氧活化測(cè)井技術(shù)在塔里木油田應(yīng)用中存在的問題及對(duì)策研究

揭志軍,郭海敏,鄧瑞 (長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院,湖北武漢 430100)

張金海,馮志勇,霍勇,馮婷婷 (中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司,陜西西安 710077)

氧活化測(cè)井技術(shù)在塔里木油田應(yīng)用中存在的問題及對(duì)策研究

揭志軍,郭海敏,鄧瑞 (長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院,湖北武漢 430100)

張金海,馮志勇,霍勇,馮婷婷 (中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司,陜西西安 710077)

氧活化測(cè)井技術(shù)是近年來發(fā)展并規(guī)模應(yīng)用的一種監(jiān)測(cè)井下流體流動(dòng)狀態(tài)的一種測(cè)井方法,為各大油田注采剖面監(jiān)測(cè)提供了大量可靠的資料。塔里木油田以往皆采用同位素示蹤法了解注水井吸水情況,現(xiàn)在引入氧活化測(cè)井技術(shù)測(cè)取注水剖面資料,應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯,但在應(yīng)用過程中不可避免出現(xiàn)了一系列問題。在闡述氧活化測(cè)井基本原理的基礎(chǔ)上,對(duì)塔里木油田氧活化測(cè)井技術(shù)使用存在的問題進(jìn)行了分析(深度歸位和雙峰問題),并提出相應(yīng)的解決方法。建議采用合理的測(cè)井工藝和施工保證測(cè)井資料質(zhì)量,并總結(jié)了一系列資料采集整改措施和建議:在測(cè)井時(shí)必須重視測(cè)前設(shè)計(jì)和測(cè)井過程控制2項(xiàng)工作和堅(jiān)持水流追蹤、異常驗(yàn)證、儀器適用3項(xiàng)原則,從而最大限度減少資料錄取問題,避免低效甚至無效的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)費(fèi)用投入,提高解釋精度。

塔里木油田;氧活化測(cè)井技術(shù);深度歸位;雙峰問題;測(cè)井資料

脈沖中子氧活化水流測(cè)井是由美國(guó)Schlumberger公司于1991年提出,用于探測(cè)垂直井中注水井或高含水產(chǎn)出井的水流狀況,確定水流速度、方向和流量的一種測(cè)井方法。脈沖中子氧活化水流測(cè)井(簡(jiǎn)稱氧活化測(cè)井)的物理基礎(chǔ)是脈沖中子與氧元素發(fā)生作用,使活化后的氧原子放射出特征伽馬射線,繼而被探頭探測(cè)來確定儀器周圍含氧流體流動(dòng)情況,由于氧活化測(cè)井不使用任何放射性示蹤劑,沒有污染,也不像同位素示蹤容易受到沾污、沉降以及大孔道、裂縫發(fā)育等因素影響,故在注水井吸水剖面測(cè)井中氧活化測(cè)井技術(shù)得到了規(guī)模應(yīng)用。由于特征伽馬射線可以穿透井眼流體、油套管及固井水泥環(huán)輻射20～30cm,故氧活化測(cè)井可以探測(cè)到油管內(nèi)、油套環(huán)形空間以及套管外含氧流體的流動(dòng)狀況,因此,該方法既可在油套管內(nèi)測(cè)注采剖面,又可監(jiān)測(cè)油-套環(huán)空水流量,還可監(jiān)測(cè)可能存在的管外竄槽情況;同時(shí),氧活化測(cè)井技術(shù)測(cè)量油套管或環(huán)形空間水流時(shí)不受水流礦化度、黏度等的影響,在部分注聚合物井中依然適用。由于氧活化測(cè)井具有以上的眾多優(yōu)點(diǎn),自儀器研究生產(chǎn)以來,普遍受到用戶的歡迎。隨著該技術(shù)的不斷完善,氧活化測(cè)井已經(jīng)成為了測(cè)注水剖面的主要技術(shù)手段,為各大油田提供了大量可靠的測(cè)井資料。但氧活化測(cè)井在油田推廣應(yīng)用過程中,依然有其適用范圍與局限性,為使該技術(shù)更好為各大油田服務(wù),筆者介紹了氧活化測(cè)井技術(shù)在塔里木油田解釋應(yīng)用過程中遇到的問題及相應(yīng)的解決經(jīng)驗(yàn)。

1 氧活化測(cè)井基本原理

氧活化測(cè)井是一種測(cè)量水流速度的測(cè)井方法[1]。中子源發(fā)射14MeV的快中子可以和水中的氧核發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)生的16N以7.13s的半衰期進(jìn)行衰變,16N衰變發(fā)射γ射線[1],通過對(duì)16N發(fā)射的γ射線進(jìn)行探測(cè),可以知道儀器周圍16O的分布,從而判斷出儀器周圍水流動(dòng)情況。氧活化測(cè)井是一種示蹤流量測(cè)井,示蹤劑是被高能中子活化的水[2-10]。反應(yīng)式為:

當(dāng)中子發(fā)生器發(fā)射后,儀器周圍的氧元素被活化,含活化氧原子的水隨水流流動(dòng)。在水流動(dòng)方向上設(shè)置伽馬探測(cè)器,當(dāng)活化水流經(jīng)探測(cè)器時(shí),該探測(cè)器伽馬計(jì)數(shù)率增大,通過測(cè)量活化時(shí)間譜,可以計(jì)算出水流從中子源流到探測(cè)器的時(shí)間tm。計(jì)算公式為:

式中,tm為計(jì)數(shù)時(shí)間道址,即目標(biāo)時(shí)間;ta為爆發(fā)時(shí)間,看作中子發(fā)射時(shí)間的寬度;f(t)是探測(cè)器計(jì)數(shù)率隨時(shí)間變化的函數(shù)。若以L表示源距,水流速度v為:

因?yàn)榘l(fā)射器到探測(cè)器的距離已知,流經(jīng)時(shí)間測(cè)出后,可以計(jì)算水流速度。在已知流動(dòng)截面的情況下,通過水流速度便可計(jì)算出水的流量Q:

式中,Q為流量;v為水流速度;A為流管橫截面積。

2 塔里木油田氧活化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前塔里木油田使用氧活化測(cè)井技術(shù)主要應(yīng)用于測(cè)注水井注水剖面以及工程找水找竄,其管柱大多為?28 in(壁厚5.51mm)和?3r2 in(壁厚6.45mm)油管及?5r2 in(壁厚9.17mm)和?7in(壁厚10.36mm)套管,注水方式為籠統(tǒng)注水和分層配注2種,采用的儀器有四探頭和九探頭。圖1所示為塔里木油田生產(chǎn)區(qū)塊使用的氧活化水流九探頭儀器源距示意簡(jiǎn)圖。

圖1 九探頭氧活化能譜水流測(cè)井儀儀器源距示意圖

2.1 深度歸位分析

氧活化水流測(cè)井采用點(diǎn)測(cè)方式測(cè)取解釋資料,每個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)深度,記錄測(cè)點(diǎn)深度流量,劃分吸入量,因而測(cè)點(diǎn)深度尤為重要,若測(cè)點(diǎn)深度有誤,小則造成生產(chǎn)井主吸水層發(fā)生變化,重則造成完全錯(cuò)誤的解釋結(jié)果,引發(fā)錯(cuò)誤的施工,增加施工作業(yè)費(fèi)用,給整個(gè)開發(fā)井組造成較大的負(fù)面影響,延緩塔里木油田2014年底實(shí)現(xiàn)3000×104t油氣當(dāng)量的步伐。

以塔里木油田目前使用的九探頭儀器為例,探頭間的距離在0.735～5.747m,小隊(duì)測(cè)井時(shí)以U4探頭深度作為測(cè)點(diǎn)深度,因此可看出測(cè)點(diǎn)深度跟下測(cè)探頭相距較遠(yuǎn),這足以造成錯(cuò)誤的解釋結(jié)果,當(dāng)兩吸水層間距較遠(yuǎn)時(shí)對(duì)解釋結(jié)果無影響,但當(dāng)間距較小時(shí),必須做深度歸位分析。HD-XXX井為塔里木地區(qū)一口注水井,實(shí)際注水量為165m3/d,能譜水流監(jiān)測(cè)全流量為156.96m3/d。由圖2可知,該井三射孔層相隔較近,如按小隊(duì)測(cè)點(diǎn)深度進(jìn)行解釋,可看出底部射孔層沒有吸水。遇此情況,解釋人員應(yīng)對(duì)測(cè)點(diǎn)深度做歸位分析,歸位到探頭深度進(jìn)行解釋。圖3為深度歸位分析后的成果圖,可看出底部射孔層吸水66.19m3,吸水占比42.17%,為該井主吸水層之一,結(jié)論符合生產(chǎn)自然伽馬和溫度曲線的定性指示。故進(jìn)行氧活化測(cè)井解釋時(shí),定要考慮小隊(duì)測(cè)點(diǎn)深度與探頭深度之間的距離差,尤其在2射孔間距較小時(shí),必須要做深度歸位分析,以保證解釋精度。

圖2 HD-XXX井能譜水流歸位前解釋成果圖

圖3 HD-XXX井能譜水流歸位后解釋成果圖

2.2 雙峰問題分析

氧活化測(cè)井探測(cè)的是活化氧原子,記錄氧原子被活化到被探頭探測(cè)所經(jīng)過的時(shí)間(渡越時(shí)間),由于距離已知,計(jì)算水流速度,從而算出流管流量,因此只要有流動(dòng)活化氧原子,就可能被探測(cè)到,在配注井中,水從油管注入,部分水經(jīng)由配水器進(jìn)入油套環(huán)空,剩余的水繼續(xù)在油管中向下流動(dòng),油套環(huán)空和油管中的水流就有可能在流速相差不大時(shí),同時(shí)被探測(cè)器探測(cè)到,形成2個(gè)流水峰,即油管峰和環(huán)空峰。圖4為同一口井相鄰測(cè)點(diǎn)探測(cè)到的譜峰圖,從圖4中可以看出,后譜峰水流量變小,指示該譜峰為油套環(huán)空譜峰,因?yàn)楫?dāng)油管完好,在未遇到下一配水器前,油管流量不變,而環(huán)空流量則因進(jìn)入吸水層而減少。同時(shí),環(huán)空直徑比油管內(nèi)徑大多了,在流量相差不大時(shí),油管中的流速會(huì)比環(huán)空大,因而到達(dá)同一探頭的時(shí)間相對(duì)較短,因此油管峰通常在前,而且油管內(nèi)活化水流離探測(cè)器近,油套空間中離探測(cè)器遠(yuǎn),并且從油管空間中出發(fā)的伽馬射線在到達(dá)探測(cè)器前要經(jīng)歷油管的散射過程,因此油管譜峰的形狀瘦高,油套環(huán)空譜峰呈現(xiàn)矮胖特征。

圖4 DH-XXX井氧活化水流譜峰顯示圖

3 措施

塔里木油田引進(jìn)氧活化測(cè)井技術(shù)一年多以來,由于測(cè)井經(jīng)驗(yàn)尚在慢慢積累階段,使得測(cè)井資料經(jīng)常出現(xiàn)測(cè)點(diǎn)偏少,測(cè)點(diǎn)深度不合理,未追蹤至零流量,有水流無譜峰等等問題,使得測(cè)井資料質(zhì)量欠佳,給解釋帶來不確定性,降低解釋精度。為此,根據(jù)出現(xiàn)的這些問題,筆者建議采用合理的測(cè)井工藝和施工保證測(cè)井資料質(zhì)量,并總結(jié)了一系列資料采集整改措施和建議:

1)重視測(cè)前設(shè)計(jì)工作。根據(jù)歷年注水井監(jiān)測(cè)資料和油藏分析需求,確定合理的采樣點(diǎn)和采集方式。

2)重視測(cè)井過程控制工作。及時(shí)溝通,油藏把關(guān),以取全取準(zhǔn)滿足油藏分析需求的資料為指導(dǎo)思想。

3)水流追蹤原則。只要有上、下水流,必須堅(jiān)決追蹤,直到水流速度為零。

4)異常驗(yàn)證原則。只要發(fā)現(xiàn)套損、竄槽、封隔器等井下工具失效,必須在合適的深度增加測(cè)點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)落實(shí)驗(yàn)證,避免重復(fù)施工,降低測(cè)量成本。

5)儀器適用原則。必須根據(jù)不同的井口注入量?jī)?yōu)化儀器配置,當(dāng)流速大于1m/s時(shí),必須配備D4、D5探頭。

只要測(cè)井小隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)堅(jiān)持以上工作及原則,就能最大限度減少資料錄取問題,從而避免低效甚至無效的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)費(fèi)用投入,同時(shí)提高解釋精度。

4 建議

處理氧活化測(cè)井資料時(shí),須注意以下幾方面:

1)查看每一口井的井身結(jié)構(gòu)圖,了解其管柱結(jié)構(gòu),遇到射孔層相隔較近時(shí),要采用經(jīng)過深度歸位后的探頭深度,養(yǎng)成每口井都深度歸位的習(xí)慣,以便更好的了解吸水層位的吸水量。

2)結(jié)合管柱情況,綜合分析各水流譜峰響應(yīng)規(guī)律,通常油管峰位在前,形狀瘦高;油套空間峰位在后,形狀矮胖。

3)加強(qiáng)測(cè)井小隊(duì)施工人員技術(shù)培訓(xùn),熟悉了解測(cè)井過程會(huì)影響測(cè)井資料質(zhì)量的每一個(gè)細(xì)節(jié),堅(jiān)持以上一系列措施及建議,操作規(guī)范,一次取全取準(zhǔn)滿足油藏分析需求的資料,減少作業(yè)成本,提高測(cè)井效率。

4)應(yīng)用氧活化測(cè)井技術(shù)除會(huì)出現(xiàn)以上較普遍問題,很多小細(xì)節(jié)都需注意,如注水井沾污嚴(yán)重,校深困難,需小隊(duì)在測(cè)井過程中嚴(yán)格校深好;兩射孔層間需增加測(cè)點(diǎn),細(xì)分吸水層,配注井中,每個(gè)封隔器處都要加設(shè)測(cè)點(diǎn),了解封隔器是否失效;無譜峰時(shí),注意對(duì)照井溫曲線是否恢復(fù)地溫梯度,以此驗(yàn)證水流是否為零等等。

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[編輯] 洪云飛

P631.84

A

1673-1409(2014)32-0046-04

2014-06-28

油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))開放基金資助項(xiàng)目(K2013-02)。

揭志軍(1988-),男,碩士生,現(xiàn)主要從事套管井測(cè)井相關(guān)方面的研究工作。

[作者簡(jiǎn)介]郭海敏(1964-),男,博士(后),教授,博士生導(dǎo)師,現(xiàn)主要從事油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面的教學(xué)與研究工作;E-mail: ghm38@yangtzeu.edu.cn。