来自：E&P
编译：大安 白小明
在20世纪60年代早期，套管井测井主要采用中子俘获截面测井（sigma logs），该测井数据对地层氯含量（主要是氯化钠）敏感，可用于计算地层含水饱和度。另外脉冲中子测井可以测量液体孔隙度，标准的伽马射线测井可用作确定套管井或裸眼井的岩性。在20世纪70年代，碳/氧比测井（即快中子非弹性散射伽马能谱测井）的首次应用，使测量含淡水或者盐度未知地层的含油饱和度成为可能。利用碳/氧比测井数据，岩石物理学家就能够量化构成岩石基质的元素含量，如可以确定硅-石英、钙-方解石、以及铁-粘土体积的关系。
过去的40年，经过工具的多次更新换代，套管井测井系列产品得到了极大地改进，但其本质的物理测量数据仍未变。虽然可以将测量含气地层孔隙度的套管测井与中子密度测井结合来测量裸眼井含气地层的体积密度，但仍然缺乏能够单独精确测量含气地层孔隙度的套管测量仪。缺乏这种孔隙度测量仪，除非有关于孔隙度的外部数据，如裸眼测井数据，否则套管井的地层评价可能比较模糊。
如今，作业公司通常倾向于在新井固井后进行地层评价。在许多情况下，在井还未钻达设计井深时，作业公司就已经做出了下套管的决定。
不管从经济还是安全的角度，套管井地层评价技术都是不错的选择，它可以节约钻机成本，避免测井工具在裸眼，尤其是长水平段裸眼的相关风险。
新型套管井孔隙度测量仪
无法测量地层的气体含量，已成为开展套管井地层评价的最大挑战。自20世纪60年代以来，伽马-伽马密度测井数据就开始用于裸眼地层评价，并结合与传统中子-密度测井的气体交叉效应，来识别含气层（图1）。
图1 最右边显示了FNXS数据，该值仅对气体敏感。经典的气体交叉效应（黄色阴影），可以较容易地区分裸眼井的液体孔隙度和气体孔隙度，与低FNXS读数关联较好。在低孔隙度地层与含气地层，中子俘获截面（Sigma）、中子密度和非弹性计数率比等读数统一。然而，尽管在低孔隙度地层和充满液体的孔隙地层FNXS读数一致，但在含气地层读数低很多，从而可以利用这一点来识别气体孔隙度。
为了弥补这近40年的技术差距，斯伦贝谢于2015年研发和推出了第一套用于套管井地层评价的新型测井仪，即快中子截面（FNXS）测井仪，相比体积密度，这种测井仪与原子密度关系更大。气体体积的测量基于非弹性截面，但此数据对于不同元素而言差异很小，不同于俘获截面。由于单位体积的岩石、油和水含有的原子数量接近，因此FNXS测量仪对岩石和液体的响应是一致的。然而，气体的原子密度值很低，因而FNXS值非常低，易识别。因为新的测量仪只对气体敏感，因此结合其他的套管井测距数据，可以计算气体体积和总孔隙度。
通过将中子孔隙度确定的液体孔隙度和FNXS气体体积相结合，FNXS测井仪也可以仅使用采集自套管井的数据来获得总孔隙度。因此，FNXS测井可以替代密度测井，而且比套管井密度测井更强大。
FNXS工作原理
FNXS数据通过创新的脉冲中子工具测得，此工具也可以测量传统的中子俘获截面、孔隙度、碳/氧比和捕获光谱数据。所有这些能力均集中在一个工具上，这意味着在套管井内下入单个硬件就可以完成整套地层评估工作。
为了解释FNXS的工作原理，先看图1，其右侧的套管井数据与左侧的裸眼井数据匹配得很好。Sigma与电阻率关联得很好，伽马射线和中子密度在裸眼的响应与套管井的响应匹配。然而，密度数据不匹配，或者更重要地，含气地层和低孔隙度地层间没有独特的响应差异。套管井数据图最右边显示的最新获得的FNXS数据，正好提供了缺失的信息。注意，在中子密度交叉效应指示的含气区（即裸眼数据一侧的黄色阴影部分），FNXS读数较低。另外，在液体孔隙区和低密度地层，响应是一致的，这表明该数据只对气体敏感。
图2 左图显示，非弹性比率和中子孔隙度非常类似，因而无法结合两者来识别气体。右图比较了中子密度和FNXS数据。FNXS对气体的响应非常独特且与孔隙度无关，而液体孔隙度和岩石的FNXS数值类似，这使其很容易识别含气层。
图2展示了FNXS数据可以不依赖裸眼或者外部信息来识别地层气。左图展示了非弹性比率与中子密度的关系。尽管关联性不够完美，但二者对气体和对低孔隙度地层的响应类似。右图显示，FNXS仅响应气体，只要孔隙充满液体，FNXS对孔隙度的变化几乎不敏感。
图3 通过对比裸眼井（左）和套管井（右）的岩石物理学数据分析，尽管采用了不同的输入数据进行解释，计算的孔隙度和流体体积仍然匹配较好。仅使用采集自套管井的数据即获得了左边的结果。
在图3的套管井分析中，液体孔隙度由中子孔隙度数据推算得到，而气体体积由FNXS采用标准的解释模型（使用传统的套管井测量数据）推算得到。将液体孔隙度与气体体积相加，即得到了与裸眼井分析图中显示的采用中子和密度测井测得的相同的孔隙度。裸眼井的含水饱和度由电阻率确定，套管井由sigma确定。如果地层水盐度较低或者未知，可以使用碳/氧比或总有机碳来确定含油饱和度。然而，在图中的情况下，地层水为盐水，因此使用sigma更容易计算饱和度。
尽管可以使用传统的套管测井数据，结合裸眼密度测井数据来对套管井进行解释，但FNXS技术取得的突破是无需采集裸眼井数据。
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