測井：尋找丟失的資訊（一）
新型快中子截面測量儀量化氣體體積，實現完整的套管井地層評價
來自 | E&P
編譯 | 大安 白小明
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在20世紀60年代早期，套管井測井主要採用中子俘獲截面測井（sigma logs），該測井資料對地層氯含量（主要是氯化鈉）敏感，可用於計算地層含水飽和度。另外脈衝中子測井可以測量液體孔隙度，標準的伽馬射線測井可用作確定套管井或裸眼井的岩性。在20世紀70年代，碳/氧比測井（即快中子非彈性散射伽馬能譜測井）的首次應用，使測量含淡水或者鹽度未知地層的含油飽和度成為可能。
過去的40年，經過工具的多次更新換代，套管井測井系列產品得到了極大地改進，但其本質的物理測量資料仍未變。雖然可以將測量含氣地層孔隙度的套管測井與中子密度測井結合來測量裸眼井含氣地層的體積密度，
如今，作業公司通常傾向于在新井固井後進行地層評價。在許多情況下，在井還未鑽達設計井深時，作業公司就已經做出了下套管的決定。
不管從經濟還是安全的角度，套管井地層評價技術都是不錯的選擇，
新型套管井孔隙度測量儀
無法測量地層的氣體含量，已成為開展套管井地層評價的最大挑戰。自20世紀60年代以來，伽馬-伽馬密度測井資料就開始用於裸眼地層評價，並結合與傳統中子-密度測井的氣體交叉效應，來識別含氣層（圖1）。
圖1 最右邊顯示了FNXS資料，該值僅對氣體敏感。經典的氣體交叉效應（黃色陰影），可以較容易地區分裸眼井的液體孔隙度和氣體孔隙度，與低FNXS讀數關聯較好。在低孔隙度地層與含氣地層，中子俘獲截面（Sigma）、中子密度和非彈性計數率比等讀數統一。然而，儘管在低孔隙度地層和充滿液體的孔隙地層FNXS讀數一致，
為了彌補這近40年的技術差距，斯倫貝謝於2015年研發和推出了第一套用于套管井地層評價的新型測井儀，即快中子截面（FNXS）測井儀，相比體積密度，這種測井儀與原子密度關係更大。氣體體積的測量基於非彈性截面，但此資料對於不同元素而言差異很小，不同於俘獲截面。由於單位體積的岩石、油和水含有的原子數量接近，因此FNXS測量儀對岩石和液體的回應是一致的。然而，氣體的原子密度值很低，因而FNXS值非常低，易識別。因為新的測量儀只對氣體敏感，因此結合其他的套管井測距資料，可以計算氣體體積和總孔隙度。
通過將中子孔隙度確定的液體孔隙度和FNXS氣體體積相結合，FNXS測井儀也可以僅使用採集自套管井的資料來獲得總孔隙度。因此，FNXS測井可以替代密度測井，而且比套管井密度測井更強大。
FNXS工作原理
FNXS資料通過創新的脈衝中子工具測得，此工具也可以測量傳統的中子俘獲截面、孔隙度、碳/氧比和捕獲光譜數據。所有這些能力均集中在一個工具上，這意味著在套管井內下入單個硬體就可以完成整套地層評估工作。
為了解釋FNXS的工作原理，先看圖1，其右側的套管井資料與左側的裸眼井資料匹配得很好。Sigma與電阻率關聯得很好，伽馬射線和中子密度在裸眼的回應與套管井的回應匹配。然而，密度資料不匹配，或者更重要地，含氣地層和低孔隙度地層間沒有獨特的回應差異。套管井資料圖最右邊顯示的最新獲得的FNXS資料，正好提供了缺失的資訊。注意，在中子密度交叉效應指示的含氣區（即裸眼資料一側的黃色陰影部分），FNXS讀數較低。另外，在液體孔隙區和低密度地層，回應是一致的，這表明該資料只對氣體敏感。
圖2 左圖顯示，非彈性比率和中子孔隙度非常類似，因而無法結合兩者來識別氣體。右圖比較了中子密度和FNXS資料。FNXS對氣體的回應非常獨特且與孔隙度無關，而液體孔隙度和岩石的FNXS數值類似，這使其很容易識別含氣層。
圖2展示了FNXS資料可以不依賴裸眼或者外部資訊來識別地層氣。左圖展示了非彈性比率與中子密度的關係。儘管關聯性不夠完美，但二者對氣體和對低孔隙度地層的回應類似。右圖顯示，FNXS僅回應氣體，只要孔隙充滿液體，FNXS對孔隙度的變化幾乎不敏感。
圖3 通過對比裸眼井（左）和套管井（右）的岩石物理學資料分析，儘管採用了不同的輸入資料進行解釋，計算的孔隙度和流體體積仍然匹配較好。僅使用採集自套管井的資料即獲得了左邊的結果。
在圖3的套管井分析中，液體孔隙度由中子孔隙度數據推算得到，而氣體體積由FNXS採用標準的解釋模型（使用傳統的套管井測量資料）推算得到。將液體孔隙度與氣體體積相加，即得到了與裸眼井分析圖中顯示的採用中子和密度測井測得的相同的孔隙度。裸眼井的含水飽和度由電阻率確定，套管井由sigma確定。如果地層水鹽度較低或者未知，可以使用碳/氧比或總有機碳來確定含油飽和度。然而，在圖中的情況下，地層水為鹽水，因此使用sigma更容易計算飽和度。
儘管可以使用傳統的套管測井資料，結合裸眼密度測井資料來對套管井進行解釋，但FNXS技術取得的突破是無需採集裸眼井資料。
您也有讓人撓頭的難題需要解決，或是優質技術想要找應用市場嗎？如果有的話，歡迎與我們聯繫，也許能找到一劑良藥。
因此FNXS測量儀對岩石和液體的回應是一致的。然而，氣體的原子密度值很低，因而FNXS值非常低，易識別。因為新的測量儀只對氣體敏感，因此結合其他的套管井測距資料，可以計算氣體體積和總孔隙度。通過將中子孔隙度確定的液體孔隙度和FNXS氣體體積相結合，FNXS測井儀也可以僅使用採集自套管井的資料來獲得總孔隙度。因此，FNXS測井可以替代密度測井，而且比套管井密度測井更強大。
FNXS工作原理
FNXS資料通過創新的脈衝中子工具測得，此工具也可以測量傳統的中子俘獲截面、孔隙度、碳/氧比和捕獲光譜數據。所有這些能力均集中在一個工具上，這意味著在套管井內下入單個硬體就可以完成整套地層評估工作。
為了解釋FNXS的工作原理，先看圖1，其右側的套管井資料與左側的裸眼井資料匹配得很好。Sigma與電阻率關聯得很好，伽馬射線和中子密度在裸眼的回應與套管井的回應匹配。然而，密度資料不匹配，或者更重要地，含氣地層和低孔隙度地層間沒有獨特的回應差異。套管井資料圖最右邊顯示的最新獲得的FNXS資料，正好提供了缺失的資訊。注意，在中子密度交叉效應指示的含氣區（即裸眼資料一側的黃色陰影部分），FNXS讀數較低。另外，在液體孔隙區和低密度地層，回應是一致的，這表明該資料只對氣體敏感。
圖2 左圖顯示，非彈性比率和中子孔隙度非常類似，因而無法結合兩者來識別氣體。右圖比較了中子密度和FNXS資料。FNXS對氣體的回應非常獨特且與孔隙度無關，而液體孔隙度和岩石的FNXS數值類似，這使其很容易識別含氣層。
圖2展示了FNXS資料可以不依賴裸眼或者外部資訊來識別地層氣。左圖展示了非彈性比率與中子密度的關係。儘管關聯性不夠完美，但二者對氣體和對低孔隙度地層的回應類似。右圖顯示，FNXS僅回應氣體，只要孔隙充滿液體，FNXS對孔隙度的變化幾乎不敏感。
圖3 通過對比裸眼井（左）和套管井（右）的岩石物理學資料分析，儘管採用了不同的輸入資料進行解釋，計算的孔隙度和流體體積仍然匹配較好。僅使用採集自套管井的資料即獲得了左邊的結果。
在圖3的套管井分析中，液體孔隙度由中子孔隙度數據推算得到，而氣體體積由FNXS採用標準的解釋模型（使用傳統的套管井測量資料）推算得到。將液體孔隙度與氣體體積相加，即得到了與裸眼井分析圖中顯示的採用中子和密度測井測得的相同的孔隙度。裸眼井的含水飽和度由電阻率確定，套管井由sigma確定。如果地層水鹽度較低或者未知，可以使用碳/氧比或總有機碳來確定含油飽和度。然而，在圖中的情況下，地層水為鹽水，因此使用sigma更容易計算飽和度。
儘管可以使用傳統的套管測井資料，結合裸眼密度測井資料來對套管井進行解釋，但FNXS技術取得的突破是無需採集裸眼井資料。
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