有效地评价储层剩余 油饱和度，但是在应用过程中它们都有一定的局限 性。
4、C/O 测井的优点是不受地层水矿化度影响，但 是该技术受地层孔隙度和地层本底伽马的影响较 大；PNC 测井技术在含气井中能很好的分辨气层，但 是该测井方法受地层水矿化度影响较大，在低地层 水矿化度条件下很难区分油水层。PNN 测井技术 在数据采集和处理方面均有改进，使之在相对低矿 化度、低孔隙度地层得到应用，扩大了中子寿命测井 技术的应用范围。1PNN测井技术基本原理及特点PNN (Pusle Neutron Neutron)是脉冲中子中子测井方法的英文简称，属于中子热中子测井的一种，基本物理原理同中子寿命测井。其测井原理是图 1 PNN衰减与中子伽马寿命衰减对比曲线作者简介：蒋建立（1971
5、-），男，工程师，硕士，研究方向为油田开发。率，削减了统计起伏的影响。尤其在低情况下分辩率较高（图 1）。同时，PNN 测井过程中对每个深 度点按时间序列采样 60 次，保证了地层俘获截面数 据的准确性，精度可以达到0.1 俘获截面单位。这 些采集方式使得 PNN 在低孔隙度、低矿化度地层（目前大多数油田生产的难点）相对其他测井方式具 有更高的分辨率。1.2 PNN测井的数据处理功能PNN 测井的数据处理特点是，在采集过程中无 需数据处理，在测后可采用数据处理软件对原始数 据进行处理，根据长短源距计数率矩阵及的矩阵 数据成像图，人为选择参数以最大程度的去除本底、 井眼、统计起伏等影响因素，生成
6、真实反映地层信息 的曲线。如图 2，Sigma image 为 60 道时间普记录 的成像图，Sigma curve 为计算出的曲线。从 Sigma image 中可以清晰的分辨出储层与非储层以 及井眼环境中的响应，通过选定参与计算的起始 和终止道以排除井眼及统计起伏的影响，由程序计 算出地层的俘获截面。在数据处理过程中可调整 参数，最大限度的减少了环境的影响。图 3 PNN与传统中子寿命测井结果对比图影响，故测出的的统计起伏较小（图 3），使得测量精度得以提高。但地层的基本响应关系没有改变，在低矿化度地层计算含水饱和度也存在一定的难度。2.1.1 高矿化度地层在高矿化度地层，与传统的中子寿命
7、测井求取 剩余油饱和度的方法一样，PNN 的解释也是基于体 积模型，在泥质砂岩中，饱和度的求取公式如下：Sw=（-ma）-（h-ma）-Vs（h sh-ma）/（w-h） 式中：Sw地层含水饱和度，小数；地层的宏观热中子俘获截面，俘获单位（c.u.）；ma地层岩 石骨架宏观俘获截面，俘获单位（c.u.）；地层孔隙度，小数；w地层中水的宏观热中子俘获截面，俘获单位（c.u.）；h烃类的宏观热中子俘获截面，俘获单位（c.u.）；sh泥质的热中子宏观俘获截面，俘获单位（c.u.）；Vsh泥质体积含量，小数。式中可从测井曲线上读出，从而获得地层的 含油或剩余油饱和度。在解释过程中，关键就是确定适用于被
8、处理井 的地层骨架、烃、泥岩及地层水的宏观俘获截面等参 数。这些参数的确定主要采用交会图的方法。PNN 解释软件提供了 4 种解释模型：Standard Quantitative图 2 成像图1.3 PNN的测井方式PNN 测井有连续、点测两种方式，探测器在记录 时将热中子衰减时间普分成 60 道，每道 30us，这样 就能将热中子衰减过程完整的记录下来。连续测量 的测速为 2m/min，在低矿化度、低孔隙度地层采用 点测，可以使统计起伏降到最低。PNN 测井不受上、 下测的影响，且重复性较好。Interpretation，Simple Graphical，Graphical Higle，Gr
9、aphical enhanced。它们都通过不同的交绘图版，来求取正确的解释参数。2.1.2 低孔隙度、低矿化度地层 在低孔隙度、低地层水矿化度地层，地层俘获截面较低，导致油、水层俘获截面的差异减小，其次在 孔隙度变化的地层俘获截面受孔隙度影响较大，这 些 势 必 会 增 加 计 算 误 差 。 在 处 理 解 释 时 ，采 用 Graphical enhanced 模型校正孔隙度及低值的影 响。该方法适用于孔隙度变化大的地层。在地层水矿化度低而孔隙度较高（8%）的地2 PNN解释方法2.1 PNN测井解释方法由于 PNN 探测器记录的热中子中子计数率高， 再加上地层中几乎不存在中子，所以也不
10、存在本底582012年2月由此，Graphical enhanced 模型采用交绘图的方法，充分考虑了矿化度、孔隙度、泥质含量的 影响因素。PNN测井在准东油田的应用效果2008 年2009 年在准东油田进行 PNN 测井 6 口，其中火烧山油田 2 口，均为新井；北三台油田 3 口，新井2口，老井1口；沙南油田1口，为新井。通过实际应用取得了一些效果：（1）通过 PNN 测井监测加深了对油藏水淹状况 的认识。B1066 井组位于北 16 井区的北部。井组为反九 点 注 采 井 网 ，井 距 340m 480m，共 有 油 井 8 口 。20082009 年准备在本区进行加密调整，全面实施之
11、前先钻检查井1口，并开展PNN测井水淹层监测研究。 B1067 井是 B1066 井组的 1 口边井，位于注水井 B1066 井 的 北 东 向 ，日 产 液 7.9t，日 产 油 2t，含 水75%，累积产油44206t。PNN 测试在 2008 年 10 月，测试结果 P3wt13-1-2 和 P3wt12-2-3 层表现了明显的衰竭，俘获截面增大（图6）。主要水淹层为 P3wt13-1-2 层 2262.5-2268.7m，其次 为 P3wt12-2-3 层 2250.5-2252.8m，解释结果与生产动态 比较吻合。2009 年 8 月，产液剖面测试证实了解释 结果，各层均不同程度含水
12、，其中 2262.5-2268m，含 水 90%；2246.5-2253.0m，含水 73.3%；主要产油层2240.0-2245.0m，含水63.2%。3图 4 孔隙度与交绘图层情况下，采用常用的孔隙度与交绘图（图4）， 所有的饱和度点都因为低的值而挤在了一起 ，这 样 就 很 难 分 辨 出 油 水 线 来 。 而 Graphical enhanced 模型交绘图中（图 5）,横坐标用的是孔隙度 曲 线 进 行 归 一 化 的 曲 线 ，即 Sig Nor=Sigma Porosity。其幅度实际只反映岩石孔隙空间情况。 当地层水矿化度低，值较低时，可通过归一化，将对不同地层流体的响应放大
13、，因此使用者就能更 好的区分油水的值以便在交绘图中，确定出水线 和油线，降低了计算误差。图 5 Graphical enhanced 模型交绘图变岩石骨架的俘获截面ma 解释通常解释模型设定岩石骨架的俘获截面ma 为2.1.3常数。在 Graphical enhanced 模型，等孔隙度线（图5）是在考虑了骨架值变化的前提下使用公式计算的。100%水饱和线由下式计算： w100=（ma （1-）+W）100%油气饱和线由下式计算：w0=（ma （1-）+h）任何点的含水饱和度由下式计算：Sw=（log -W0）（/ W100-W0）100 考虑泥质的影响，在含水饱和度计算之前，对ma 进行泥质
14、校正：maSHC=ma Vma（/ Vsh+Vma）+sh Vsh（/ Vsh+Vma）图 6 B1067 井 PNN测井图纵向上油层水淹具有底部强，上部弱的特点。 主力油层水淹强，薄、差油层水淹程度低。未动用 的油水过渡带，含油饱和度基本保持原状。B1157 是 B1066 井组的 1 口加密检查井，位于B1066 与1058 之间。该井 2008 年 12 月 19 日射孔投产，射开井段为： P3wt13-1-2 层2259-2262.5m；P3wt13-2-2 层2288-2292.5m。2008 年 12 月 B1157 井进行了 PNN 测井，根据测 试结果分析，整个测量井段内除 2
15、290m 以下测得的 俘获截面明显较低外，工区已生产层段俘获截面普 遍较高，表现了明显的衰竭（图 7）。共解释了 20 层55.1m 砂 层 ，定 性 评 价 为 未 弱 水 淹 的 油 层 占23.6%；强水淹油层占 72%；油水同层 1 段 2m，占油 层总厚度的4%。21.4cu，水层特征明显也为试油和RFT测试所证实。监测结果认为 B1157 井弱水淹油层仅顶部 2m，其余为中强水淹层或井网未动用的油水同层。表明该井 50 米范围内水淹程度已很高，目前已进行封上 采下措施，未封住，待下步措施，初步认为回采下部 油水同层，应该有一定的效果，但油藏进行加密调整 的潜力不大。B1066 井组
16、监测结果，中强水淹占到 60%70%，初步认为北 16 井区油层水淹程度很高，注水 波及范围很大，整体加密井剩余油不足。（2）补充裸眼井测井资料指导侧钻井的射孔井 段卡取。2009 年2010 年准东地区实施了 4 口侧钻井，受侧钻井井斜和井眼小限制，孔隙度测井未测，裸眼测井未进行定量解释。为准确评估地层的含油性，补充了 PNN 测井，PNN 测井不仅补充了孔隙度测井而且进行了含油（水）饱和度定量解释,为准确卡取 射孔井段提供了依据。从已投产的 3 口侧钻井生产 情况分析，PNN测井解释结果比较可靠。B2057 井位于北三台油田北 31 断鼻梧桐沟组油 藏东部 B2057 井断裂的南面下降盘。
17、全井试油无油 层，一直处于关井报废状态。2009 年 9 月该井向北31 井区侧钻，穿过断层进入北 31 井区。裸眼测井采 用 HH-2530 系列，未进行定量解释。2009 年 9 月进 行 PNN 测井，测量井段 20302160m, 不仅补充了孔 隙度测井而且进行了饱和度定量解释 2110m 以上为 油层，以下为水层。上下含水饱和度差异明显（相差17 个百分点），分界清楚（图 8）。该井于 2009 年 10图 7 B1157 井 PNN测井图2008 年 12 月 23 日开井后，前两天日产液达到32.5m3，含水 98%，2 天后日产液下降到 12m3 左右，至2009 年 1 月
18、1 日含水降至 77%，1 月 25 日，日产液11.2m3，含 水 在 35.7-54.2% ，平 均 45% ，动 液 面1489.6m。 1 月 6 日 不 出 ，此 后 调 开 生 产 ，含 水63-98%，2009 年 4 月封下采上单试上层，压裂后自 喷 3mm 油嘴，日产液 13.8m3，含水 97%，CL 离子含量6329.7mg/l，为注入水。2009 年 8 月堵水无效，已累 积产油68t，产水1066t。B1157 井 PNN 测井解释 20 个小层，只有解释的 第 4 层 P3wt12-1 层（H02）和第 18 层未动用的 P3wt13-2-2 层（H12-2）以 及
19、 油 水 界 面 之 下 的 第 20 层 P3wt13-2-3 层（H12-3），解释含水饱和度低于 53%。含水饱和度大 于 70%的 11 个层，占 55%。纵向上看只有底部 2 层， 第 18 层 P3wt13-2-2 层 2288.7-2292.8m 和 第 20 层 P3wt13-2-3 层 2300.2-2302.2m 未动用的层段的俘获截 面很低，18-20cu。其余段测得的俘获截面都大于图 8 B2057 井PNN测井图602012年2月月 23 日 射 开 解 释 为 油 层 的P3wt13-1-2层4 结论及建议（1）PNN 测井获得的俘获截面曲线与电阻率曲 线形态相似，
20、反映岩性清楚，长短源距计数率比值 经刻度后，还可得到孔隙度值，可作为套管井测井 曲线的补充。特别是套管井无综合测井的井段，可 用PNN测井作为辅助测井系列。（2）从应用情况看，该技术可以作为一项常规 饱和度监测技术。初步看在北三台油田应用效果 相对较好。在沙南和火烧山油田再选一些老井测 试验证。（3）应充分利用裸眼井电测资料和投产或措施 后的动态资料进行二次解释来修正解释参数，提高 解释符合程度；（4）建议选一些井进行时间推移测井，监测油 层的水淹变化；有目的的选一些新井（或未见水 井），作为定点监测观察井，在投产前（或见水前）测 得PNN资料，建立见水后的对比基础；（6）建议未进行测井的沙丘
21、 5 井区水平井进行 PNN 测井，搞清水平段油层钻遇率和含油饱和度情 况。2068.5-2077.0m 和 P3wt13-1-2 层 2082.5-2088.0m，共14m，经压裂后获得 2.5mm 油嘴，日产 7t 的油量，含 水 14%，目前日产油 4.8t，含水比 40%，累积产油5074.0T，证实了解释结果的可靠性。北 5 井位于北 5 井区，该井因套管破损严重，且 套管破损处韭菜园子组地层（T1j）出砂严重，无法修 复套管破损而报废。2010 年 4 月进行侧钻，裸眼测 井未取得孔隙度资料，没进行定量解释，后增加了 PNN 测井，测量井段 2295.0-2543.0m。PNN 测
22、井解 释该井物性较差，测量井段含油饱和度都比较低， 最高含油饱和度只有 25%（2538.0-2543.0）。2010 年 10 月该井射开 2539.5-2547.5m 层段压裂投产，初 期采用 3.5mm 油嘴自喷生产，日产油 3.0t，含水比20%，很快因供液不足关井，截止目前累积产油319t，证实射孔层段物性和含油性都较差，验证了 PNN测量的可靠性。北 73 井位于北 16 井区构造北部 P3wt13 层加密调 整区内，是一口报废井，为了验证 P3wt13 层加密调整区的含水情况，2010 年 6 月对该井进行侧钻施工，同样因裸眼测井资料不全补充了 PNN 测井，测量井2030.0-
23、2353.0m。测井解释该井所有层段都显示不 同程度水淹，2010 年 10 月对测井解释含油饱和度相 对较高的 2107.5-2212.0m 共 3 段射孔压裂投产，初 期机抽日产油 2.0t，含水比 84%，目前日产油 2.5t，含 水比 65%，累产油 412.0t。该井的生产情况与 PNN 测井解释结论也比较吻合，说明 PNN 测井结果较 可靠。参考文献：1黄志洁等，PNN 测井资料处理及应用效果分析，国外测井技术，2008 年 3 期.2张洪，PNN 测井技术在青海油田的应用认识，油气藏监测 与管理国际会议论文集，2011 年.3卢玉晓等，基于 PNN 测井技术的复杂储层流体识别与饱
24、 和度计算，石油物探.2011 年03 期.（上接第 75 页）的扩散系数和弛豫时间确定,不仅有参考文献：助于提高 NMR 测井解释的精度,而且为在储层条件下复杂流体的定量表征提供了可能。1Prammer M G,Drack E,Goodman G.,Masak P, Menger S,Morys M,Zannoni S,Suddarth B and Dudley J.The Magnetic Resonance While-Drilling Tool.Theory and Operation.Paper SPE-62981,Dallas,TX,Oct.14,2000.2Horkowitz J
25、,Crary S,Ganesan K,Heidler R,Luong B,MorleyJ.Applications of A New Magnetic Resonance Logging-While-Drilling Tool in A Gulf of Mexico Deepwater DevelopmentProject.SPWLA 43rd Annual Symposium,Paper EEE,June.25,2002.3Prammer M G,Bouton J.and Masak P.The Downhole Fluid Analyzer.SPWLA 42nd Annual Symposium,Paper N,Houston, TX,June.1720,2001.3 结束语核磁共振在测井中的应用仍然处于迅速发展的 阶段,特别是随钻核磁共振测井仪和井下核磁共振 流体分析仪的发明,必将进一步推动核磁共振测井 的广泛应用。通过本文对随钻核磁共振测井仪和井 下核磁共振流体分析仪的介绍,为从事核磁共振测 井的科研人员了解新技术提供了参考,随钻核磁共 振测井仪和井下核磁共振流体分析仪的应用,必将 为油田勘探开发中的地质和油藏工程难题的解决作 出更大的贡献。