Petrophysics 2020年第6期论文摘要翻译

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核能谱学在测井领域的发展历程

A History of Nuclear Spectroscopy in Well Logging

Richard Pemper¹

¹Weatherford International, 11909 Spencer Road, FM 529, Houston, Texas, 77041; richard.pemper@weatherford.com

 本文主要介绍了核能谱学在测井领域从1939年开始至今的发展历程，主要回顾了脉冲中子俘获（sigma）测井、能谱伽马测井、碳氧测井、示踪剂识别测井、小直径油藏监测仪器以及地球化学测井在伽马测井发明和实施后的技术发展。

    核能谱学的核心问题是如何探测伽马射线、射线能量以及母原子核的特性，借助它们可以更好地理解地层的性质。技术上的进步深刻影响了核能谱分析仪器的发展，其中最值得注意的是探测伽马射线能力的显著提高。闪烁晶体探测器技术、脉冲中子发生器、伽马射线脉冲能量数字化、快速定时电子学和超级计算机等领域出现的巨大进步推动更复杂的、更精确的伽马测井仪器不断被设计出来，这些仪器帮助能源行业的石油工程师更好的定位和提取碳氢化合物、干酪根和天然气储层等，给世界带来了巨大的贡献。本文论述了这段发展历程。【译者：高建华 唐微；校稿：张琼 （电子科技大学）】

基于核能谱学测量地层氯含量用于水盐度的解释:理论、建模和应用

Formation Chlorine Measurement From Spectroscopy Enables Water Salinity Interpretation: Theory, Modeling, and Applications

Jeffrey Miles¹, Laurent Mossé¹, and Jim Grau¹

¹Schlumberger-Doll Research Center, One Hampshire St, Cambridge, MA 02139, USA; jmiles@slb.com; grau1@slb.com;

    许多计算含水饱和度的方法都需要知道地层水中的氯离子浓度。氯化物对水的特性有很强的影响，同时基于电阻率、介电色散或热中子吸收，他们也会影响饱和度的估计。本文将介绍一种新的、可直接定量测量地层氯元素含量的核能谱学方法，该方法能够在有限的径向深度内连续记录水的矿化度。

    中子俘获光谱对氯的反映很灵敏，是测量氯离子浓度的最佳选择。但光谱中会同时含有地层和井眼中的氯离子浓度。井眼中的含氯量可能很高且变化很大。过去从光谱学中提取水的盐度依赖于氯和氢的比例，而氯和氢的比例会受到井眼和碳氢化合物的影响。氯离子浓度的直接使用为分离地层信息后的矿化度解释提供了更可靠的依据。我们通过两种独特的标准能谱来划分井眼和地层中的氯离子浓度的组分。这两种标准之间的对比是由于基于它们出发点伽马射线散射的差异造成的。考虑到环境中的伽马散射，井眼中氯离子浓度的标准必须随深度调整，最终获得了反映井眼和地层性质的连续变化函数。该算法是从129个实验室测量数据和2995个不同环境条件下数值模拟得出的数据中得到的。剩余的能谱计数会被转换成地层氯浓度的对数。

    结合总孔隙度，氯浓度为水的矿化度设定了一个最小值。对有机碳加以测量可以同时估计水的含量与矿化度。为便于与其他方法进行比较，氯浓度也可以与选定的水矿化度相结合来计算出水的含量。最后，氯浓度可以计算出最大期望sigma用于识别出测井环境中过量吸热剂的存在。

基于井眼尺寸，氯浓度的系统不确定度在 0.03 到 0.07 wt%。所得到的矿化度准确度与孔隙度成反比。测量的一个潜在限制是它的探测深度，90% 的信号只能达到 8 到10 英寸的范围。氯离子浓度对滤液或原生水的敏感度取决于地层渗透率和侵入流体。

    本文首先通过建模、实验室数据和岩心测井对比来介绍测量地层氯的技术，然后提出了解释氯离子浓度的岩石物理流程。【译者：李雨莲 唐微；校稿：张琼 （电子科技大学）】

自补偿脉冲中子能谱测量

Self-Compensated Pulsed-Neutron Spectroscopy Measurements

Tong Zhou¹, Dave Rose¹, Jeffrey Miles¹, Jason Gendur¹, Haijing Wang², and Michael Sullivan³

¹Schlumberger, 110 Schlumberger Dr., Sugar Land, TX, 77478; tzhou@slb.com; rose1@slb.com; One Hampshire St, Cambridge, MA 02139; jmiles@slb.com; 119 Ross Drive, Yorkton, SK, S3N 3Z8, Canada; jasongendur@gmail.com
²Chevron USA Inc., 1500 Louisiana St, Houston, TX 77002, USA; Haijing.Wang@chevron.com
³Chevron Canada Resources (retired), 5204 Baines Road NW, Calgary, Alberta, Canada T2L1V2; Michael.Sullivan@chevron.com

    地层元素组成和矿物测量为常规和非常规储层的地层评估提供了关键信息，如使用最近研发的能谱仪器探测有机碳。在一定条件下，这些信息可以使用双能谱探测器脉冲中子仪器测量得到。其主要限制在于用户必须手动提供套管和水泥中各元素（硅（Si）、钙（Ca）和铁（Fe））的测量误差，然后才能运用氧化物闭合运算获得地层元素含量。这个过程耗时长，而且由于没有实际参考，结果可能是不准确的和主观的。另一个限制是套管井中对地层元素的探测信号比裸眼井中的更弱。这会引入来源于套管和水泥的误差，从而增加了环境比重标准化参数（FY2W）的噪声，并导致地层元素含量计算的不准确。并且它会传递到所有元素的质量分数中。

    我们提出了一种可以克服这两种限制的自补偿能谱算法。算法的关键创新之处在于使用两个高精度能谱探测器的原始测量值来预测FY2W参数，而不是使用氧化物闭合方法或非弹性俘获（INCP）闭合方法。俘获FY2W参数主要由井眼和地层伽马确定。因为不同探测器对井眼和地层伽马的敏感性不同，所以可以使用多个探测器在不同的时间窗上测得的视伽马计数来表征。非弹性FY2W参数主要由井眼和地层几何结构以及含氢指数决定。它可以通过非弹性散射时间窗和俘获时间窗的计数率比值推断。该算法将FY2Ws参数中的噪声降低了一个数量级，从而提高了所有元素质量分数的精度。从两个能谱探测器可以计算出两组相互独立的视元素质量分数。距离较短的探测器测得的元素对井眼环境（包括套管和水泥）更敏感，而距离较远的探测器测得的元素对地层环境更敏感。因而可以实现套管和水泥效应的自补偿。这一新的运算可以在没有用户干预的情况下完成，结果会更精确，且可以减少主观因素干扰。基于不同条件下1600多次的实验室测量，我们提出了该算法，并用几个测井实例证明了这种新型补偿能谱测量算法的优良性能。【译者：张钦中 唐微；校稿：张琼 （电子科技大学）】

针对复杂多叠层碎屑岩储层的

新型脉冲中子多探测器比较：马来西亚棕地案例研究

New Generation of Pulsed-Neutron Multidetector Comparison in a Challenging Multistack Clastic Reservoir: A Case Study in a Brown Field, Malaysia

Dzulfadly Johare¹, Mohd Farid Mohd Amin¹, Adi Prasodjo¹, Sarah M. Afandi¹, and Rusli Din²

¹PETRONAS Carigali Sdn Bhd, Level 19 Tower 2 Petronas Twin Tower, Kuala Lumpur City Centre, 50088 Kuala Lumpur, Malaysia; dzulfadly_johare@petronas.com; farid.amin@petronas.com; adi.prasodjo@petronas.com; sarah.afandi@petronas.com
²Malaysia Petroleum Management, PETRONAS, Level 21 Tower 1 Petronas Twin Tower, Kuala Lumpur City Centre, 50088 Kuala Lumpur, Malaysia; rusli.din@petronas.com

    在马来西亚，脉冲中子测井仪的使用此前一直受到结果不确定度较高的困扰，尤其是在复杂多层堆积的碎屑储层棕壤中。大幅度变化的地层孔隙度和渗透率往往会使采集到的测井曲线产生不确定的结果。此外，盐度相对较低的含水层（矿化度在5000 ppm至40000 ppm之间）使得储层流体的分类与油水区分都更具挑战性。由于结果的不确定性和不一致性导致了更多的问题，各个研究组组对于使用这类脉冲中子测井仪器去验证流体接触与更新静态、动态储层模型的信心也显著下降。基于这一情况，为了对目前马来西亚市场上的的三种脉冲中子工具进行详细比较，岩石物理学团队创新性地在对口井中采用了三种工具进行测井。用于比较的主要标准包括数据的一致性，可重复性和统计误差。

    随着多探测器脉冲中子仪器技术的发展，新型工具配备了更高效的闪烁晶体，提高了测量的可重复性以及与中子相互作用有关的伽马射线计数率。而目前的新型工具中每个工具最多可以有五个探测器，最远的探测器可以看到更深的地层，尽管分辨率较低。考虑到这些新特性，测井往往在一个相对简单的完井管柱（单油管，单套管）中进行，且仅在封井条件下完成，然后直接连续获取测井数据，以避免任一特定仪器的误差。

    通过σ和能谱测量比较每个仪器的功能。根据相对淡水的矿化度，能谱测量法中的碳-氧（C / O）比值用于识别储层中剩余的油，而 σ 测量值则确定了可能存在的气-油或气-水接触。

    本文将说明PETRONAS Carigali Sdn Bhd（PCSB）公司采取的步骤，以比较三种脉冲中子工具的原始数据和解释结果，因此将所有工具与当前对所评估储层的解释进行了比较。这些比较的要点将显示出哪些工具更受青睐。【译者：武蕙琳 唐微；校稿：张琼 （电子科技大学）】

结合核能谱技术与岩心数据的过套管总有机碳测量和饱和度分析：科威特南部Najmah-Sargelu储层案例研究

Integration of Nuclear Spectroscopy Technology and Core Data Results for Through-Casing TOC Measurement and Saturation Analysis: A case Study in Najmah-Sargelu Reservoir, South Kuwait

Ramdane Bouchou¹, Ali Abughneej², Monica Ghioca¹, Nora P. Alarcon³, and Freddy E. Mendez³

¹Baker Hughes, Industrial area, East Ahmadi, Kuwait; ramdane.bouchou@bakerhughes.com; monica.ghioca@bakerhughes.com
²Kuwait Oil Company, Ahmadi, 61008, Kuwait; aghneej@kockw.com
³Baker Hughes Houston, 2001 Rankin Rd, Houston, TX 77073; nora.alarcon@bakerhughes.com;  freddy.mendez@bakerhughes.com

    受复杂钻井环境影响，裸眼测井数据的获取并非总能得到保证。在这种情况下，进行地层评估从而形成完井方案，就成为一个实际的挑战。在面临致密碳酸盐与富含有机碳地层的非常规储层时，情况还会更为复杂。本文用基质中的总有机碳（TOC），即干酪根和煤，来表示总有机碳，并提出了一种通过测量总有机碳来估计此类复杂环境中油饱和度的方法。

    7.625英寸的套管中使用的是一套电缆仪器（包括伽马射线（GR）、能谱仪、密度、中子和核能谱）以评估地层，并对地层总有机碳及孔隙含油量进行量化。核能谱仪器是主要工具，测量地层中的总碳含量。这些碳一部分归于无机基质（碳酸盐），另一部分归于基质中的有机物（干酪根）。剩余或多余的碳主要分布在孔隙中。该过程包括整合常规测井数据、能谱数据、岩心数据和一些地质约束条件，以估计富含干酪根的层段中校正后的孔隙度、矿物组成及总有机碳。不参与构成基质和总有机碳的过量碳可用来估算油饱和度。最后，岩心数据可用于验证分析结果。

    上述方法已应用于一口套管井，该井由于钻井问题，此前没有获得裸眼测井数据。该井在深部的主要目标区产生了水；然后，研究人员决定重新考察第二目标区，并完成测试。必须指出的是，在井下固井区段，结果显示修正后的总孔隙度与岩心总孔隙度有很好的匹配度。凭借总有机碳和饱和度分析结果，研究人员选取了最有希望的区段进行测试。测试结果表明，产出情况与油层饱和度分析结果可以很好地吻合。

    利用核能谱技术和岩心数据进行总有机碳和油饱和度的定量分析在致密碳酸盐岩和富含有机碳的油藏中都取得了成功。对于未采集到裸眼数据的任意一口井，该方法可以成为实现评估与完井的解决方案，在传统方法受限的非常规地层中，该方案也能够评估和实现。【译者：唐微；校稿：张琼 （电子科技大学）】

脉冲中子测井的最大化利用：套管后天然气层压力评估的复杂案例研究

Maximizing the Value of Pulsed-Neutron Logs: A Complex Case Study of Gas Pressure Assessment Through Casing

Chiara Cavalleri¹, Gerrit Brouwer², Dimas Kodri², David Rose¹, and Jan-Bart Theodoor Brinks¹

¹Schlumberger, 4-8, Nicolae Titulescu Blv, 011141, Bucharest (Romania), CCavalleri@slb.com; 110 Schlumberger Drive 110-6, Sugar Land, TX 77478 USA; rose1@slb.com; Kromhoutstraat 26, 1976 BM IJmuiden, The Netherlands., JBrinks@slb.com
²Nederlandse Aardolie Maatschappij B.V., PO Box 28000, 9400 HH Assen, The Netherlands; g.brouwer@shell.com; D.Kodri@shell.com

    通过套后测井先对地层进行有效评价，并将套后测井得到的数据作为该油井是否有二次开发潜力的评估参照。这可以先通过套管对地层气体压力的智能评估，再利用钻孔来验证。将三叠系砂岩的目标储层作为气体勘探对象，根据裸眼测井结果发现其具有一定的产油前景。该井已经生产石油多年，现在可作为气顶爆破的备选井。由于非均质层具有不同的岩石质量、产能指标以及复杂的流体分布与层间封隔问题，使得开采过程和对其优化完善的贡献率评价变得复杂。

    最近一种新型的套管地层评价仪器开始投入使用，该仪器提供了多个独立的地层性质测量，在描述当前油气含量的同时，还增强了对地层参数的了解。同时记录的有σ、中子孔隙度、快中子截面(FNXS)、元素含量以及非弹性和俘获能谱中的总有机碳。由于该井在目标区域高度偏离，仪器需利用牵引技术在电缆中有效地传送。

    在研究大量数据时所采用的这一套评估技术所揭示了的一些信息，对石油物理学家、地质学家以及储层生产工程师而言都至关重要。基于偏移井岩心的已有信息进行了多矿物求解分析，从而量化孔隙度和油气分层，同时获得了基质和岩石组成的详细信息，以此完善储层模型。此外，还应用了一种新的方法来确定当前的天然气压力，以优化油藏管理。高灵敏度sigma、中子孔隙度和快中子截面（FNXS）气体性质可以作为参数，将其转化为压力和温度的函数，从而在地层和流体性质已知的情况下推断出天然气压力。

    上述方法可以独立、直接地应用于多种测量，这其中包括计算是独立完成的，以迭代的方式相互检查一致性，并支持最佳参数设置。在这种情况下，该点尤为重要，因为当采用单一方法或需要建模时，井眼环境和油井历史的复杂性可能会使将压力估计值提高到足够精度的整个过程变得非常复杂。

    本文介绍了测井结果、验证结果以及对井再开发的过程，并基于这些经验，对方法和适用性进行了一般性讨论。同时也强调了细致的工作准备、预建模和数据质量控制的重要性。这些信息是确定未来油井开发管理战略的关键，也是阐明套管测井作为整个油井评价过程的一部分所能发挥作用的关键。【译者：汪洋 唐微；校稿：张琼 （电子科技大学）】

多探测器脉冲中子仪器在低孔隙度油藏中的应用：

印度尼西亚穆蒂拉油田案例研究

Multidetector Pulsed-Neutron Tool Application in a Low-Porosity Reservoir: A Case Study in Mutiara Field, Indonesia

Aditya Arie Wijaya¹, Rama Aulianagara¹, and Weijun Guo¹, Fetty Maria Naibaho², Fransiscus Xaverius Asriwan², and Usman Amirudin²

¹Halliburton, G Tower (10th oor), 199, Jln Tun Razak, Kuala Lumpur, 50400, Federal Territory of Kuala Lumpur, Malaysia; aditya.ariewijaya@halliburton.com; rama.aulianagara@halliburton.com; weijun.guo@halliburton.com
²Pertamina Hulu Sanga-Sanga, Graha Elnusa (7th oor), Jln TB Simatupang, Kav 1B, Jakarta, 12560, Indonesia; fetty.naibaho@pertamina.com; fx.asriwan@pertamina.com; usman.amirudin@pertamina.com

    在成熟的油田中，脉冲中子测井(PNL)通常用于解决套管后剩余饱和度的问题。多年来，基于sigma的饱和度测量方法一直被用来计算套管后的气体饱和度；然而事实证明，在接近12p.u.的低孔隙度气岩中，sigma对地层中水的矿化度依赖性很高。因此，本文提出了一种基于多探测器脉冲中子仪器(MDPNT)的第三探测器的新测量方法，该方法可以更好地估计低孔隙度储层中的气体饱和度。

    在由长管柱和短管柱组成的双管系统的套管井中，本文基于sigma和第三探测器的方法进行了两组独立的测量。由于第三探测器的测量比值为长探测器产生的衰减曲线中俘获窗和非弹性散射窗之比，所以可以被用来探测矿化度和岩性影响最小的致密储层中的气体。因此，本文使用从第三探测器得到的数据来计算气体饱和度，然后再与基于sigma计算的气体饱和度相比较，得到实验结论。

    其结果表明，在孔隙度高于12p.u.的区间，基于sigma的气体饱和度和基于MDPNT的气体饱和度非常一致。然而，在孔隙度接近12 p.u.或以下的低孔隙度储层中，基于sigma的测量结果表现出局限性。例如在基于MDPNT的气体饱和度中可以清楚看到，基于sigma的测量有未能检测到的剩余气体饱和度。所以本文根据MDPNT的测井数据分析，在可能性区段进行钻孔采样。经生产测试结果证实，基于MDPNT的天然气饱和度的测量方法能够日增70万标准立方英尺的天然气产量。

    这项研究介绍了一项解决低孔隙度气藏问题的新技术，并显示出基于sigma的测量剩余气体饱和度的局限性。结果显示，在同一口井中使用两种测量方法，基于MDPNT的测量方法相比基于sigma的测量方法在低孔隙度的岩石中能够表现出更好的结果。【译者：汪鑫扬 唐微；校稿：张琼 （电子科技大学）】