液體示蹤劑流動(dòng)狀態(tài)實(shí)驗(yàn)研究

(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)

·儀器設(shè)備與應(yīng)用·

液體示蹤劑流動(dòng)狀態(tài)實(shí)驗(yàn)研究

張巍

(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)

介紹了為應(yīng)對(duì)液體示蹤劑載體研究需求所搭建的模擬實(shí)驗(yàn)裝置。并在實(shí)驗(yàn)裝置上采用非水溶性示蹤劑載體進(jìn)行了模擬測(cè)井實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)的水和聚合物示蹤劑載體實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了視頻數(shù)據(jù)處理分析比對(duì)，獲得了一系列示蹤劑載體在注入井內(nèi)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。給示蹤流量測(cè)井方法擴(kuò)大適用范圍和提高解釋精度給出意見。為放射性源在室內(nèi)測(cè)井實(shí)驗(yàn)分析提供了一種新的處理方法。

非水溶性；示蹤劑載體；視頻數(shù)據(jù)處理；放射性

0 引 言

在油田動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中,注入剖面示蹤相關(guān)測(cè)井技術(shù)應(yīng)用十分廣泛,示蹤劑載體的性能是影響示蹤測(cè)井質(zhì)量的關(guān)鍵要素[1,2]?，F(xiàn)有的液體示蹤劑載體為水或聚合物溶液,測(cè)井時(shí)容易出現(xiàn)以下問題：示蹤劑載體與注入液的密度存在差別從而引起跟隨性的差別；聚驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)的規(guī)?；瘧?yīng)用造成的注入流體粘度上升，使得液體同位素釋放后擴(kuò)散、拖尾等現(xiàn)象明顯。隨著注聚井?dāng)?shù)量的增多，傳統(tǒng)的液體同位素載體示蹤法的注入剖面測(cè)井技術(shù)已難以適應(yīng)對(duì)高黏度聚合物的測(cè)量，所測(cè)資料不能準(zhǔn)確反映吸水剖面問題。本文通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，運(yùn)用視頻圖像處理[3]方法，對(duì)比分析了非水溶性液體示蹤劑載體和水溶性液體示蹤劑載體在井內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)[4]。尋找出了解決液體示蹤劑釋放后存在濃度擴(kuò)散、流動(dòng)稀釋、失蹤等現(xiàn)象的方法，進(jìn)而提高液體示蹤同位素[5]注入剖面解釋成果的可靠性, 為油田動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供更有價(jià)值的動(dòng)態(tài)資料。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

注入井內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了開展示蹤劑井下流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)，需要建立一套能夠在一定程度上模擬井下運(yùn)行情況的實(shí)驗(yàn)裝置。藉此在該裝置上進(jìn)行示蹤劑流動(dòng)跟隨性研究。

實(shí)際油井套管內(nèi)壁直徑124 mm，模型采用內(nèi)徑125 mm的有機(jī)玻璃定制管，實(shí)際油管內(nèi)壁直徑53 mm，外徑63 mm，模型采用內(nèi)徑55 mm，外徑65 mm的成品有機(jī)玻璃管。而配水器的尺寸也嚴(yán)格按照井下常用配水器的實(shí)際尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)，內(nèi)部最小通道直徑46 mm，最大外部直徑113 mm。這種嚴(yán)格的一致性保證了實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性。

真實(shí)套管管壁存在溝通注入井和地層的螺旋射孔，而在本裝置中也非常忠實(shí)地反映了這一結(jié)構(gòu)。在套管外壁通過螺旋式等距排布了出水孔，孔間旋轉(zhuǎn)角90°，各孔垂直距離70 mm，單節(jié)套管配置7個(gè)出水孔，其排布密度與真實(shí)井況一致,出水孔的直徑為10 mm，與射孔尺寸相當(dāng)，如圖1所示。

圖1 套管外壁螺旋排布的出水孔示意圖(左) 和實(shí)物模型(右)

2 液體示蹤劑載體的隨流實(shí)驗(yàn)

在模擬實(shí)驗(yàn)裝置上開展了大量實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)性地研究了三種不同示蹤劑載體(墨水、聚合物染液、新型非水溶性示蹤劑載體)在不同井型(籠統(tǒng)上返井、分層配注井)不同注入液(注聚、注水)與不同注入量(5～20 m3/d )的跟隨特性與擴(kuò)散規(guī)律。

2.1 籠統(tǒng)注水井環(huán)境下不同示蹤劑比較

以墨水為示蹤劑釋放在純水環(huán)境中10 m3/d 流量速度為例。圖2(a)視頻截圖中t=0 s，示蹤液尚未釋放；圖2(b)視頻截圖中t=4 s，示蹤液開始釋放；圖2(c)視頻截圖中t=12 s，示蹤液在油管中向下運(yùn)動(dòng)(圖像中向左運(yùn)動(dòng))；圖2(d)視頻截圖中t=30 s，示蹤液在油管底部折返；圖2(e)視頻截圖中t=45 s，示蹤液在環(huán)套空間中上返(圖中向右運(yùn)動(dòng))；圖2(f)視頻截圖中t=80 s,示蹤液自最上方射孔排出管路。

圖2 籠統(tǒng)注水環(huán)境下不同時(shí)間的視頻截取照片

通過視頻處理可以獲得每個(gè)時(shí)刻的示蹤劑濃度分布，將單一時(shí)刻的濃度分布曲線轉(zhuǎn)變?yōu)橐粭l直線，用直線的明暗來表示濃度的大小，濃度高則為白反之為黑。隨后將所有時(shí)刻獲得的濃度直線自上而下按時(shí)間順序排布在一起，即形成了示蹤劑在井內(nèi)運(yùn)動(dòng)的xt圖，如圖3所示。圖中橫向?yàn)槲恢米鴺?biāo)，縱向?yàn)闀r(shí)間坐標(biāo)，以明暗表示光強(qiáng)積分，亮度越大，表示該位置該時(shí)刻示蹤劑濃度越大。從圖中可以直觀的看出示蹤劑在模擬井中運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程。圖中不同區(qū)域反映了示蹤液流動(dòng)不同階段的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。

圖3 示蹤劑在井內(nèi) 運(yùn)動(dòng)的xt圖

(a)初始狀態(tài)t=0 s；(b)示蹤液注入過程：示蹤液自上方(圖中右側(cè))注入，在xt圖中表現(xiàn)為自右上向左下發(fā)展的白線，強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，寬度逐漸增加；(c)示蹤液在油管中向下運(yùn)動(dòng)：在注入之后，經(jīng)過模擬井上節(jié)，在模擬井中節(jié)，示蹤劑向下運(yùn)動(dòng)，圖中表現(xiàn)為白線向左下延伸，寬度基本不變略有增加；(d)示蹤劑折返過程：示蹤劑在油管中流入模擬井下節(jié)，由于向下和向上流動(dòng)同時(shí)存在二者疊加使得此處亮度極高。同時(shí)，部分示蹤劑難以上返，一直聚集在模擬井下節(jié)形成白色豎線一直延伸至xt圖下方，表明這些殘留的示蹤劑基本不運(yùn)動(dòng)，同時(shí)亮度降低，表明其在逐步擴(kuò)散；(e)示蹤劑上返過程：示蹤劑在環(huán)套空間中向上運(yùn)動(dòng)，圖中表現(xiàn)為白線簇向右下方延伸，相對(duì)于油管中的白線，此時(shí)白色區(qū)域更寬，且亮度降低，表明此時(shí)示蹤劑擴(kuò)散范圍較大；(f)示蹤劑流出過程：示蹤劑自油套空間上方出口流出，此時(shí)白線繼續(xù)向右下延伸，且亮度逐步變暗，表明示蹤劑正在從模擬井中流出。

用同樣的方法處理后得到圖4中三種不同示蹤劑載體工作情況的xt圖和表1，從中可以觀察到以下現(xiàn)象。

圖4 水環(huán)境10 m3/d流量條件下示蹤劑運(yùn)動(dòng)情況xt圖

1)油管內(nèi)各示蹤劑均較強(qiáng)，形成的段塞較為明顯，強(qiáng)度集中。

2)油套空間中，示蹤劑段塞濃度下降，墨水和聚合物示蹤劑都有較強(qiáng)的擴(kuò)散性亮線簇寬度較大，非水溶性示蹤劑則擴(kuò)散速度較慢。根據(jù)視頻計(jì)算得到表1。

3)圖片最左側(cè)反映示蹤液在井底的殘留情況，水和聚合的殘留較多，非水溶性示蹤劑殘留較少。

表1 水流量10 m3/d 示蹤劑運(yùn)動(dòng)速度 m·s-1

2.2 籠統(tǒng)注聚合物井環(huán)境下不同示蹤劑的比較

分別采用墨水、濃度為0.8 g/L的聚合物溶液以及非水溶性液體作為示蹤劑，在0.8 g/L聚合物溶液下注入模擬井，觀測(cè)其運(yùn)動(dòng)的情況。在聚合物溶液中，根據(jù)圖5中三種不同示蹤劑載體工作情況的xt圖和表2，從中看出各示蹤劑的流動(dòng)具有鮮明的特點(diǎn)。

圖5 聚合物環(huán)境10 m3/d流量條件下示蹤劑運(yùn)動(dòng)情況xt圖

m·s-1

相較于水環(huán)境，聚合物環(huán)境下在油管中各示蹤劑的擴(kuò)散速度均下降。在油套空間的示蹤劑上返過程中，與水中情況類似，各種示蹤劑的上升沿信號(hào)均比較清晰，墨水信號(hào)的后邊緣較為模糊，其中墨水由于殘留非常嚴(yán)重，難以辨別信號(hào)下降沿。聚合物示蹤劑和非水溶性示蹤劑信號(hào)下降沿較為明顯。上返過程中的各示蹤劑擴(kuò)散速度差別較大。由于沿途殘留嚴(yán)重，墨水示蹤劑的擴(kuò)散速度最快，聚合物示蹤劑次之，而非水溶性示蹤劑上返過程表現(xiàn)為一條亮線，說明上返的為一個(gè)液滴，此時(shí)沒有擴(kuò)散的效果，且信號(hào)強(qiáng)度不會(huì)衰減，對(duì)于信號(hào)的獲取來講，效果最好。

2.3 分層配注過程中示蹤劑的運(yùn)動(dòng)情況

分層配注過程為示蹤劑在油管中心的釋放器釋放后，沿油管向下流動(dòng)。隨后通過水嘴，分為兩部分，一部分在環(huán)套空間中向上運(yùn)動(dòng)，至上方射孔流出；另一部分則向下運(yùn)動(dòng)至底部射孔流出。總注入量10 m3/d 條件下，示蹤劑運(yùn)動(dòng)xt圖，如圖6所示。

從xt圖中反映出，各種不同工況條件下，示蹤劑均有很多殘留，主要原因是水嘴會(huì)對(duì)各種示蹤劑進(jìn)行劇烈的擾動(dòng)和分散，使示蹤劑段塞明顯拉長(zhǎng)。與籠統(tǒng)注井相比，分層配注中示蹤劑濃度信號(hào)同樣是上升沿較為清晰，下降沿較為模糊。從不同示蹤劑反映的情況來看，墨水?dāng)U散情況最嚴(yán)重，非水溶性示蹤劑擴(kuò)散較小，可以測(cè)量到明顯的波峰。

圖6 水環(huán)境10 m3/d流量條件下示蹤劑運(yùn)動(dòng)情況xt圖

3 結(jié) 論

1)非水溶示蹤劑的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聚合物示蹤劑和墨水，相對(duì)于實(shí)際運(yùn)用中的井內(nèi)流速其擴(kuò)散速度可忽略不計(jì)。

2)在聚合物溶液中，墨水和聚合物示蹤劑都存在較大的殘留，示蹤劑段塞擴(kuò)散速度較快，而非水溶示蹤劑克服了墨水和聚合物示蹤劑發(fā)生濃度擴(kuò)散和流動(dòng)稀釋的缺點(diǎn)，殘留較少，具有更好的示蹤效果。

3)采用攝像機(jī)拍攝的視頻可以直觀的反映各種不同示蹤劑在模擬井中的傳播和擴(kuò)散情況。繼而對(duì)所得視頻進(jìn)行處理，還可以獲得示蹤劑在模擬井中的濃度變化情況，間接地獲得放射性源的強(qiáng)度變化情況。為放射性源在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析提供了一種新的方法。

從以上結(jié)論中，可以判定出非水溶性示蹤劑載體具有不溶于水,不發(fā)生濃度擴(kuò)散的特性，適合在水驅(qū)、聚驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)籠統(tǒng)井中推廣應(yīng)用。利用非水溶性示蹤劑作為載體能夠提高液體示蹤同位素注入剖面解釋成果的可靠性, 為油田動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供更有價(jià)值的動(dòng)態(tài)資料。

[1] 陳慶新.放射性示蹤相關(guān)測(cè)井對(duì)分層注聚井適應(yīng)性的分析[J].測(cè)井技術(shù),2009,33(2):153-156.

[2] 李 勇.一種新型同位素示蹤劑載體及應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù),2003,27(5):427-431.

[3] 吳 煒.視頻圖像處理技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用探析[J].硅谷,2014,12(1):107-107.

[4] 褚人杰.流體在井筒中的流動(dòng)狀態(tài)[J].測(cè)井技術(shù),1986，9(4):55-64.

[5] 吳錫令.生產(chǎn)測(cè)井原理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1997:135-136.

ExperimentalStudyonFlowofLiquidTracer

ZHANGWei

(LoggingandTestingServicesCompany,DaqingOilfieldCo.Ltd.,Daqing,Heilongjiang163453,China)

A simulation experimental device set up to meet the demand of the research on liquid tracer carrier was introduced. The water-resisting tracer carrier was adopted in the experimental device to simulate the logging experiment, the test results were compared with that of the traditional water-polymer tracer carrier experiment by video data processing analysis, and the law of motion of a series of tracer carriers in injection well was obtained. Some suggestions are given to improve the scope of application and interpretation accuracy of tracer flow logging. A new method was provided to analyze the radioactive source in the laboratory logging analysis.

water-resisting； tracer carrier； video data processing； radioactive

張 巍，男，1980年生，工程師，2002年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院應(yīng)用地球物理專業(yè)，現(xiàn)從事注產(chǎn)剖面測(cè)井方法研究工作。E-mail：dlts_zhangw@petrochina.com.cn

P631

A

2096-0077(2017)06-0087-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.06.022

2017-05-24

屈憶欣)