二氧化碳驅(qū)注入剖面氧活化測(cè)試技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

齊占奎

(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 163153)

·儀器設(shè)備與應(yīng)用·

二氧化碳驅(qū)注入剖面氧活化測(cè)試技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

齊占奎

(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 163153)

目前大慶油田擁有多個(gè)投入生產(chǎn)的二氧化碳驅(qū)油試驗(yàn)區(qū)，但由于二氧化碳流體在井下以超臨界流體的形式存在，同時(shí)具有較強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)儀器設(shè)備損害較大，缺少相關(guān)防二氧化碳腐蝕的儀器，不能有效進(jìn)行注入剖面測(cè)井。針對(duì)這種現(xiàn)狀，通過(guò)二氧化碳腐蝕性試驗(yàn)，優(yōu)選了防二氧化碳腐蝕材料，利用氧活化測(cè)井方法克服了由于二氧化碳流體的特殊性帶來(lái)測(cè)試難題，改進(jìn)脈沖中子氧活化儀器，并且建立了氧活化二氧化碳驅(qū)注入剖面相關(guān)的解釋方法。在二氧化碳注入井開展了大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了較好的效果。

二氧化碳驅(qū)生產(chǎn)井;二氧化碳驅(qū)注入剖面測(cè)井方法;二氧化碳流體

0 引 言

隨著大慶油田二氧化碳驅(qū)油試驗(yàn)區(qū)不斷增加，二氧化碳驅(qū)注產(chǎn)剖面的測(cè)試需求越來(lái)越迫切；由于二氧化碳流體的特殊性，在井筒和地層中相態(tài)變化比較復(fù)雜，并且井下流體具有較強(qiáng)的腐蝕性，常規(guī)的測(cè)試技術(shù)和施工工藝無(wú)法滿足測(cè)試需求，從國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)來(lái)看[1]，對(duì)于二氧化碳注入井，通常是根據(jù)溫度壓力來(lái)進(jìn)行推算流量，沒有儀器能對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行直接測(cè)量,而大慶油田自主研發(fā)的二氧化碳驅(qū)注氣剖面五參數(shù)儀器采用非集流測(cè)量方式，啟動(dòng)排量需要在15 m3/d以上，無(wú)法識(shí)別流量低于15 m3/d以下層位的吸液量，不適合低注入籠統(tǒng)井的測(cè)試，無(wú)法在配注井中測(cè)井；同時(shí)在普通剖面測(cè)井中的氧活化儀器不適合在二氧化碳注入井中使用。從大慶油田注二氧化碳提高采收率技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)開展的研究情況看，證明低滲透油田二氧化碳驅(qū)油技術(shù)是可行的。針對(duì)上述的狀況，對(duì)現(xiàn)有氧活化儀器進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)解釋方法進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)儀器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。證明此儀器方法適合二氧化碳注入井的測(cè)試需求。

1 氧活化二氧化碳注入剖面測(cè)井方法

目前的多數(shù)二氧化碳注入井井下管柱都為分層配注或喇叭口下入目的層位以下，而且在目的層位二氧化碳相態(tài)均為超臨界流體，其物理性質(zhì)密度與液體相似，粘彈性與氣體相近。常規(guī)注入剖面測(cè)井技術(shù)中的同位素、電磁流量、示蹤、渦輪等方法，無(wú)法滿足二氧化碳驅(qū)測(cè)井的需求，具體情況見表1，注入剖面的測(cè)井方法只能采用脈沖中子氧活化測(cè)井方式。氧活化測(cè)井技術(shù)在水驅(qū)注入剖面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了很好效果[2,3]。但是在二氧化碳注入井中應(yīng)用的可行性還需要驗(yàn)證。

表1 常規(guī)注入剖面測(cè)井方法在二氧化碳注入剖面測(cè)量中存在的問題

氧活化方法克服了以上常規(guī)測(cè)井方法的缺點(diǎn)，能夠滿足二氧化碳注入井的特殊情況，進(jìn)行注入剖面的測(cè)量。

1.1 氧活化測(cè)井方法在二氧化碳測(cè)井中的可行性分析

在二氧化碳注入井，二氧化碳流體在井下目的層為超臨界流體，超臨界流體二氧化碳分子中有氧原子存在，其濃度是否滿足是實(shí)施該方法測(cè)井的基礎(chǔ)。由二氧化碳物性參數(shù)計(jì)算可以得到在井筒內(nèi)測(cè)量井段其密度在0.7 g/cm3以上，則在密度為0.7 g/cm3條件下單位體積內(nèi)氧原子的數(shù)量為：

0.7÷44×6.02×1023×2=0.193×1023(g/cm3)

同樣可得水中的單位體積內(nèi)氧原子的數(shù)量為0.337×1 023個(gè)/cm3，由此可知二氧化碳中氧原子的濃度是水的0.572倍。其他條件相同儀器在二氧化碳流體中氧活化伽馬計(jì)數(shù)率最小為水的0.572倍。在水流量5 m3/d時(shí)，氧活化后伽馬的計(jì)數(shù)率78左右，如圖1所示，按密度比折算在二氧化碳中的伽馬計(jì)數(shù)率約為45，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未活化時(shí)的伽馬背景值(通常在10以下)。因此儀器在二氧化碳井中可以測(cè)得氧的活化伽馬示蹤峰，滿足測(cè)井的基本要求。

圖1 氧活化二氧化碳注入井測(cè)井響應(yīng)

1.2 二氧化碳注入剖面氧活化測(cè)井解釋方法研究

對(duì)于大慶油田，二氧化碳流體目的層中，以超臨界流體形式存在，其密度為壓力和溫度的函數(shù)，而氧活化測(cè)井實(shí)測(cè)為流體的體積流量，因此要把體積流量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量，才能得到準(zhǔn)確的判斷出層位的吸入量。二氧化碳密度方程為：

(1)

式中: ρco2為氣態(tài)二氧化碳密度, g/cm3; γg為氣態(tài)二氧化碳相對(duì)密度; Z為偏差系數(shù)、無(wú)量綱;T為溫度, ℃; Rco2為氣體常數(shù)、無(wú)量綱。利用密度就可以計(jì)算出質(zhì)量流量。

方程(1)中計(jì)算的難點(diǎn)為Z系數(shù)確定，氣體偏差系數(shù)確定方法較多,常見有查表法、查圖法、經(jīng)驗(yàn)公式法、狀態(tài)方程法等。查圖或查表法不適合計(jì)算機(jī)程序運(yùn)算,對(duì)多種經(jīng)驗(yàn)公式法和擬合法進(jìn)行對(duì)比分析后再確定最佳方法，利用P-R狀態(tài)方程可以計(jì)算出滿足油田需要的參數(shù)[4-9]。

2 脈沖中子氧活化儀器的改進(jìn)設(shè)計(jì)

由于二氧化碳流體在井筒中以超臨界流體的形式存在，對(duì)儀器的密封、防腐能力提出了較高的要求。因此對(duì)原有的脈沖中子氧活化儀器進(jìn)行了機(jī)械改造。主要開展了以下幾個(gè)方面的工作：

1)通過(guò)室內(nèi)二氧化碳條件下的高溫高壓材料耐腐蝕試驗(yàn)，確定儀器耐腐外殼和密封器件的材料，儀器外殼采用鈦鋼材質(zhì)，儀器密封部件試驗(yàn)結(jié)果見表2。可以看出在60℃時(shí)，二氧化碳對(duì)密封圈的腐蝕性大于溫度100℃的腐蝕。而大慶地區(qū)井下溫度通常在100℃以下，因此選用進(jìn)口氟膠圈來(lái)進(jìn)行儀器密封。同時(shí)在儀器內(nèi)部密封部分采用多重密封技術(shù)。保證井下儀器內(nèi)部不與井下流體接觸。確保儀器安全工作，提高儀器的可靠性。

表2 非金屬材料(膠圈)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表

2)中子發(fā)生器高壓絕緣充氣密封是另一項(xiàng)技術(shù)關(guān)鍵。中子發(fā)生器高壓絕緣采用充氣(SF6)方式，如果密封不好(SF6)絕緣氣體泄漏將會(huì)導(dǎo)致中子發(fā)生器高壓絕緣出現(xiàn)問題，不能發(fā)射中子無(wú)法完成測(cè)井，因此在選用耐腐蝕密封器件的基礎(chǔ)上，在儀器結(jié)構(gòu)方面重新設(shè)計(jì)，采用中子發(fā)生器內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，即中子發(fā)生器整體放在儀器外殼內(nèi)，使中子發(fā)生器密封器件不直接接觸二氧化碳，確保中子發(fā)生器高壓絕緣氣不泄露，提高儀器的可靠性。這就要求中子發(fā)生器直徑較小，在直徑小的情況下解決100 kV靶壓絕緣問題。關(guān)于尺寸短的倍加器，采用體積小的耐高壓、高溫電容；在高壓絕緣方面，優(yōu)化高壓倍加器設(shè)計(jì)，減小高壓倍加器體積，增大絕緣空間。

儀器采用模塊化設(shè)計(jì)思路，兩端都可以與測(cè)試分公司標(biāo)準(zhǔn)注入剖面測(cè)井電纜頭連接。設(shè)計(jì)中用到的中子發(fā)生器的離子源陽(yáng)極電路與燈絲電路為成型技術(shù)；探測(cè)器組由NaI晶體與光電倍增管、光電倍增管高壓電路、信號(hào)處理電路等部分組成，也是成型技術(shù)；井溫、壓力、CCL傳感器部分采用目前38 mm注入剖面五參數(shù)測(cè)井儀標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

測(cè)井儀有兩種工作模式，模式一為氧活化測(cè)井模式，采用分公司原有氧活化儀器工作方式，中子發(fā)射時(shí)間是1～10 s(1s、2s、5s、10s)，后續(xù)測(cè)量時(shí)間是30～60 s，5個(gè)探測(cè)器同時(shí)記錄伽馬信號(hào)，通過(guò)速度計(jì)算流量；模式二為其他參數(shù)測(cè)井模式，記錄井溫、壓力、CCL、自然伽馬等資料。

儀器的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。采用一個(gè)中子發(fā)生器，5個(gè)探測(cè)器。其中兩個(gè)探測(cè)器放在中子發(fā)生器上部，在氧活化方式時(shí)測(cè)量向上方向的水流，兩個(gè)伽馬探測(cè)器的源距以450 mm、750 mm左右為佳。另外三個(gè)探測(cè)器置于中子發(fā)生器下方，在氧活化方式時(shí)用于測(cè)量向下方向的水流，其中一個(gè)探頭兼測(cè)GR。

圖2 儀器總體結(jié)構(gòu)圖

3 注產(chǎn)剖面測(cè)井實(shí)例

目前已經(jīng)開展了高可靠耐腐蝕脈沖中子氧活化儀器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)60余井次，測(cè)井成功率100%。驗(yàn)證了測(cè)井儀器的可靠性，同時(shí)測(cè)井成果也得到了地質(zhì)的認(rèn)可，能夠滿足測(cè)試任務(wù)的需求。

注入剖面測(cè)井實(shí)例：

××-××井，注入量為40 t/d，該井為配注井。全井射開4個(gè)層段，有效厚度5.1 m，采用脈沖中子氧活化測(cè)井。利用其實(shí)測(cè)的溫度壓力數(shù)據(jù)，進(jìn)行密度計(jì)算，解釋質(zhì)量流量，本井共有3個(gè)層段有吸入量，分別為F31相對(duì)吸入量31%、F15相對(duì)吸入量12.7%、F16相對(duì)吸量56.3%。其測(cè)井解釋結(jié)果(圖3)與地質(zhì)實(shí)際符合較好，解決了二氧化碳注入井剖面測(cè)量的問題。

4 結(jié) 論

1)通過(guò)二氧化碳腐蝕性試驗(yàn)，確定了儀器關(guān)鍵材料的選擇，同時(shí)對(duì)脈沖中子氧活化儀器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，克服二氧化碳對(duì)儀器的腐蝕影響，使得儀器能夠適應(yīng)二氧化碳注入井的測(cè)試條件；

2)針對(duì)二氧化碳驅(qū)井的特殊性，提出了對(duì)應(yīng)的注入剖面測(cè)井解釋方法；攻克了二氧化碳流體井下相態(tài)變化情況下流體密度計(jì)算的技術(shù)難題，滿足測(cè)試資料解釋的需求。

圖3 ××-××井中子氧活化測(cè)井曲線

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Oxygen Activation Test Technology of CO2Flooding Injection Profile and Field Test

QI Zhankui

(DaqingLoggingandTestingServicesCompany,Daqing,Heilongjiang163153,China)

There are a lot of CO2flooding production test areas in Daqing Oilfield. The injection profile logging can not be carried out effectively due to lack of relevant anti CO2corrosion instrument because CO2existed in the form of super critical fluid underground with strong corrosive damage to the equipment. In view of this situation, the anti CO2corrosion material is optimized out by means of CO2corrosion test. Using oxygen activation logging method to overcome the particularity of CO2fluid result in test problem, the pulse neutron oxygen activation tool is improved and the oxygen activated CO2injection profile interpretation is established related to the method. A lot of field tests have been carried out in CO2injection well with good results.

carbon dioxide flooding production well； carbon dioxide flooding injection profile logging method； carbon dioxide fluid

齊占奎，男，1976年生，2001年畢業(yè)于西南石油學(xué)院應(yīng)用地球物理專業(yè)，現(xiàn)在主要從事測(cè)井、試井解釋方法研發(fā)工作。E-mail: dlts_qizk@petrochina.com.cn

TE358

A

2096-0077(2016)06-0063-04

2016-03-29 編輯：馬小芳)