生產(chǎn)測(cè)井組合儀在氣井產(chǎn)出剖面評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

李瑞豐

(大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163453)

0 引 言

近年來，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司努力加快天然氣的開發(fā)及利用步伐，以氣補(bǔ)油成為油田發(fā)展的重要戰(zhàn)略，且逐步形成規(guī)?；l(fā)展趨勢(shì)。為給油田氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)及措施提供可靠依據(jù)，需要進(jìn)行產(chǎn)氣剖面測(cè)試。對(duì)于氣井產(chǎn)出剖面測(cè)試，常規(guī)的剖面測(cè)試技術(shù)無法滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。生產(chǎn)測(cè)井組合儀在確定氣井產(chǎn)出剖面方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，該儀器既可連續(xù)測(cè)量確定流動(dòng)剖面也可進(jìn)行點(diǎn)測(cè)確定主要產(chǎn)層。但不是在所有氣井中應(yīng)用情況都很明確，在一些特殊井中應(yīng)用情況有待做進(jìn)一步考察研究[1]。為更好滿足油田開發(fā)需要，確保為油氣田開發(fā)提供準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料，有必要對(duì)生產(chǎn)測(cè)井組合儀在氣井產(chǎn)出剖面測(cè)試方面的適用性進(jìn)行系統(tǒng)分析評(píng)價(jià)，特別是弄清生產(chǎn)測(cè)井組合儀在一些高壓氣井產(chǎn)氣剖面監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用情況意義尤為重要。

1 生產(chǎn)測(cè)井組合儀簡(jiǎn)介

1.1 測(cè)井原理

當(dāng)前油田服務(wù)市場(chǎng)有多種生產(chǎn)測(cè)井組合儀用于產(chǎn)出剖面監(jiān)測(cè)。主要區(qū)別在于密度參數(shù)的測(cè)量方法不同。密度參數(shù)的測(cè)量是三相流測(cè)井中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，可以說密度測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到流量、含水等參數(shù)的解釋精度。目前密度參數(shù)的測(cè)量方法有放射源、壓差、音叉等。深層氣井、二氧化碳產(chǎn)出井等特殊井具有產(chǎn)水低、壓力高、產(chǎn)量高的特點(diǎn)。從安全環(huán)保方面考慮，高壓氣井產(chǎn)氣剖面監(jiān)測(cè)普遍不允許采用放射性密度計(jì)，而實(shí)踐中壓差密度計(jì)受流體密度低、縱向分辨率低等因素影響，應(yīng)用效果不佳。為了更好服務(wù)于油田，給采油廠提供翔實(shí)可靠的數(shù)據(jù)，我們采用了帶有音叉密度計(jì)的生產(chǎn)測(cè)井組合儀進(jìn)行測(cè)井。音叉密度計(jì)不受流體速度變化、管柱摩擦影響，測(cè)量精度更高；不受流體溫度影響，能真實(shí)反映流體的密度，能為氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供準(zhǔn)確的依據(jù)[2-3]。組合儀由磁性定位器、自然伽馬、渦輪流量計(jì)、含水率計(jì)、音叉密度計(jì)、井溫儀、壓力計(jì)等組成。儀器可任意組合，一次下井可同時(shí)測(cè)得多個(gè)參數(shù)。采用遙測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多參數(shù)同時(shí)測(cè)量和傳輸；儀器結(jié)構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu)。儀器在通過油管時(shí)，支架自動(dòng)收縮，帶動(dòng)連桿、滑套使葉輪收攏；進(jìn)入套管后，支架自動(dòng)張開，連桿、滑套也自動(dòng)收回，彈簧驅(qū)動(dòng)葉輪收回并自動(dòng)張開[4-5]。測(cè)量時(shí)，流體帶動(dòng)葉輪及芯軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在芯軸的另一端的磁芯也隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)； 通過布置在磁芯周圍的5個(gè)磁敏傳感器接收磁感應(yīng)信號(hào)，葉輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，5 個(gè)磁敏傳感器共輸出 10 個(gè)脈沖信號(hào)；測(cè)量傳感器輸出的脈沖數(shù)可計(jì)算出葉輪的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)可計(jì)算出流體的流速[6]。測(cè)井施工可采用連續(xù)測(cè)量和點(diǎn)測(cè)兩種方式。為保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，連續(xù)測(cè)量以不同的測(cè)速錄取不少于8條合格的流量曲線(上測(cè)4條、下測(cè)4條)，這種方法可以在井內(nèi)條件下對(duì)流量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)刻度。測(cè)速也可視具體產(chǎn)液情況進(jìn)行調(diào)整，但要求測(cè)速間隔應(yīng)大于30 ft/min，且測(cè)速穩(wěn)定。最后根據(jù)選擇的解釋方法對(duì)資料進(jìn)行全井段解釋，得到分層分相的產(chǎn)量，并生成產(chǎn)出剖面[7-8]。

1.2 主要技術(shù)指標(biāo)

外徑：38 mm

最大工作壓力： 100 MPa

最大工作溫度： 175 ℃

長(zhǎng)度：837.5 mm

重量：3 kg

測(cè)量點(diǎn)長(zhǎng)度：328 mm(從尖端起)

工作電壓：34 VDC

啟動(dòng)排量：液體25 m3/d

最大流量：液體300 m3/d

外殼材料：鈦合金

含水率計(jì)測(cè)量范圍：0～40%，±2%

含氣率計(jì)測(cè)量范圍：0～100%，±3%

輸出信號(hào)：10脈沖/圈

2 測(cè)井實(shí)例分析

2.1 在深層氣井產(chǎn)出剖面中的應(yīng)用

AAA井是2017年6月完鉆的XXXX油田第一口深層氣井。2017年7月對(duì)2 827～2 860 m、2 908～2 929 m、2 960～2 980 m、3 034～3 054 m、3 097～3 116 m層采用套管分簇射孔+復(fù)合橋塞方式進(jìn)行了大規(guī)模壓裂。為進(jìn)一步落實(shí)該井試氣壓裂層段產(chǎn)氣(液)能力，以達(dá)到為后期地質(zhì)評(píng)價(jià)提供有力依據(jù)的目的，對(duì)本井進(jìn)行了生產(chǎn)測(cè)井組合儀產(chǎn)氣剖面測(cè)試作業(yè)。

2.1.1 點(diǎn)測(cè)數(shù)據(jù)解釋分析

為了更好地掌握目標(biāo)井目的層段的產(chǎn)出情況。根據(jù)本井實(shí)際情況，在測(cè)井施工設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了以下7個(gè)常規(guī)點(diǎn)測(cè)測(cè)點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)的渦輪流量計(jì)記錄到的轉(zhuǎn)速見表1。表2為常規(guī)點(diǎn)測(cè)解釋結(jié)果。解釋準(zhǔn)則是將12.80 rps看做全井總產(chǎn)氣量的渦輪轉(zhuǎn)數(shù)。第一、二兩段渦輪轉(zhuǎn)數(shù)為零，并不是說明此兩段不產(chǎn)氣，而是產(chǎn)氣量小沒有達(dá)到渦輪的啟動(dòng)排量。因此第一、二兩段產(chǎn)氣情況只能給出預(yù)估值。具體各層段的絕對(duì)產(chǎn)氣量要結(jié)合連續(xù)曲線的解釋結(jié)果最后給出。

表1 AAA井現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)測(cè)結(jié)果

表2 AAA井現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)測(cè)解釋結(jié)果

此外，為了更好了解該井各層段內(nèi)部產(chǎn)氣情況，現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)加測(cè)了一些測(cè)點(diǎn)。臨時(shí)加測(cè)點(diǎn)測(cè)的渦輪流量計(jì)記錄到的轉(zhuǎn)速見表3，解釋結(jié)果見表4。

表3 AAA井現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)加測(cè)點(diǎn)測(cè)結(jié)果

表4 AAA井點(diǎn)測(cè)綜合解釋結(jié)果

由點(diǎn)測(cè)結(jié)果綜合分析知該井主要產(chǎn)氣層段為第四、三、五段，第二、一兩段產(chǎn)氣量較少。其中第三段2 961.0～2 960.0 m為該段主要產(chǎn)氣層段；2 909.0～2 908.0 m為第四段主要產(chǎn)氣層段。

2.1.2 連續(xù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)解釋分析

表5為AAA井連續(xù)測(cè)井解釋結(jié)果表。由表5可知，該井主要產(chǎn)氣段為第四、三、五段，約為全井的80%左右，第一、二兩段為次產(chǎn)氣段，約為全井的20%左右，其中第二段產(chǎn)氣量為最少。這與現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)測(cè)結(jié)果有很好的一致性。此外表中各層段加粗處為各段的主要產(chǎn)氣層段，也與點(diǎn)測(cè)解釋結(jié)果基本一致。

同時(shí)，通過對(duì)連續(xù)測(cè)井曲線解釋給出了該井總產(chǎn)氣量為25 549.8 m3/d，產(chǎn)水11.0 m3/d。該井主要產(chǎn)水層段為第一段的3 111.0～3 112.0 m層段，出水7.8 m3/d占全井出水量的70.9%。此外根據(jù)試采公司提供的井口測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出連續(xù)測(cè)井期間(測(cè)井時(shí)間11:07～15:47)井口計(jì)量該井產(chǎn)氣量平均值為25 768.6 m3/d。二者差值僅為218.8 m3/d。通過與甲方地質(zhì)人員溝通獲知，該解釋結(jié)果得到了甲方認(rèn)可，且此井的測(cè)試結(jié)果為該區(qū)域后續(xù)即將開鉆的其他幾口深層氣井方案編制提供了重要的參考依據(jù)。

表5 AAA井連續(xù)測(cè)井解釋結(jié)果

2.2 在水平產(chǎn)氣井剖面測(cè)試中的應(yīng)用

BBB井是2015年12月完鉆的一口水平產(chǎn)氣井。根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)要求和本井實(shí)際情況，對(duì)本井進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)井組合儀產(chǎn)氣剖面測(cè)試作業(yè)。圖1為該井連續(xù)測(cè)量解釋成果圖，表6為解釋結(jié)果。由圖1及表6可知：

1)該井總產(chǎn)氣量為10.8×104m3/d；3 158～3 187 m為主產(chǎn)氣層段，該段總產(chǎn)氣量為8.3×104m3/d，占全井的76.9%，其中主產(chǎn)氣層為37號(hào)層，產(chǎn)氣量為3.7×104m3/d，占全井的34.3%；41、40號(hào)層為次產(chǎn)氣層，產(chǎn)氣量分別為2.5×104m3/d、2.1×104m3/d，分占全井的23.1%、19.4%。

2)3 202～3 242 m為次產(chǎn)氣層段，該層段僅上部44、45為產(chǎn)氣層，該段總產(chǎn)氣量為1.2×104m3/d，占全井的11.1%。

3)3 653～3 690 m僅79號(hào)層產(chǎn)氣，產(chǎn)氣量為0.4×104m3/d占全井的3.7%。

4)3 746～3 781 m僅83號(hào)層產(chǎn)氣，產(chǎn)氣量為0.8×104m3/d占全井的7.4%。

此外，根據(jù)甲方提供的井口測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算出連續(xù)測(cè)井期間該井產(chǎn)氣量平均值為10.9×104m3/d。這與生產(chǎn)測(cè)井組合儀測(cè)井解釋結(jié)果差值僅為1 000 m3/d，誤差約為1%。甲方根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)該井開采層位進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。

圖1 BBB井連續(xù)測(cè)井解釋成果圖

表6 BBB井連續(xù)測(cè)井解釋結(jié)果

2.3 在二氧化碳產(chǎn)出井中的應(yīng)用

CCC井是一口二氧化碳產(chǎn)出井。為了明確各層產(chǎn)出狀況，為后續(xù)措施提供技術(shù)支持，準(zhǔn)備進(jìn)行產(chǎn)氣剖面測(cè)井。目前關(guān)于二氧化碳產(chǎn)出井的測(cè)試，國(guó)內(nèi)外還沒有相應(yīng)的合適技術(shù)。鑒于此本井決定采用生產(chǎn)測(cè)井組合儀與氧活化測(cè)井兩種方式進(jìn)行測(cè)試。由于此兩種測(cè)井方式都從未用于二氧化碳產(chǎn)出井測(cè)試。因此對(duì)兩種方式進(jìn)行了對(duì)比分析。

2.3.1 二氧化碳的流體特性

二氧化碳流體與水、三元溶液不同，其相態(tài)隨著溫度壓力的變化呈現(xiàn)出一種比較復(fù)雜的流體狀態(tài)，了解二氧化碳流體在井下的流體狀態(tài)對(duì)于油田的開發(fā)測(cè)試有著十分重要的意義。二氧化碳?xì)怏w相對(duì)密度為1.519 2，比空氣重，二氧化碳液體的密度隨溫度升高而降低, 變化范圍為463.9～1 177.9 kg/m3；氣態(tài)二氧化碳的密度隨溫度的升高而增大,變化范圍為13.8～463.9 kg/m3；固態(tài)二氧化碳(干冰)的密度范圍為1 512.4～1 595.2 kg/m3，其密度隨溫度的變化不大[9]。

圖2為 CO2飽和蒸氣壓曲線, 它是分析 CO2相態(tài)的最直觀、最簡(jiǎn)便的相圖之一[10]。由圖2可知,當(dāng)溫度高于臨界溫度31.19 ℃時(shí), 在任何壓力下CO2都為一種超臨界氣體, 不會(huì)變?yōu)橐后w或固體;當(dāng)溫度低于臨界溫度, 且壓力高于臨界壓力7.383 MPa時(shí), CO2將為液態(tài); 當(dāng)溫度低于臨界溫度, 且壓力低于臨界壓力時(shí), CO2可能為汽態(tài)、液態(tài)或汽液混合狀態(tài)。

圖2 二氧化碳?xì)怏w飽和蒸汽壓曲線圖

2.3.2 目的層位處井筒流體相態(tài)分析

表7為目標(biāo)井所在區(qū)域溫度及壓力范圍,并據(jù)此結(jié)合圖2給出的流體相態(tài)結(jié)果。

表7 CCC井流體相態(tài)分析結(jié)果

由上表知，所有目的層處的壓力小于臨界壓力7.383 MPa，且溫度遠(yuǎn)高于臨界溫度31.19 ℃。因此得出目的層處CO2流體將為超臨界氣體狀態(tài)。滿足氧活化測(cè)井條件。利用溫度、壓力參數(shù)可以計(jì)算出二氧化碳流體的密度，求取其質(zhì)量流量?？梢詾闇y(cè)井解釋提供正確的結(jié)果[11-12]。

2.3.3 兩種測(cè)井結(jié)果對(duì)比

表8為目標(biāo)井氧活化測(cè)井解釋結(jié)果表。由表8知： 氧活化結(jié)果顯示該井總產(chǎn)氣量為78.85 t/d。其中1 649.4～1 652 m為主產(chǎn)氣層段，該段總產(chǎn)氣量為32.8 t/d，占全井的42.8%；1 676～1 681 m為次產(chǎn)氣層段，產(chǎn)氣量為25.46 t/d，占全井的32.3%；1 671.4～1 673.2 m為第三產(chǎn)氣層段，產(chǎn)氣量15.9 t/d，占全井的15.9%；1 643～1 647.6 m產(chǎn)氣2.73 t/d，占全井的2.2%。

表8 CCC井氧活化測(cè)井解釋結(jié)果

表9為目標(biāo)井生產(chǎn)測(cè)井組合儀測(cè)井解釋結(jié)果表。由表9知：生產(chǎn)測(cè)井組合儀測(cè)井顯示該井總產(chǎn)氣量為666.71 m3/d。其中1 649.4～1 652 m為主產(chǎn)氣層段，該段總產(chǎn)氣量為271.85 m3/d，占全井的40.7%。1 676～1 681 m為次產(chǎn)氣層段，產(chǎn)氣量為199.13 m3/d，占全井的29.9%；1 671.4～1 673.2 m為第三產(chǎn)氣層段，產(chǎn)氣量146.34 m3/d，占全井的22%。1 643～1 647.6 m不產(chǎn)氣。

表9 CCC井生產(chǎn)測(cè)井組合儀測(cè)井解釋結(jié)果

圖3為生產(chǎn)測(cè)井組合儀與氧活化解釋成果綜合圖。由圖3及綜合表8、9結(jié)果可知：本井1 649.4～1 652 m為主產(chǎn)氣層段，1 676～1 681 m為次產(chǎn)氣層段，1 671.4～1 673.2 m為第三產(chǎn)氣層段。生產(chǎn)測(cè)井組合儀與氧活化測(cè)井解釋結(jié)果符合得非常好。1 643～1 647.6 m處生產(chǎn)測(cè)井組合儀與氧活化測(cè)井解釋結(jié)果稍有不符，可能是生產(chǎn)測(cè)井組合儀自身指標(biāo)所限，待測(cè)產(chǎn)量低于渦輪啟動(dòng)排量所造成的。表10為利用本次測(cè)井所錄取的溫度、壓力資料求取的目的層段處CO2密度值。由此可求得生產(chǎn)測(cè)井組合儀測(cè)井的質(zhì)量流量為：666.7×0.123=82 t/d。生產(chǎn)測(cè)井組合儀與氧活化測(cè)井解釋結(jié)果差值約為3 t/d，誤差約為4%?？梢妰煞N測(cè)井結(jié)果有很好的一致性。此外，該井為YYY油田一口氣源井，井口罐車計(jì)量平均產(chǎn)氣量為3.95×104m3/d，由經(jīng)驗(yàn)公式[13]可求得生產(chǎn)測(cè)井組合儀地面測(cè)量結(jié)果為3.92×104m3/d，二者差值約為300 m3/d，證明兩種測(cè)井結(jié)果是可信的。

圖3 CCC井兩種方法綜合解釋成果圖

表10 CCC井目的層段處CO2 密度值

4 結(jié) 論

1)帶音叉流體密度計(jì)的生產(chǎn)測(cè)井組合儀對(duì)氣井產(chǎn)出剖面進(jìn)行評(píng)價(jià)效果較好。

2)為了快速給出解釋結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)點(diǎn)測(cè)；定點(diǎn)測(cè)量與連續(xù)測(cè)量相結(jié)合，綜合解釋結(jié)果更可靠。

3)兩種測(cè)井方法的對(duì)比證明，生產(chǎn)測(cè)井組合儀也可對(duì)二氧化碳產(chǎn)出井進(jìn)行評(píng)價(jià)。