注入剖面雙示蹤測井技術(shù)研究及在華北油田應(yīng)用

韓春苓, 寧衛(wèi)東, 諸葛月英, 張寧, 萬莉, 莊獻(xiàn)華

(中國石油集團(tuán)測井有限公司華北事業(yè)部, 河北 任丘 062552)

0 引 言

在大多數(shù)注水井中,油管下過射孔層,由于受到同位素沾污和進(jìn)層的影響,很多情況下,傳統(tǒng)放射性同位素微球示蹤測井(簡稱同位素測井)資料不能真實(shí)反映注水井各層的吸水情況[1-2]。加測井溫后,雖然部分解決了上述沾污和大孔道問題,但是根據(jù)井溫資料只能作出定性解釋,不能準(zhǔn)確確定井下各層的吸水情況。放射性連續(xù)示蹤流量測井[3-5](簡稱示蹤流量測井)能在籠統(tǒng)注入井和分層注入井中使用,直觀測量到水流量,雖然能準(zhǔn)確確定分層流量,但存在分層能力差、注入管柱工具與注入層臨近或深度上重疊時難以正確解釋分層注入量、對微量吸水的層解釋不清、油管內(nèi)流量高時測速誤差大等缺點(diǎn)。脈沖氧活化測井存在啟動排量大、在低流量的注水井中誤差大等缺點(diǎn)[6]。

為提高注水剖面的測井質(zhì)量,經(jīng)過不斷完善測井方法,將測井儀中單釋放器改進(jìn)為雙釋放器,開發(fā)了雙示蹤測井技術(shù)。這是一種在示蹤流量測井獲取層間流速的基礎(chǔ)上,利用同位素測井資料劃分吸水層厚度及吸水韻律的新型測井方法。采用雙示蹤測井技術(shù)測注入剖面可以錄取到較完善的資料,有效解決同位素微球沾污及進(jìn)層的問題,在華北油田的實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

1 測井方法及井下儀器

同位素測井使用磁定位、溫度、自然伽馬等傳感器和同位素微球釋放器(即顆粒源倉),采集磁定位、井溫、同位素測井資料;在示蹤流量測井中,需要釋放液體同位素,測取示蹤流量資料;若想完整錄取這些測井資料,通常需要2次下井,測井時間長。為了實(shí)現(xiàn)一次下井獲取同位素及示蹤流量測井資料,對原測井儀進(jìn)行了改進(jìn)[7]。示蹤流量測井需要多次釋放放射性液體示蹤劑,且示蹤劑的用量大,由于同位素微球測井一般采用一次釋放工藝,其源倉無法適應(yīng)多次釋放要求,因而在儀器中需增設(shè)液體示蹤劑源倉,通過改變活塞桿長度和行程擴(kuò)大存儲液體示蹤劑的空間,實(shí)現(xiàn)液體源倉即時開啟和閉合,達(dá)到多次釋放液體示蹤劑的目的,通過控制釋放時間控制釋放液體示蹤劑的量。由于分別存儲和釋放液體示蹤劑和同位素微球,還需實(shí)現(xiàn)示蹤儀/釋放器雙源倉的分別控制和工作。改進(jìn)后的雙示蹤測井儀實(shí)現(xiàn)了一次下井可以多次釋放液體示蹤劑與一次釋放同位素微球;實(shí)現(xiàn)了一次測井錄取示蹤流量和同位素測井資料。改進(jìn)后的儀器可根據(jù)不同管柱結(jié)構(gòu)調(diào)整儀器串聯(lián)接方式,滿足不同管柱結(jié)構(gòu)下的測量要求。在分層注水井中,可用于確定各水嘴的進(jìn)水量及分層吸水量;對于射孔層在油管喇叭口以下的注水井,可采用示蹤流量連續(xù)測量方式獲取準(zhǔn)確的各層段吸水量;在油管鞋位于射孔層以下的井中,采用示蹤流量定點(diǎn)測量方式完成測量。儀器串結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 雙示蹤測井儀器示意圖

改進(jìn)后的儀器可按測井需求將自然伽馬儀安放于液體源倉的任意一側(cè),根據(jù)需要,實(shí)施定點(diǎn)釋放液體示蹤劑與定點(diǎn)測量示蹤流量,或采取連續(xù)追蹤測量方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)示蹤流量測井。

2 測井工藝

2.1 基線及井溫測量

儀器下井至目的井段后,首先采用下測方式測取流溫曲線及自然伽馬基值曲線,并進(jìn)行深度校正,保證示蹤流量測井同一測量方向上自然伽馬記錄深度的準(zhǔn)確。

2.2 示蹤流量測井

示蹤流量測井[3]選用含有碘131或鋇131的液體作為示蹤劑。由于在測量過程中儀器和注入水的擾動,釋放后示蹤劑在水中擴(kuò)散很快,通過反復(fù)試驗(yàn),在含有放射性同位素的液體中按一定比例混入高分子聚合物,制成膠狀液體示蹤劑。實(shí)踐證明,在高壓清水沖洗情況下,液體示蹤劑相對比較集中,可有效改善示蹤劑擴(kuò)散現(xiàn)象。實(shí)際測井記錄的峰值明顯,速度求取更精確。測井時可采用定點(diǎn)測量和連續(xù)測量2種模式。

根據(jù)注水管柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計液體示蹤劑的釋放深度及釋放次數(shù)。對于籠統(tǒng)注水井,射孔層位于油管鞋以上或以下的釋放液體示蹤劑;對于射孔層在油管鞋上下分布的采用油管鞋釋放的方法;對于分注井采用在各配水器上部多次釋放的方法。為避免液體示蹤劑擴(kuò)散,釋放深度一般選在分流點(diǎn)以上10～20 m。測井采用不間斷上提及下放電纜,實(shí)時追蹤測量示蹤劑的運(yùn)移位置,并記錄隨時間變化示蹤劑在井筒中隨水流所到達(dá)的深度。對于射孔井段均在喇叭口以下的注水井,還可選取定點(diǎn)示蹤流量測井方式,即在各射孔層相互之間采用定點(diǎn)測量方式,記錄示蹤劑到達(dá)時間,據(jù)此獲得各吸水層之間的流速,并根據(jù)流速計算各層的絕對吸水量。

2.3 同位素測井

錄取完示蹤流量資料后,根據(jù)注水量設(shè)計在某一深度釋放同位素微球,待同位素微球運(yùn)移穩(wěn)定后,錄取同位素測井資料。在釋放同位素微球后,也可采用不間斷實(shí)時監(jiān)測方式觀測同位素運(yùn)移動態(tài)。待同位素運(yùn)行穩(wěn)定后,測量同位素曲線,并利用同位素和自然伽馬曲線疊合求取吸水厚度。

3 雙示蹤測井解釋方法

3.1 連續(xù)示蹤流量解釋方法

從測井圖上讀出相鄰2個自然伽馬峰(相應(yīng)幅度)的間距ΔH1、ΔH2、ΔH3…,與對應(yīng)的時間間隔Δt1、Δt2、Δt3…相除,得到各個視流速并取平均值

(1)

式中,ΔH為2次連續(xù)測量示蹤劑位移的距離(峰或相應(yīng)幅度的深度差);Δt為示蹤劑位移所需的時間;N為Δt、ΔH的取值次數(shù)[8-9]。

經(jīng)過總結(jié)試驗(yàn),可采用3種取值方法確定放射性液體示蹤劑運(yùn)移距離,即峰值法、相對等幅法、前沿法。

峰值法:釋放示蹤劑前期,示蹤劑聚集在一起,峰值明顯,讀取與峰值對應(yīng)的深度、時間。

相對等幅法:示蹤劑在運(yùn)移一段時間后發(fā)生擴(kuò)散,追蹤曲線峰值不明顯,讀取追蹤曲線相對等幅度處的深度及時間。

前沿法:示蹤劑在運(yùn)移過主吸水層后,擴(kuò)散越來越嚴(yán)重,為了確定示蹤劑所到達(dá)的位置,取示蹤劑前沿深度和對應(yīng)時間。

根據(jù)讀取的數(shù)值,可計算出不同深度處流體的視流速;根據(jù)示蹤劑運(yùn)移軌跡分析示蹤劑所在位置;已知油管與套管的直徑,即可得到不同深度處的流量,進(jìn)而得到各層的吸水量。

圖2 L62-54井注入剖面成果圖

3.2 綜合評價方法

利用同位素測井解釋方法[1-2],在示蹤流量發(fā)生變化的井段,分析和判斷同位素微球的沾污及進(jìn)層情況;并對同位素測井曲線與測量基線進(jìn)行疊合,通過疊合確定各層的吸水厚度。根據(jù)示蹤流量獲得的各層吸水量對同位素測井的疊合面積實(shí)施校正,并依據(jù)示蹤流量獲得的各層吸水量計算各層的相對吸水量及吸水強(qiáng)度等。

通過同位素測井資料在層段的疊合劃分吸水厚度,能更細(xì)致地描述層段的吸水韻律,所求的各吸水層厚度更接近實(shí)際厚度,由此獲得的吸水強(qiáng)度和吸水厚度更具代表性;同時,利用示蹤流量獲得的各層吸水量較同位素疊合法求取的吸水量更準(zhǔn)確。兩者的綜合評價顯著提高了資料的品質(zhì),具有較高的實(shí)用價值。

4 測井實(shí)例

雙示蹤測井資料可以準(zhǔn)確確定各分層的注水量,解決了同位素微球沾污嚴(yán)重和注水層大孔道造成注入剖面資料不能準(zhǔn)確反映分層吸水情況的問題,也可用于判斷封隔器的密封性、準(zhǔn)確計算漏失量,提高注入剖面解釋成果的準(zhǔn)確率。

4.1 同位素測井與示蹤流量測井一致性

L62-54井測井時地面水表流量為35 m3/d,由示蹤流量資料計算實(shí)際注水量為37.7 m3/d,兩者基本一致。同位素曲線計算的吸水結(jié)果顯示第17、18層相對吸水量分別為56.2%、43.8%;示蹤流量解釋結(jié)果顯示第17、18層相對吸水量分別為54.3%、45.7%,結(jié)果基本一致(見圖2)。

4.2 分注井封隔器漏失的應(yīng)用

在分注井中經(jīng)常會遇到封隔器解封的問題,以往僅依靠同位素測井無法準(zhǔn)確確定封隔器是否解封。采用示蹤流量測井可監(jiān)測示蹤劑隨水流運(yùn)移軌跡和方向,不但可以準(zhǔn)確反映封隔器的狀況,還能確定通過封隔器的漏失量。

C71-69×井示蹤流量測井顯示油管內(nèi)注入總量為54 m3/d,配水器1、2分別進(jìn)水27.7 m3/d和26.3 m3/d,示蹤劑運(yùn)移軌跡清晰反映通過配水器2進(jìn)入油套環(huán)空的水,有21.44 m3注入水經(jīng)由2 075 m封隔器向上注入至頂部30號射孔層,該封隔器解封(見圖3)。

圖3 C71-69×井注入剖面測井成果圖

圖4 C40-10井注入剖面成果圖

4.3 消除大孔道影響

C40-10井同位素測井資料反映第13、14號層同位素異常幅度明顯,但在第21層異常幅度非常低,且僅在該層的上部有異常;示蹤流量資料反映流速在第21層上下發(fā)生明顯變化,該層應(yīng)為主要吸水層,分析21號層存在大孔道,大于同位素顆粒直徑,造成同位素顆粒進(jìn)入到地層深處,測量異常幅度變小(見圖4)。解決這一矛盾的方法:利用示蹤流量求取的絕對吸水量,通過換算相對吸水量對同位素的疊合面積進(jìn)行補(bǔ)償校正,這樣即保障了吸水剖面的準(zhǔn)確,又保留了同位素測井反映厚層吸水韻律的能力,同時解決了同位素微球進(jìn)大孔道地層的問題。

4.4 消除沾污影響

C29-43井井溫曲線顯示在第12號層上下溫度梯度發(fā)生明顯變化,說明該層吸水量較大;示蹤流量計算的第12號層吸水量為17.18 m3/d,與井溫曲線變化一致;同位素測井曲線在該層顯示明顯低于20～22號層的異常幅度,與井溫曲線和示蹤流量測量結(jié)果存在較大矛盾,主要是受2 856 m以下同位素嚴(yán)重沾污影響的結(jié)果,致使同位素測井不能準(zhǔn)確反映該井吸水剖面。在處理過程中,通過示蹤流量計算結(jié)果對同位素曲線實(shí)施校正,消除了同位素沾污影響(見圖5)。

圖5 C29-43井注入剖面成果圖

5 結(jié) 論

(1) 雙示蹤測井技術(shù)在華北油田注入剖面測井中取得了良好的應(yīng)用效果,解決了同位素測井沾污和大孔道的問題,同時通過同位素測井解決了示蹤流量測井分層能力差的缺點(diǎn)。雙示蹤測井技術(shù)有效融合了放射性示蹤流量和同位素測井的優(yōu)勢,顯著提高了定量解釋精度。

(2) 改進(jìn)的雙示蹤測井儀器一次下井即可完成井溫、同位素、示蹤流量3種測井,提高了測井時效,保障測井資料質(zhì)量。

(3) 利用雙示蹤測井資料可準(zhǔn)確計算分注井各水嘴的進(jìn)水量及判斷封隔器密封性,準(zhǔn)確判斷注水井中出現(xiàn)的漏失、竄槽等異常情況,為油水井措施提供可靠依據(jù)。

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