大慶油田全周期動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)施策研究

陸大衛(wèi),劉興斌,謝進(jìn)莊

(1.中國石油天然氣集團(tuán)公司咨詢中心, 北京 100724;2.大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司, 黑龍江 大慶 163453)

0 引 言

大慶油田1959年發(fā)現(xiàn),1960年投產(chǎn),至2018年底,累計(jì)生產(chǎn)原油23.7億t。大慶油田屬大型多層砂巖系統(tǒng),層系最多的薩爾圖地區(qū)有158個(gè)小層。1976—2002年保持年產(chǎn)量5 000萬t以上、2003—2014年保持年產(chǎn)量4 000萬t以上,至今已在產(chǎn)量高位開發(fā)了58年,創(chuàng)造了世界油田開發(fā)的奇跡[1]。大慶油田長期高效開發(fā),與高度重視動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)密不可分。動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)也是油田開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的重要組成部分。近些年,油田每年測井2萬井次、試井2萬層左右,動(dòng)態(tài)監(jiān)測資料為油田高效開發(fā)發(fā)揮了支撐作用,成為油田開發(fā)的重要配套技術(shù)[2-3]。

動(dòng)態(tài)監(jiān)測中的生產(chǎn)測井主要包括注入剖面測井、產(chǎn)出剖面測井、井身工程狀況評價(jià)測井、套后地層參數(shù)測井以及試井等。動(dòng)態(tài)監(jiān)測在油田開發(fā)中發(fā)揮了重要作用,其中注入剖面測井、產(chǎn)出剖面測井可以評價(jià)開發(fā)效果,評價(jià)儲層動(dòng)用狀況,為開發(fā)方案調(diào)整,包括井網(wǎng)調(diào)整、層系調(diào)整以及水井細(xì)分層調(diào)整提供重要的信息;為油水井的增產(chǎn)、增注措施,包括壓裂、堵水、調(diào)剖、補(bǔ)孔等選井選層提供重要的依據(jù);2個(gè)剖面測井可以診斷油水井的異常,檢查封隔器等井內(nèi)工具是否失效,發(fā)現(xiàn)管外儲層竄流、套管的漏失,對套損及時(shí)預(yù)警,從而避免連鎖性套損和區(qū)域性套損蔓延[4]。工程測井可以對套管和固井水泥的工程狀況進(jìn)行檢測,而套后地層參數(shù)測井可以在開發(fā)中評價(jià)剩余油的動(dòng)態(tài)變化。

大慶油田經(jīng)歷了開發(fā)試驗(yàn)、快速上產(chǎn)、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、科學(xué)調(diào)產(chǎn)、精細(xì)挖潛等開發(fā)階段。開發(fā)方式經(jīng)歷了注水開發(fā)、分層注水開發(fā)、油井由自噴轉(zhuǎn)為抽油機(jī)采油、老區(qū)加密調(diào)整、外圍油田開發(fā)、聚合物驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)開發(fā)等重大調(diào)整。水平井鉆井、大規(guī)模壓裂等工程技術(shù)也迅速發(fā)展和應(yīng)用。這些舉措都需要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測資料解決開發(fā)中的問題。為滿足這些急需,大慶油田適時(shí)發(fā)展了相應(yīng)的監(jiān)測技術(shù)。發(fā)展了系列測井方法和井下儀器,研制了生產(chǎn)測井地面采集系統(tǒng)和現(xiàn)場施工工藝,開發(fā)了生產(chǎn)測井解釋平臺和解釋方法系列,建立了多相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置等先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,形成了較為完善的適應(yīng)于中國特大砂巖油田的監(jiān)測技術(shù)體系[5]。

本文回顧了大慶油田動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展,對其發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)。目前,大慶油田已經(jīng)進(jìn)入高含水開發(fā)后期,動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)也面臨新的挑戰(zhàn)。鑒于新技術(shù)從提出到成熟并實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用,大都需經(jīng)歷8至10年時(shí)間,應(yīng)未雨綢繆,主動(dòng)適應(yīng)油田開發(fā)形勢的變化,發(fā)展新的動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù),滿足新的開發(fā)階段對動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)的需求。

1 大慶油田動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展回顧

大慶長垣老區(qū)開發(fā)各階段的主要的動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)如表1所示。大慶外圍油田開發(fā)各階段的主要的動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)如表2所示。

1.1 在油田開發(fā)試驗(yàn)階段,誕生了同位素載體示蹤法測井

1960年10月15日,油田對中7-11井進(jìn)行注水試驗(yàn)。注水1年后,前沿水舌突進(jìn),地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為任其發(fā)展下去薩爾圖油田無水采收率最多不會(huì)超過5%。為此,急需搞清各層的吸水狀況。時(shí)任地質(zhì)指揮所地球物理工程師的牛超群承擔(dān)了吸水剖面測井研發(fā)任務(wù),帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自行設(shè)計(jì)儀器,于1963年2月在中3-13井首次獲得各吸水層清晰的同位素示蹤測井曲線。注入剖面測井在中國應(yīng)運(yùn)而生,成為地質(zhì)學(xué)家科學(xué)合理制定開發(fā)方案的強(qiáng)有力工具。這也是中國生產(chǎn)測井技術(shù)的開端。

表1 長垣老區(qū)各開發(fā)階段所采用的主要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測技術(shù)

表1(續(xù))

表2 大慶外圍油田不同時(shí)期開發(fā)的重要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測技術(shù)

1.2 油田快速上產(chǎn)階段,誕生和發(fā)展了產(chǎn)出剖面測井

1965—1975年期間,油田開始注水開發(fā),油水井?dāng)?shù)量迅速增加,油井含水上升,分層調(diào)整、堵水等增產(chǎn)措施也在增加。為配合分層注入、分層采油的工程施工,需要弄清油井內(nèi)各層產(chǎn)油水的狀況,產(chǎn)出剖面測井隨之起步。由于油井內(nèi)為油氣水的多相流,產(chǎn)出剖面測井在測量方法和測量工藝方面,具有高度的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性。1965年研制了油井渦輪產(chǎn)量計(jì),開創(chuàng)國內(nèi)產(chǎn)出剖面測井。1969年,張寶群等研制了渦輪流量計(jì)、流動(dòng)電容含水率計(jì)組合的69型找水儀。流量和含水率2個(gè)參數(shù)組合可以探測主要水產(chǎn)層。隨著油井含水不斷升高,發(fā)現(xiàn)當(dāng)一些油井含水超過30%時(shí),69型找水儀含水率測量誤差較大。為提高含水率測量精度,開發(fā)了取樣式電容含水率計(jì)的73型找水儀。取樣筒內(nèi)油水分離后,電容值與含水率成線性關(guān)系。即使在含水較高時(shí),也有較高的測量精度。73型找水儀在油井壓裂前后、堵水前后都能取得比較準(zhǔn)確的分層測試數(shù)據(jù),為選井選層、效果分析提供了可靠的依據(jù)。

1.3 油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)階段,發(fā)展了生產(chǎn)測井技術(shù)體系

1976—2002年,油田開發(fā)形勢和開發(fā)方式發(fā)生了巨大的變化:油田進(jìn)行了加密調(diào)整、油井大規(guī)模轉(zhuǎn)抽、外圍油田投入開發(fā)、聚驅(qū)規(guī)?；瘧?yīng)用、注入井大規(guī)模采用分層工藝。由于高強(qiáng)度開發(fā),導(dǎo)致套損嚴(yán)重。在此期間,相繼研發(fā)了注入剖面、產(chǎn)出剖面、工程測井和地層參數(shù)多種測井新方法、新技術(shù),形成了完善的技術(shù)體系。

(1)形成了分層管柱注入剖面測井方法。水井由籠統(tǒng)注入發(fā)展為分層注入,實(shí)現(xiàn)了各油層均衡動(dòng)用,這是油田重大的戰(zhàn)略調(diào)整。針對分層注水,1983年喬賀堂等革新了在分層管柱內(nèi)測量吸水剖面測井工藝,錄取的測井曲線能夠反映管柱外的小層吸水狀況,這是注入剖面測井又一個(gè)里程碑。該工藝一項(xiàng)重大改進(jìn)是將原來在井口投放同位素改為由測井儀在井下釋放,這一思路是時(shí)任管理局總工程師王德民提出的。為保證施工時(shí)井口無同位素泄漏,還設(shè)計(jì)了密封防噴裝置。新工藝有效地改善了測井資料的質(zhì)量,提高了測井時(shí)效,又保證了施工安全,滿足了環(huán)保要求。技術(shù)研究成功的當(dāng)年就取得458井次測井資料,測井成功率高達(dá)82%。隨即在油田大規(guī)模推廣應(yīng)用。

(2)形成抽油機(jī)井過環(huán)空產(chǎn)出剖面測井技術(shù)和工藝。1981年油田開始大規(guī)模轉(zhuǎn)抽,原外徑42 mm的73型找水儀無法下,抽油機(jī)井測試。為此,采油工程師設(shè)計(jì)了抽油機(jī)井的專用偏心井口裝置,可以使測井儀器通過油套之間的偏心通道下井。但測井儀外徑必須從42 mm縮小為28 mm,內(nèi)部還要安裝各種復(fù)雜部件,設(shè)計(jì)難度非常大。經(jīng)過多年攻關(guān),于1987年研制成功了28 mm集流式過環(huán)空找水儀,成功地在油田規(guī)模推廣,成為生產(chǎn)測井技術(shù)的成功范例。至今,28 mm直徑仍然是大慶油田產(chǎn)出剖面測井儀器的規(guī)范。其關(guān)鍵部件集流器也先后采用了橡膠皮球、金屬傘和尼龍傘。目前,集流效果較好的尼龍傘測井儀一次下井測井成功率超過了75%。

(3)形成了油井三相流測井方法。油井長期生產(chǎn),流壓降低,導(dǎo)致原油內(nèi)的溶解氣的離析,部分井出現(xiàn)油氣水三相流。三相并存狀態(tài)下含水率和流量測量是一個(gè)異常艱難的課題。1975年,張寶群等針對產(chǎn)氣量較高的油井,在73型找水儀基礎(chǔ)上研制了CY-751型四參數(shù)油井綜合測試儀,能在自噴井正常生產(chǎn)條件下,一次下井取得體積流量、流體密度、視含水率、流動(dòng)壓力等4個(gè)參數(shù)。1979年成功研制了低能源含水率密度計(jì),一次下井可測出井內(nèi)流體的體積流量、視含水率和密度3個(gè)參數(shù)。1990年研制了28 mm過環(huán)空渦輪流量低能源含水密度的三相流組合測井儀。這些工作,為解決油井三相流測井問題提供了非常有價(jià)值的思路。

(4)形成了高含水地層測井方法。20世紀(jì)90年代初,大慶油田的綜合含水已接近80%,當(dāng)時(shí)正實(shí)施“穩(wěn)油控水”工程,目標(biāo)是“三年含水不過一”(綜合含水上升不超過1%),迫切需要產(chǎn)液剖面測井資料識別高含水層、判斷低效層,以便更準(zhǔn)確地實(shí)施油水井的增油降水措施。但現(xiàn)場測井發(fā)現(xiàn),對于高含水油井,傳統(tǒng)的電容含水率計(jì)無法有效工作,含水率測量誤差大,渦輪流量計(jì)也受井內(nèi)出砂影響,產(chǎn)出剖面測井儀器無法滿足開發(fā)的需求。劉興斌等借鑒地球物理電阻率測井的思想,提出了采用油水兩相流的電導(dǎo)率來確定含水的方法,成功研制了阻抗式含水率計(jì)[6]。對于流量測量,采用了信號處理中的互相關(guān)處理方法,將2個(gè)阻抗含水率計(jì)的隨機(jī)噪聲信號進(jìn)行互相關(guān)處理,即可推算出兩相流的總流量,形成了無可動(dòng)部件的電導(dǎo)式相關(guān)流量計(jì)[7],并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)探頭同時(shí)測量含水率和流量。這在原理上是一個(gè)重大的突破。含水率計(jì)在多相流裝置的標(biāo)定精度可達(dá)3%,流量精度為5%。該技術(shù)在大慶等高含水油田推廣應(yīng)用,成為產(chǎn)出剖面測井的主導(dǎo)技術(shù)。

(5)形成了化學(xué)驅(qū)高黏滯流體的2個(gè)剖面測井技術(shù)。大慶油田于1996年工業(yè)化推廣應(yīng)用聚驅(qū)[8]。隨即給動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)帶來難題,因注入聚合物溶液黏度高,渦輪流量計(jì)無法準(zhǔn)確錄取注入剖面資料,傳統(tǒng)的同位素載體示蹤法也因?yàn)榫酆衔锪黧w攜帶性強(qiáng),示蹤顆粒無法濾積在井周射孔層表面。為克服這一困難,于1997年研制了聚驅(qū)注入剖面電磁流量測井儀。該儀器無可動(dòng)部件,可靠性高,測量精度高,很好地解決了高黏度聚合物流體流量測量問題。但是,電磁流量測井只能測量各配注井段的總注入量,為此,又發(fā)展了脈沖中子氧活化測井和示蹤流量測井方法,2種方法都可以實(shí)現(xiàn)管外聚合物流量的測量。至此,注入剖面測井已經(jīng)形成了4種測量方法:固體顆粒同位素載體示蹤、液體同位素示蹤流量、脈沖中子氧活化和電磁流量測井。2002年成功研發(fā)測量油井產(chǎn)液剖面的電導(dǎo)相關(guān)流量計(jì),因無可動(dòng)部件,在流動(dòng)復(fù)雜的聚驅(qū)采出井中有較高的成功率。

(6)發(fā)展了工程測井技術(shù)。由于長期高強(qiáng)度注水開發(fā),大慶長垣油田套損比較嚴(yán)重,對套損檢測技術(shù)有強(qiáng)烈需求。此期間,發(fā)展了多臂井徑、超聲波井壁成像、電磁法的套管檢測技術(shù),并投入規(guī)模應(yīng)用。超聲波井壁成像實(shí)現(xiàn)了彩色處理,提供的圖像更直觀;多臂井徑從八臂發(fā)展到二十臂,并發(fā)展了小直徑的過油管的井徑儀;發(fā)展了磁測井技術(shù),可以判定射孔位置是否準(zhǔn)確;實(shí)現(xiàn)了方位與多臂井徑、超聲波成像的組合,套損方位信息對套損機(jī)理分析非常有用;形成了八扇區(qū)固井質(zhì)量評價(jià)測井解釋方法以及伽馬密度聲波變密度組合測井綜合解釋方法,可以準(zhǔn)確評價(jià)固井水泥的水力封隔能力。上述工程測井系列較好地滿足了油田套損檢測的需求。圖1為2000 —2016年,長垣老區(qū)新增套損井?dāng)?shù)與工程測井工作量的關(guān)系,表明隨著套損井的增加工程測井得到油田的重視。

圖1 新增套損井與工程測井量

1.4 科學(xué)調(diào)產(chǎn)和精細(xì)挖潛階段,動(dòng)態(tài)監(jiān)測體系進(jìn)一步完善

2003年以來,油田開發(fā)進(jìn)入“雙特高”階段。資源趨于劣質(zhì)化,儲采失衡加劇,剩余油分布更加零散。實(shí)施了水驅(qū)精細(xì)挖潛、聚合物驅(qū)提質(zhì)提效、三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化推廣,對動(dòng)態(tài)監(jiān)測資料有高度的依賴性。對于水驅(qū),為完善注采關(guān)系、治理低效無效注采循環(huán),大幅增加了油水井壓裂、調(diào)剖等增油降水措施。尤其是注水井細(xì)分調(diào)整工作量增加,細(xì)分層最多達(dá)到7段,水驅(qū)分注率達(dá)到2018年的87.2%,測調(diào)周期也大大縮短。這些開發(fā)手段的實(shí)施都離不開油水井的分層測試資料。對于聚合物驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū),進(jìn)行大量動(dòng)態(tài)分析和跟蹤調(diào)整:注入井分層注入、縮短測調(diào)周期、注入井深度調(diào)剖、采出井堵水等,也需要大量的分層測試資料。水平井增多,水平井易形成暴性水淹,其預(yù)防和治理非常需要各生產(chǎn)井段產(chǎn)油、產(chǎn)水剖面資料。套損嚴(yán)重,工程測井的工作量增加。在此期間,原油產(chǎn)量逐年調(diào)減,但動(dòng)態(tài)監(jiān)測井?dāng)?shù)卻逐漸增多,至2010年,油田年測井工作量穩(wěn)定在2萬井次(見圖2)。此期間發(fā)展完善了4項(xiàng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)。

圖2 2001—2017年原油產(chǎn)量與生產(chǎn)測井的工作量

(1)形成了完善的聚驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)的兩個(gè)剖面測井技術(shù)。完善了示蹤流量測井、電磁流量測井、脈沖中子氧活化測井技術(shù),提高了井下儀器的性能和可靠性;開發(fā)了電磁流量測井示蹤流量測井組合儀;研發(fā)了低擴(kuò)散示蹤劑,在水驅(qū)、聚驅(qū)和復(fù)合驅(qū)注入井中示蹤劑長距離運(yùn)移無顯著擴(kuò)散,提高了分層流量測量精度,拓寬了低流量測量下限,增強(qiáng)了對長配注井段注入井的適應(yīng)性;開發(fā)了高含水過環(huán)空電磁流量測井儀,由于無可動(dòng)部件,在出砂的油井、固體絮狀物富集的聚驅(qū)或復(fù)合驅(qū)采出井中也能可靠工作。

(2)初步形成了水平井產(chǎn)液剖面測井技術(shù)。大慶油田采用牽引器傳輸國產(chǎn)集流式組合測井儀,于2003年在塔里木HD4-9自噴井內(nèi)完成中國第1口水平井的產(chǎn)液剖面測量,所獲流量和含水率與地面計(jì)量結(jié)果吻合很好,證實(shí)了集流工藝對低產(chǎn)液水平井的適應(yīng)性。之后又在國家863項(xiàng)目的支持下,開發(fā)了適合于中國低產(chǎn)液油井的集流式測井組合儀和預(yù)置牽引器的施工工藝,實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)井的產(chǎn)液剖面測井。為解決牽引器易遇阻的問題。開發(fā)了油管輸送模塊化水平井分段流量測井技術(shù),在油管串上安裝多個(gè)測井模塊,每個(gè)測井模塊有流量、壓力和溫度測量功能,并可以對流體取樣。與牽引器輸送工藝相比,油管輸送更安全可靠。

(3)完善了工程測井技術(shù)。開發(fā)了模塊化工程測井多參數(shù)組合儀,包括多臂井徑、超聲波井壁成像和電磁探傷,并組合方位、井斜短接,實(shí)現(xiàn)了系列化。研制了金屬磁記憶的套管應(yīng)力測量技術(shù),在發(fā)生嚴(yán)重套損之前進(jìn)行預(yù)警,避免嚴(yán)重套損發(fā)生。開發(fā)了牽引器輸送的水平井固井質(zhì)量評價(jià)測井工藝,研究了在偏心條件下水平井固井質(zhì)量解釋評價(jià)方法,實(shí)現(xiàn)了水平井固井質(zhì)量評價(jià)測井的規(guī)模應(yīng)用。

(4)完善了脈沖中子飽和度測井技術(shù)。開發(fā)了脈沖中子全譜測井儀器,具有碳氧比、中子壽命、中子中子和氧活化水流測井的4種功能模式,飽和度測量精度5%;開發(fā)了元素測井技術(shù),實(shí)現(xiàn)了鈣、鐵等16種元素干重的測量,為復(fù)雜巖性儲層的飽和度評價(jià)提供了有效手段。還開發(fā)了水平井脈沖中子測井配套工藝。

1.5 針對大慶外圍油田開發(fā),發(fā)展了低產(chǎn)低注剖面測井技術(shù)

大慶外圍油田為低滲透率、低產(chǎn)量、低豐度的“三低”油藏。油井產(chǎn)液量低,單井產(chǎn)液每天幾m3到十幾m3;水井注入量低,全井注入量每天幾十m3,甚至十幾m3。注入井也普遍采用分層注入工藝,分注率超過80%?！笆晃濉币詠?長垣外圍已開發(fā)油田進(jìn)入中高含水期,新增探明儲量品質(zhì)也不斷變差。為實(shí)現(xiàn)儲層的有效動(dòng)用,開展了二氧化碳驅(qū)、水平井、大規(guī)模壓裂(水平井體積壓力和直井縫網(wǎng)壓裂)開采技術(shù),這些都是低滲透油田開發(fā)有廣泛發(fā)展前景的技術(shù)。

為滿足外圍油田開發(fā)對兩個(gè)剖面測井資料的需求,開展了低產(chǎn)液油井產(chǎn)出剖面測井和低注入量水井注入剖面測井的攻關(guān)。對于采出井,1994年研發(fā)了分離式低產(chǎn)液找水儀。低速流動(dòng)的油和水因密度差異在重力作用下分離,采用體積法分別測量油和水的流量,油、水流量測量精度為2%。但該方法對集流器密封可靠性要求較高。同期,還成功研制了過流式低產(chǎn)液找水儀,該儀器基于渦輪流體電容測量原理,測井成功率高。2011年,研制成功了容積式低產(chǎn)液井產(chǎn)出剖面測井,也采用了低流速下油氣水分離的原理,且能實(shí)現(xiàn)油氣水三相流的測量,油相的測量下限可達(dá)0.3 m3/d。2000年,宋芳屯、榆樹林等油田進(jìn)行CO2驅(qū)開發(fā)試驗(yàn),迫切需要分層注入資料來評價(jià)儲層動(dòng)用狀況。2011年,率先發(fā)展了脈沖中子氧活化測量CO2驅(qū)注入剖面的方法[9],可在分層管柱內(nèi)測注入剖面。經(jīng)過對井下儀器和井口密閉裝置的完善,測井成功率達(dá)到90%,成為CO2驅(qū)開發(fā)的重要支撐技術(shù)。

2 動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)

2.1 以油田開發(fā)需求為導(dǎo)向,精心規(guī)劃解決油田動(dòng)態(tài)監(jiān)測新問題

做好頂層設(shè)計(jì),精心制定發(fā)展規(guī)劃。通過多種技術(shù)交流活動(dòng),準(zhǔn)確把握油田開發(fā)形勢。圍繞油田開發(fā)需求,做好儲備技術(shù)研究、應(yīng)用技術(shù)開發(fā)和新技術(shù)推廣計(jì)劃制定,尤其是精心做好每個(gè)五年規(guī)劃。對重大監(jiān)測技術(shù),都在調(diào)研和預(yù)研基礎(chǔ)上,適時(shí)進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和推廣工作。例如,在大慶油田注水試驗(yàn)初期,為了搞清小層的吸水狀況,研制了活性炭做同位素載體測注水井吸水剖面的方法;油田開始分層注水,又適時(shí)發(fā)展了適應(yīng)于分層管柱的注入剖面多參數(shù)組合技術(shù);在聚合物驅(qū)開發(fā)試驗(yàn)階段,研制了無可動(dòng)部件的高黏滯流體電磁流量測井儀,發(fā)展成為注入剖面測井的主要技術(shù);在油田開發(fā)低含水期,為了弄清注水開發(fā)后產(chǎn)層油水分布情況,研制了73型找水儀,為壓裂、堵水施工的選井選層和效果分析提供了依據(jù);在油田開發(fā)高含水期,提早立項(xiàng),研制了阻抗式含水率計(jì)等高含水油水兩相流產(chǎn)出剖面測井技術(shù)。

2.2 注重引進(jìn)培養(yǎng)人才,健全競爭激勵(lì)機(jī)制

大慶油田動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)的快速發(fā)展,人才梯隊(duì)建設(shè)起到了關(guān)鍵作用。20世紀(jì)90年代初,大慶油田生產(chǎn)測井研究所處于迅速發(fā)展時(shí)期。在人才培養(yǎng)方面具有前瞻性,與高校合作,先后培養(yǎng)了13名博士,121名碩士。重視人才的使用,形成了尊重知識、尊重人才的良好氛圍,對取得重大科研成果并在成果推廣應(yīng)用中創(chuàng)造良好效益的人才給予重用。在良好的機(jī)制引導(dǎo)下,相繼涌現(xiàn)出了一大批學(xué)術(shù)技術(shù)骨干,安心于技術(shù)崗位,對測試技術(shù)快速發(fā)展起到帶頭作用。

2.3 建設(shè)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室,夯實(shí)技術(shù)研究基礎(chǔ)

大慶油田十分重視生產(chǎn)測井實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。1978年原生產(chǎn)測井研究所在國內(nèi)首次建成了油氣水三相流實(shí)驗(yàn)室,在垂直、傾斜和水平條件下模擬井筒的多相流,能模擬采出井和注入井。1999年建成中國最先進(jìn)的三次采油多相流測井實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)介質(zhì)增加了聚合物溶液。經(jīng)過多次擴(kuò)建、改造,多相流實(shí)驗(yàn)室可以有4口實(shí)驗(yàn)井同時(shí)進(jìn)行科研實(shí)驗(yàn)。還建成了工程測井固井質(zhì)量和套損模型井群、220 ℃ 200 MPa的高溫高壓實(shí)驗(yàn)井、十萬分之五的高精度壓力計(jì)檢定裝置、剩余油飽和度刻度井群(10口井、40個(gè)模擬儲層)。依托先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置,形成了生產(chǎn)測井的原理實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化模擬井實(shí)驗(yàn)樣機(jī)開發(fā)現(xiàn)場模型樣機(jī)研發(fā)的研發(fā)模式,加快了新方法研究和新技術(shù)開發(fā)的步伐,保證了油田測井技術(shù)服務(wù)的質(zhì)量。

2.4 注重長期校企合作,促進(jìn)前沿技術(shù)研發(fā)

大慶油田與國內(nèi)高校、科研院所建立了長期合作機(jī)制,開展前沿技術(shù)研究。例如,與中科大聯(lián)合研制了超聲電視測井儀;與北京航空航天大學(xué)合作開發(fā)了雙源距碳氧比測井儀;與中國科學(xué)院力學(xué)所合作開發(fā)了Sunflower試井資料解釋平臺;與天津大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)共同承擔(dān)國家863課題,研發(fā)了水平井產(chǎn)液剖面測井技術(shù);與天津大學(xué)、燕京大學(xué)、北京航空航天大學(xué)共同承擔(dān)國家重大專項(xiàng),開發(fā)了產(chǎn)出剖面電磁流量測井等測井新方法;與中國石油勘探開發(fā)研究院聯(lián)合承擔(dān)國家重大專項(xiàng)“一體化網(wǎng)絡(luò)測井處理解釋軟件平臺”研制,等等。高校和現(xiàn)場優(yōu)勢互補(bǔ),大慶油田承擔(dān)技術(shù)集成和現(xiàn)場應(yīng)用,合作單位負(fù)責(zé)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)。多項(xiàng)技術(shù)已大規(guī)模應(yīng)用。

2.5 積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù),消化吸收再創(chuàng)新

在獨(dú)立研發(fā)基礎(chǔ)上,也不斷地借鑒和引進(jìn)國外大公司的先進(jìn)技術(shù)。先后引進(jìn)了德萊塞公司的“3600”測井系列、斯倫貝謝公司的CSU-D數(shù)控測井系統(tǒng)、哈里伯頓公司的EXCEL2000測井系統(tǒng)。井下儀器包括CSU-D的生產(chǎn)測井儀(PLT)、管子分析儀(PAT)、多臂井徑儀(MFCS)和EXCEL2000的油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測儀(RMT)、固井質(zhì)量評價(jià)測井(CAST-V)等等。利用中美合資的“淵博公司”,引進(jìn)了Computalog公司的地面測井采集系統(tǒng)和扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀(SBT)等井下儀器。借助于中俄聯(lián)合組建的“大慶思創(chuàng)地球物理技術(shù)服務(wù)有限公司”,引進(jìn)了俄羅斯的電磁探傷測井儀、水泥膠結(jié)聲波密度綜合測井儀(AMK2000)等。引進(jìn)的技術(shù)得到了很好的消化吸收,促進(jìn)了自身技術(shù)的研發(fā)進(jìn)程,為自主開發(fā)SD系列地面系統(tǒng)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn),也為后來研制超越測井平臺打下良好的基礎(chǔ);還相繼研發(fā)了電磁探傷測井儀、八扇區(qū)水泥膠結(jié)評價(jià)測井儀、四十臂和六十臂井徑儀等井下儀器系列,形成了自己的特色技術(shù)。其中六十臂井徑測井儀銷售到美國Probe油田技術(shù)服務(wù)公司。借引進(jìn)契機(jī),對技術(shù)人員進(jìn)行了系統(tǒng)的培訓(xùn),開闊了視野,了解了國外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)計(jì)理念,增強(qiáng)了地面系統(tǒng)、井下儀器的研發(fā)能力,全面提升了生產(chǎn)測井技術(shù)裝備水平。

2.6 打造完整產(chǎn)業(yè)鏈,推動(dòng)科研成果轉(zhuǎn)化

2000年后,大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司擁有研發(fā)中心、儀器制造廠、11個(gè)測試大隊(duì)、解釋評價(jià)中心、檢測中心等單位,集研發(fā)、制造、技術(shù)服務(wù)、解釋評價(jià)于一體,具有完整的產(chǎn)業(yè)鏈,這對新技術(shù)的研發(fā)、工程化、推廣應(yīng)用非常有利。新的成果能迅速投入應(yīng)用,快速推向油田現(xiàn)場,在應(yīng)用中得到持續(xù)改進(jìn),使儀器在較短的時(shí)間內(nèi)完成工程化,投入商業(yè)化制造。由于動(dòng)態(tài)監(jiān)測資料與油田開發(fā)生產(chǎn)密切結(jié)合,有效提高了動(dòng)態(tài)監(jiān)測資料的利用率,不斷發(fā)現(xiàn)新的技術(shù)問題,為科研選題提供了來源。

3 動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)面臨的形勢和挑戰(zhàn)

3.1 油田開發(fā)新形勢

經(jīng)過60年的注水開發(fā),大慶長垣油田綜合含水已高達(dá)95%,后備資源嚴(yán)重不足,儲采比嚴(yán)重失衡。油田開發(fā)遇到前所未有的困難:①長垣油田已處于“雙特高”階段后期,進(jìn)一步控制遞減率和提高采收率的難度大;②外圍油田以難采儲量為主,地質(zhì)條件復(fù)雜,單井產(chǎn)量低、投資高,上產(chǎn)的困難大;③套損形勢嚴(yán)峻,長垣老區(qū)持續(xù)高強(qiáng)度開采,套損井大幅增加,導(dǎo)致套損區(qū)塊注采關(guān)系不完善、開發(fā)效果變差;④隨著原油產(chǎn)量遞減,銷售收入減小與操作成本上升的矛盾將不斷加劇。面對以上困難,必須做好老油田挖潛和產(chǎn)量接替工作。水驅(qū)精細(xì)挖潛、化學(xué)驅(qū)提質(zhì)提效仍是油田開發(fā)的核心工作。3類油層化學(xué)驅(qū)、聚驅(qū)后大幅度提高采收率以及外圍油田難采儲量有效動(dòng)用是油田產(chǎn)量接替的三大方向。頁巖油氣是遠(yuǎn)景接替潛力。

3.2 動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

(1)井筒流體更為復(fù)雜。在水驅(qū)、聚驅(qū)、三元驅(qū)、二氧化碳驅(qū)等多種驅(qū)替方式下,井筒多相流體具有黏度高、易攜砂、固體絮狀物富集的特點(diǎn),二氧化碳還具有超臨界、高腐蝕性的特點(diǎn),渦輪等帶有可動(dòng)部件的流量計(jì)的可靠性下降。由于流壓降低,多數(shù)油井內(nèi)油氣水三相流并存,原有的兩相流測井儀已無法滿足要求,解決三相流測井問題已無法回避。在特高含水油井中測準(zhǔn)分層含水率,識別無開釆價(jià)值的特高產(chǎn)水層,進(jìn)而采取相應(yīng)的措施,己成為一個(gè)重要問題。外圍低滲透儲層致密、物性差,油井產(chǎn)液低、產(chǎn)油低,總產(chǎn)液甚至低于1 m3/d,測準(zhǔn)流量和含水率都非常困難。更嚴(yán)重的是,高黏度、高含水、三相流、低產(chǎn)液交織出現(xiàn),極大地增加了產(chǎn)液剖面測井的難度。

(2)水平井、大斜度井等井型復(fù)雜多樣。水平井與大規(guī)模壓裂是外圍低滲透油田和致密油開發(fā)的主要手段。大慶油田目前有水平井600多口,大斜度井1.6萬口。已有的牽引器輸送水平井產(chǎn)液剖面測井工藝因井內(nèi)積砂等原因測井成功率較低,不能滿足要求,急需發(fā)展安全、可靠、適合于低產(chǎn)井測量的工藝和測井方法。目前的過環(huán)空產(chǎn)液剖面測井工藝在大斜度井中成功率低、儀器落井風(fēng)險(xiǎn)大,還沒有行之有效的方法,這些是需要大力攻關(guān)的課題。

(3)老油田套損高發(fā)。老油田套損頻發(fā),呈現(xiàn)出區(qū)域集中、時(shí)間集中、層位集中的趨勢,嚴(yán)重地影響了油田的生產(chǎn),也給油田長遠(yuǎn)開發(fā)帶來了巨大的隱患。套損動(dòng)態(tài)監(jiān)測問題已經(jīng)得到較好地解決,但套損預(yù)測非常困難。由于大規(guī)模壓裂井增多,水泥環(huán)遭到不同程度的破壞,微裂縫顯著增加,小層之間竄流增加,影響精細(xì)分層配注效果,這就對水泥環(huán)評價(jià)提出了更高要求。水泥膠結(jié)II界面精細(xì)評價(jià)以及井身精細(xì)成像測井評價(jià)也是急需解決的問題。

(4)剩余油高度分散。現(xiàn)有的套后剩余油測井技術(shù)在測量精度、分層能力、對低孔低滲和復(fù)雜儲層適應(yīng)性等方面都有一定的局限性,不能滿足特高含水老油田剩余油動(dòng)態(tài)監(jiān)測需要,測井儀器和解釋方法有待進(jìn)一步完善。

(5)動(dòng)態(tài)監(jiān)測工作量增加和操作成本不足的矛盾。經(jīng)過3次加密調(diào)整后,大慶油田目前油水井?dāng)?shù)已達(dá)到12.4萬口。隨著油田產(chǎn)量降低,油井單產(chǎn)下降,噸油能耗上升,經(jīng)濟(jì)效益變差。為控制生產(chǎn)成本,動(dòng)態(tài)監(jiān)測費(fèi)用不會(huì)隨井?dāng)?shù)增多而增加,反而有可能減少。這就出現(xiàn)需求增加和成本下降的“剪刀差”。需要優(yōu)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),在動(dòng)態(tài)監(jiān)測工作量不顯著增加的條件下,錄取到滿足油田開發(fā)需要的資料。

大慶油田遇到的問題在中國老油田具有普遍性:高含水或特高含水、高采出程度、儲采嚴(yán)重失衡、資源品質(zhì)變差;剩余油分散,低效無效注采循環(huán)嚴(yán)重;勝利、遼河等油田還面臨更嚴(yán)重的套損問題[10]。老油田對動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展有迫切需求。

4 對發(fā)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)的建議

4.1 持續(xù)完善2個(gè)剖面測井技術(shù)

針對油水井流體日趨復(fù)雜的情況,要不斷完善產(chǎn)出剖面測井技術(shù),包括阻抗式、電磁流量等無可動(dòng)部件的測井儀,提高可靠性。對于注入剖面,要進(jìn)一步優(yōu)化電磁流量示蹤組合測井,通過集流測量、分次釋放同位素、優(yōu)化同位素密度等措施,提高低注量井的剖面測井質(zhì)量;用可控源代替開放源,開發(fā)環(huán)保型注入剖面測井技術(shù)。

4.2 發(fā)展水平井、大斜度井生產(chǎn)測井工藝

油管輸送工藝具有安全可靠的優(yōu)勢,要推廣應(yīng)用已有的油管輸送存儲式測井工藝,還要加快實(shí)時(shí)傳輸?shù)挠凸茌斔?、模塊化、集流式測井儀的開發(fā)。對于日益增多的大斜度井,需要研究新的施工工藝和測井方法,解決產(chǎn)液剖面測井難題。

4.3 發(fā)展套損精細(xì)檢測和預(yù)警技術(shù)

要完善已有工程測井模塊化組合技術(shù),更全面、更精細(xì)地獲取套管狀況和固井質(zhì)量信息,還要發(fā)展高危井的套損預(yù)警技術(shù),在發(fā)生嚴(yán)重的套損之前預(yù)報(bào),防止發(fā)生區(qū)域性的大規(guī)模套損。針對精細(xì)評價(jià)大規(guī)模壓裂井固井質(zhì)量和套管狀況的需求,開發(fā)適用的超聲波掃描成像的測井儀器和資料解釋技術(shù)。

4.4 發(fā)展高效組合的剩余油測井技術(shù)

要重點(diǎn)發(fā)展多種脈沖中子方法集成測井儀器,提高測井時(shí)效和飽和度測量精度,提高薄層分辨率;加強(qiáng)資料解釋方法研究,提高低孔低滲和復(fù)雜儲層的飽和度測量精度和資料解釋符合率。

4.5 探索油水井的智能測控技術(shù)

智慧油田是未來的發(fā)展方向,油水井的智能化是智慧油田的關(guān)鍵。沒有油水井的智能化,就不會(huì)有真正的智慧油田。在未來,油藏工程、采油工程和測試工程將越來越緊密結(jié)合,向一體化方向發(fā)展。需要設(shè)計(jì)長期高可靠性工作的井下流量、含水率、溫度和壓力等測量儀表和流體調(diào)控元件,開發(fā)智能注水、智能采油,以及油水井聯(lián)動(dòng)分層注采工藝技術(shù),分層測量注入剖面、產(chǎn)出剖面,推演儲層的滲透率、流線和壓力分布,實(shí)現(xiàn)油水井流體分層智能測控、油藏管理智能化的目標(biāo)。

4.6 發(fā)展成套裝備,完善現(xiàn)場工藝

發(fā)展地面采集系統(tǒng),形成標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化井下儀器系列,完善安全、環(huán)保、高效的井口施工工藝,完善測井、試井解釋和資料應(yīng)用平臺,形成完備的測井系統(tǒng),研發(fā)遠(yuǎn)程操控、遠(yuǎn)程解釋的技術(shù),促進(jìn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)的升級換代。

4.7 推進(jìn)開發(fā)動(dòng)態(tài)監(jiān)測一體化和大數(shù)據(jù)應(yīng)用

與油藏密切結(jié)合,推行區(qū)塊的一體化動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)服務(wù)。服務(wù)于重點(diǎn)試驗(yàn)區(qū)塊,服務(wù)于油田3類油層化學(xué)驅(qū)、聚驅(qū)后提高采收率、外圍難采儲量有效動(dòng)用等重大現(xiàn)場試驗(yàn)。密切關(guān)注開發(fā)區(qū)塊的采收率、單井產(chǎn)量、含水率和套損率等開發(fā)指標(biāo)。對歷年的動(dòng)態(tài)監(jiān)測資料大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,優(yōu)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測項(xiàng)目,提高測井資料解釋符合率;實(shí)現(xiàn)對低效無效注采循環(huán)層的識別和治理;建立套損預(yù)警機(jī)制;優(yōu)化油田動(dòng)態(tài)監(jiān)測井點(diǎn)、比例和頻次,使有限的測井工作量能夠滿足油田開發(fā)需要,實(shí)現(xiàn)對油藏科學(xué)、經(jīng)濟(jì)管理。

4.8 搞好實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

實(shí)驗(yàn)室是生產(chǎn)測井技術(shù)研發(fā)極為重要的基礎(chǔ)條件。要改造和擴(kuò)建多相流測井實(shí)驗(yàn)裝置、剩余油飽和度刻度井群、工程測井模型井群,更新高精度壓力計(jì)檢定裝置,建成國內(nèi)行業(yè)最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室。要積極申報(bào)國家、地方或行業(yè)的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。依托實(shí)驗(yàn)室平臺,促進(jìn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)立項(xiàng)研究、學(xué)術(shù)交流、合作研究以及研發(fā)人才培養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)建設(shè)。

5 結(jié)束語

大慶油田經(jīng)過了開發(fā)試驗(yàn)、快速上產(chǎn)、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、科學(xué)調(diào)產(chǎn)、特高含水精細(xì)挖潛等開發(fā)階段,圍繞著油田開發(fā)不斷變化的需求,適時(shí)發(fā)展了相應(yīng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù),建立了適應(yīng)于中國特大砂巖地質(zhì)狀況和開發(fā)方式的動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)體系,在油田開發(fā)中發(fā)揮了重要的支撐作用。事實(shí)證明大慶油田動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是成功的,滿足了油田各個(gè)開發(fā)階段的需求,成為大慶油田開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的重要組成部分。

目前,大慶長垣油田處于特高含水開發(fā)后期,油田開發(fā)面臨前所未有的困難,動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)也面臨新的挑戰(zhàn)。因此,應(yīng)提早謀劃,主動(dòng)適應(yīng)油田開發(fā)形勢的變化,發(fā)展新的動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù),適時(shí)解決新的動(dòng)態(tài)監(jiān)測問題,在油田開發(fā)的全生命周期內(nèi)服務(wù)于油田。中國其他老油田也面臨著與大慶油田相同或類似的問題,大慶油田動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展路徑具有示范作用,其經(jīng)驗(yàn)可以借鑒和復(fù)制,再結(jié)合本油田的地質(zhì)條件和開發(fā)方式,發(fā)展特色的動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)。