多功能水流時(shí)間譜測(cè)井技術(shù)在油田開發(fā)中的應(yīng)用

陳俊營(yíng),劉星普,王立新

(1.中國(guó)石化集團(tuán)中原石油勘探局井下特種作業(yè)處,河南濮陽 457001; 2.中國(guó)石油化工股份有限公司華北分公司勘探開發(fā)研究院,河南鄭州 450006)

多功能水流時(shí)間譜測(cè)井技術(shù)在油田開發(fā)中的應(yīng)用

陳俊營(yíng)1,劉星普2,王立新2

(1.中國(guó)石化集團(tuán)中原石油勘探局井下特種作業(yè)處,河南濮陽 457001; 2.中國(guó)石油化工股份有限公司華北分公司勘探開發(fā)研究院,河南鄭州 450006)

運(yùn)用多功能水流時(shí)間譜測(cè)井技術(shù)原理和測(cè)井方法,通過優(yōu)化活化期與譜周期匹配,可以提高測(cè)井資料質(zhì)量。應(yīng)用實(shí)例表明該技術(shù)能準(zhǔn)確地探測(cè)油管、套管內(nèi)外的水流情況,判斷油、水井竄漏部位,定量分析注水井的注入剖面,該技術(shù)在中原油田的實(shí)際應(yīng)用取得了良好地質(zhì)效果。

水流時(shí)間譜;氧活化;測(cè)井技術(shù);找漏找竄;應(yīng)用

目前中原油田已進(jìn)入中后期開發(fā)階段,長(zhǎng)期的注水開采,層間矛盾突出,加之井況逐年惡化,造成油水井管外竄漏現(xiàn)象嚴(yán)重,對(duì)油田分層注采開發(fā)管理極為不利,制約油水井增產(chǎn)、增注措施的實(shí)施。對(duì)于采油井,若存在生產(chǎn)層和水淹層的竄槽,將導(dǎo)致高產(chǎn)液、高含水,造成油井生產(chǎn)成本的增高;對(duì)于注水井,管外竄漏會(huì)影響分層注水開發(fā)效果,導(dǎo)致無效注水。同位素吸水剖面測(cè)井使用的同位素示蹤劑,由于同位素污染、沉降、大孔道漏失等因素的影響,測(cè)量精度存在質(zhì)疑;渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)以及超聲波流量計(jì)由于不能測(cè)量管外水流量,使用條件受到限制。多功能水流時(shí)間譜測(cè)井儀可以在油管內(nèi)測(cè)量注入剖面,還可測(cè)量油—套環(huán)空水流、套管外水流,甚至可以進(jìn)行中子壽命測(cè)井,監(jiān)測(cè)剩余油的分布情況。

1 多功能水流時(shí)間譜測(cè)井技術(shù)原理和方法

1.1 多功水流時(shí)間譜測(cè)井原理

在油水井中水含有氧元素,多功能水流時(shí)間譜測(cè)井就是根據(jù)水中的氧元素與中子發(fā)生氧活化反應(yīng)來確定水流量[1],氧活化反應(yīng)原理如圖1。發(fā)射器發(fā)射14 MeV的高能快中子穿透油管、套管進(jìn)入地層,與水中氧的同位素16O發(fā)生核反應(yīng)生成氮的同位素16N,16N經(jīng)β衰變(半衰期7.13 s)成激發(fā)態(tài)的16O,水中激發(fā)態(tài)的16O釋放出6.13 MeV的伽馬射線能量較高,能穿透井內(nèi)流體、油管、套管和水泥環(huán)被儀器接收。每次測(cè)量都包括一個(gè)較短的活化期(一般1～10 s)和較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)采集期(典型值為60 s)。這樣活化水流流經(jīng)4個(gè)不同源距的探測(cè)器時(shí),記錄活化水流流過的時(shí)間tm,再結(jié)合源距就可計(jì)算水流速度Vu,最后根據(jù)所測(cè)空間的截面積A計(jì)算出水流量Qw。

圖1 氧活化反應(yīng)原理示意Fig.1 Schematic diagram of oxygen activation action process

具體計(jì)算公式為:

式中:tm為活化水流流過的時(shí)間,min;Vu為水流速度,m/min;A為所測(cè)空間的截面積,m2;Qw為水流量,m3/d;l為源距,m;f(t)為測(cè)量獲得的流動(dòng)信號(hào);t為數(shù)據(jù)采集時(shí)間,s;dt為對(duì)t求導(dǎo)數(shù);ta為中子脈沖時(shí)間寬度,s。

1.2 測(cè)井方法

1.2.1 測(cè)量模式

有連續(xù)測(cè)量和脈沖測(cè)量?jī)煞N測(cè)量模式。連續(xù)測(cè)量在大水流條件下,在較短的時(shí)間內(nèi)可以覆蓋一段完整的垂向井段。該方法需要在已知零流量層段對(duì)儀器進(jìn)行刻度,由于實(shí)際流動(dòng)氧活化產(chǎn)生的計(jì)數(shù)率并不高,刻度準(zhǔn)確性難以保證;另外,刻度層段與被測(cè)層段條件很難匹配,測(cè)量精度不如點(diǎn)測(cè)[2]。一般選用脈沖測(cè)量模式,用于探測(cè)垂直水流量,該方法使用較短的活化時(shí)間和較長(zhǎng)的采集時(shí)間來探測(cè)流動(dòng)的活化水。當(dāng)活化水經(jīng)過探測(cè)器時(shí),可測(cè)量到它的特征峰,通過所用的時(shí)間計(jì)算出水的流速。

1.2.2 測(cè)井儀器及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

井下儀器采用Φ5.6 mm單芯電纜傳輸,儀器長(zhǎng)度6.5 m,儀器外徑43 mm,儀器最大耐壓80 MPa,儀器最高耐溫135℃。

儀器下井前,必須進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試,儀器連接依次為遙傳短節(jié)、上中子發(fā)生器、探測(cè)器短節(jié)及下中子發(fā)生器,底部連接加重掛套,系統(tǒng)沒有問題后準(zhǔn)備下井。儀器下到目的層,先測(cè)一趟四參數(shù)曲線(磁定位CCL、自然伽馬GR、溫度、壓力),用CCL、GR曲線進(jìn)行校深,然后把儀器下到指定深度開始目的層位的流量測(cè)量,現(xiàn)場(chǎng)各層定量分析后方可結(jié)束測(cè)量。

1.2.3 優(yōu)化活化期與譜周期匹配

根據(jù)不同的測(cè)井目的,設(shè)計(jì)多種活化時(shí)間(0.8、1.0、1.6、2、4、6、8、10 s)和譜周期(10、20、40、60 s)相匹配,保證原始測(cè)井資料質(zhì)量,提高了資料解釋精度。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明最小測(cè)試流量可達(dá)到:油管內(nèi)最低水量5.0 m3/d,套管內(nèi)最低水量12.0 m3/d。不同流量活化時(shí)間、采集譜周期建議如表1所示。

表1 不同流量活化時(shí)間、采集譜周期建議Tab.1 Suggestion on activeness time and spectrum-picking period of different flow

2 多功能水流時(shí)間譜測(cè)井技術(shù)應(yīng)用

2.1 確定竄槽位置

油井含水突然上升,可能是發(fā)生管外竄,可利用水流時(shí)間譜測(cè)井來確定竄槽位置。H12-xxx井是一口油井,日產(chǎn)液31.0 m3,日產(chǎn)油0.6 t,綜合含水98.1%,含水較高,懷疑套管外有竄槽。為此,進(jìn)行了水流時(shí)間譜測(cè)井,測(cè)量井段為1 965.0～2 625.0 m,。測(cè)試結(jié)果顯示,在第42號(hào)層以上,水流譜曲線無異常,在第42號(hào)層以下并未射孔,但仍有下水流顯示,直至第45號(hào)層以下無水流。分析套管竄漏在第42號(hào)層以下,為管外竄槽,解釋成果如圖2所示。后根據(jù)解釋成果實(shí)施封竄堵漏措施后,日產(chǎn)液24 m3,日產(chǎn)油1.8 t,含水下降到92.5%,效果明顯。

圖2 H12-xxx井水流時(shí)間譜測(cè)井成果Fig.2 Logging result of Well H12-xxx water flow time spectrum

2.2 判斷油管漏失位置及漏失量

W33-xxx井是于2001年5月投注的一口注水井,注水井段2 586.2～3 230.8 m,射孔82.1 m/45層,注水壓力18.0 MPa,日注水量98.2 m3。喇叭口深度3 231.5 m,封隔器位置2 733.0 m,目的是為了卡封2～15號(hào)層,希望采用井口分注將注入水通過油管全部注到16～59號(hào)層。為了了解該井注水效果,2007年6月對(duì)該井進(jìn)行了水流時(shí)間譜測(cè)井。測(cè)井時(shí),儀器在451.3 m測(cè)量油管內(nèi)下水流為98.2 m3,與井口配注量吻合,而在501.7 m測(cè)量油管內(nèi)下水流為44.3 m3,環(huán)空內(nèi)下水流為53.88 m3,證明油管在450～500 m井段內(nèi)存在漏失,漏失量為53.88 m3,漏失的水通過油套環(huán)空注入到2～15號(hào)層,資料解釋成果如圖3所示。采油廠依據(jù)解釋結(jié)果對(duì)注水管柱進(jìn)行了更換,恢復(fù)了該井的正常注水。

圖3 W33-xxx井水流時(shí)間譜測(cè)井成果Fig.3 Logging result of Well W33-xxx water flow time spectrum

2.3 判斷套管漏失位置及漏失量

W92-xx井是1998年3月轉(zhuǎn)注的一口注水井,注水井段2 693.0～2 842.4 m,射孔32.0 m/ 19層,日注水100.0 m3。2007年6月,注水壓力突然下降,注水量增加,懷疑套管可能出現(xiàn)漏失,為此,進(jìn)行了水流時(shí)間譜測(cè)井找漏。將儀器下入井中,注水壓力穩(wěn)定在19.0 MPa后,儀器在21.0 m處開始定點(diǎn)測(cè)量,之后向下監(jiān)測(cè),在井溫異常處進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量,采用逐點(diǎn)逼近法找出漏點(diǎn)位置,測(cè)井成果如圖4所示。在132.4 m處所測(cè)的定點(diǎn)流量為107.0 m3/d,與井口處的吻合,而在142.3 m處所測(cè)的定點(diǎn)流量為40.4 m3/d,說明此段有漏失,漏失量為66.6 m3/d,且下部存在下水流;于是,繼續(xù)向下監(jiān)測(cè),確定第21號(hào)層吸水,吸水量為40.4 m3/d。

圖4 W92-xx井水流時(shí)間譜測(cè)井找漏成果Fig.4 Logging result of Well W92-xx water flow time spectrum

2.4 判斷遇阻層段吸水情況或砂面是否漏失

W72-xx井是2007年4月投注的一口注水井,在3 055.0 m打水泥塞面封住了第7～20號(hào)層,計(jì)劃第4、5號(hào)層為注水層。2007年8月進(jìn)行水流時(shí)間譜測(cè)井,測(cè)井時(shí)喇叭口位置在3 040.0 m,油壓16.0 MPa,注水量為58.5 m3,測(cè)井成果如圖5所示。在3 032.0 m油管內(nèi)下水流為58.5 m3,在3 036.0 m測(cè)量環(huán)空上水流為0,在3 049.0 m測(cè)量套管內(nèi)下水流為58.5 m3,分析認(rèn)為該井灰面漏失,第4、5號(hào)層不吸水,注入水全部漏到灰面以下。采油廠根據(jù)解釋結(jié)果,重新打水泥塞面,實(shí)現(xiàn)了該井的正常注水。

3 結(jié)論

圖5 W72-xx井水流時(shí)間譜測(cè)井解釋成果Fig.5 Logging result of Well W72-xx water flow time spectrum

(1)水流時(shí)間譜測(cè)井技術(shù)在注入剖面測(cè)井時(shí),不需注入同位素示蹤劑,就可以監(jiān)測(cè)油管、油套環(huán)空、套管、套管外流體流動(dòng)方向、流速及流量,很好地解決了注水方式和結(jié)構(gòu)復(fù)雜條件下注水剖面的測(cè)井問題,克服了常規(guī)儀器的不足,完善了生產(chǎn)測(cè)井系列。測(cè)井時(shí)密閉不停井,為中原油田二、三類層細(xì)分注水的監(jiān)測(cè)提供了比較理想的測(cè)井工藝及方法。

(2)水流時(shí)間譜測(cè)井找漏找竄,資料解釋結(jié)果直觀、準(zhǔn)確,該項(xiàng)技術(shù)為制定油、水井封竄堵漏措施方案提供了可靠的依據(jù),應(yīng)用效果良好。

[1]韓玉堂,林梁,李妍.能譜水流測(cè)井技術(shù)的研究和推廣[J].測(cè)井技術(shù),2002,26(4):306-310.

[2]王建民,姜亦中,嚴(yán)青伍,等.氧活化技術(shù)在聚合物注入剖面測(cè)井中的應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù),1992,23(3):214-217.

Application of multifunction water flow time spectrum technique to oil field development

Chen Junying1,Liu Xingpu2,Wang Lixin2
(1.Downhole Special Operating Company of SINOPEC Zhongyuan Exploration Bureau,Puyang457001;2.Oil&Gas Exploration&Development Research Institute of SINOPEC North China Company,Zhengzhou450006)

By means of multifunction water flow time spectrum logging principles and its operating technique,and optimizing the match of activation time and spectrum period,the quality of logging data has been improved obviously.The application examples indicate that this technique can be used to inspect water fluxes accurately inside and outside the tubing and casing,locate tubing or casing leakage and channel position in oil water well,and analyze injection profile quantitatively.Good geologic results have been achieved through application of this technique to Zhongyuan Oilfield.

water flow time spectrum;oxygen activation;logging technique;leakage and channel detecting; application

book=2,ebook=4

P631.8+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.087

1008-2336(2010)02-0087-04

2010-01-11;改回日期:2010-02-26

陳俊營(yíng),1967年生,男,工程師,1989年畢業(yè)于燕山大學(xué)機(jī)械專業(yè),現(xiàn)從事油田開發(fā)工作。E-mail:zyytyyc@126.com。