CO2氣源井產(chǎn)氣剖面測(cè)試方法探索

路遠(yuǎn)濤

(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)

0 引 言

CO2氣源井測(cè)試存在井下壓力大、溫度高、腐蝕嚴(yán)重和風(fēng)險(xiǎn)大等困難，對(duì)測(cè)試儀器指標(biāo)要求高。為確保施工安全和錄取到合格資料,需要從井口防噴高壓裝置、井下儀器、現(xiàn)場(chǎng)施工方案等方面進(jìn)行科學(xué)論證。通過試井壓力計(jì)測(cè)取全井流溫、流壓資料，了解全井筒二氧化碳流體相態(tài)，從而為測(cè)井儀器選取提供依據(jù)，通過應(yīng)用氧活化測(cè)井技術(shù)和PLT測(cè)井技術(shù)在二氧化碳?xì)庠淳膽?yīng)用[1]，通過對(duì)比解釋,解決了這類井產(chǎn)氣剖面測(cè)井難題。對(duì)于我們來(lái)說，CO2產(chǎn)氣剖面測(cè)試是一項(xiàng)新技術(shù)，掌握該技術(shù)能為油田開發(fā)提供更加可靠的技術(shù)支持。

1 氣源井情況和高壓密閉測(cè)試工藝

1.1 氣源井情況

海拉爾油田蘇X區(qū)塊目前共有二氧化碳?xì)庠淳?3口，投產(chǎn)6口，海拉爾油田提出對(duì)6口二氧化碳驅(qū)氣源井進(jìn)行產(chǎn)出剖面測(cè)試，了解全井及各層段真實(shí)產(chǎn)氣及產(chǎn)水狀況，通過了解井下管柱情況，給出是否具備測(cè)井的條件，見表1。

表1 氣源井的基本情況

綜上，從以上6口提供的井下管柱、生產(chǎn)數(shù)據(jù)來(lái)看，具備測(cè)試條件有4口井，從氣源井的CO2含量分析沒有絲堵的4口井都具備氧活化測(cè)井儀測(cè)試條件，其中蘇X-2、蘇X-3井有喇叭口具備PLT測(cè)井儀測(cè)試條件。

1.2 氣源井高壓密閉工藝

氣源井高壓密閉工藝技術(shù)關(guān)鍵在于井口防噴裝置及其輔助設(shè)施的承壓配套和下井儀器的技術(shù)性能。氣源井的井口密封一般采用高壓密閉防噴注脂裝置來(lái)保障施工人員和環(huán)境安全以及測(cè)試儀器順利起下。高壓密閉防噴注脂裝置是通過氣動(dòng)注脂泵向防噴盒中注入高壓高粘度的密封脂，實(shí)現(xiàn)測(cè)井過程中電纜處于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的狀況下密封井口，或是在施工過程中井口有溢流不能控制及其它意外情況下關(guān)閉井口，防止井噴事故的發(fā)生。高壓密閉防噴注脂裝置按壓力級(jí)別分為35 MPa和70 MPa兩種。氣井應(yīng)用70 MPa防噴裝置，該防噴裝置主要由高壓防噴注脂系統(tǒng)、防噴管、捕捉器、封井器及密封系統(tǒng)等部分組成[2]。

2 測(cè)井儀器基本情況和選擇

2.1 PLT測(cè)井儀

儀器結(jié)構(gòu):由磁性定位器、自然伽馬、渦輪流量計(jì)、含水率計(jì)、流體密度計(jì)、井溫儀、壓力計(jì)等組成[3]。儀器可任意組合，一次下井可同時(shí)測(cè)得7個(gè)參數(shù)。儀器采用模塊化結(jié)構(gòu)，采用遙測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多參數(shù)同時(shí)測(cè)量和傳輸。

測(cè)井原理:儀器工作時(shí)，流體帶動(dòng)葉輪及芯軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，芯軸另一端的磁芯也隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)；通過布置在磁芯周圍的5個(gè)磁敏傳感器接收磁感應(yīng)信號(hào)，葉輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，5 個(gè)磁敏傳感器共輸出 10 個(gè)脈沖信號(hào)；測(cè)量傳感器輸出的脈沖數(shù)可計(jì)算出葉輪的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)可計(jì)算出流體的流速。

生產(chǎn)測(cè)井組合儀(PLT)采用遙測(cè)方式傳輸井下測(cè)井信號(hào)，測(cè)量探頭以組合方式與傳輸電路進(jìn)行組合，可用于產(chǎn)出(產(chǎn)液、產(chǎn)氣)剖面和注入剖面測(cè)井，在產(chǎn)氣剖面的測(cè)試中，具有較大的優(yōu)勢(shì)[4]。

2.2 氧活化測(cè)井儀

儀器結(jié)構(gòu):儀器主要由遙測(cè)、上探測(cè)器、中子發(fā)生器和下探測(cè)器組成，如圖1所示。

圖1 氧活化測(cè)井儀結(jié)構(gòu)圖

測(cè)井原理:氧活化測(cè)井利用了快中子對(duì)周圍介質(zhì)的活化反應(yīng)。中子發(fā)生器發(fā)射14 MeV的快中子，輻射井眼周圍和地層中的物質(zhì)，其中的O16活化后轉(zhuǎn)化成N16，放射性氮同位素發(fā)生β衰變，半衰期是7.13 s，通過測(cè)量氧活化后發(fā)射的特征伽馬射線可以探測(cè)到氧的存在。在測(cè)量中，中子連續(xù)發(fā)射，使周圍的流體中的氧被活化，活化流體依次到達(dá)各探測(cè)器，在各探測(cè)器的時(shí)間譜上出現(xiàn)一個(gè)峰，根據(jù)時(shí)間譜上峰的位置可知流體到達(dá)各探測(cè)器的時(shí)間T，由于流體在這段時(shí)間走的路程就是各探測(cè)器的源距L，則水的速度V=L/T。由于井內(nèi)套管和油管直徑D已知，就可算出通道的截面積S，則流量Q=VS。

基于氧活化測(cè)井原理，井內(nèi)流體是否含有氧原子，因?yàn)镃O2分子中有氧原子存在，是實(shí)施該方法測(cè)井的基礎(chǔ)[5]。

(1)

式(1)中，ni：每g/m3物質(zhì)中所包括的是原子個(gè)數(shù)ρ:該物質(zhì)的密度，g/m3;N:阿佛加德羅常數(shù)，6.024 86×1023;M：該物質(zhì)的克分子量，g/克分子；Ci：每個(gè)分子中第i種元素的個(gè)數(shù)。由式(1)：

(2)

(3)

氧活化水流測(cè)井儀是新一代單芯雙向脈沖中子氧活化測(cè)井儀，具有一次下井可同時(shí)測(cè)量上水流或下水流，不但可進(jìn)行氧活化測(cè)井,還可進(jìn)行自然伽馬、井溫、壓力、中子壽命等測(cè)井，由于氧活化測(cè)井技術(shù)在注水井、注聚井、液態(tài)CO2注入井良好的應(yīng)用效果[6]，所以氧活化測(cè)井儀具備進(jìn)行CO2氣源井的產(chǎn)氣剖面測(cè)井要求。

2.3 測(cè)井儀器優(yōu)選

通過以上對(duì)儀器結(jié)構(gòu)和原理的分析，確定PLT測(cè)井技術(shù)和氧活化測(cè)井技術(shù)具備CO2氣源井的產(chǎn)能測(cè)試的條件，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)氣源井產(chǎn)能狀況進(jìn)行初步評(píng)價(jià)[7]。

3 CO2相態(tài)特征

CO2在井筒內(nèi)相態(tài)分析:CO2流體與水、三元溶液不同，其相態(tài)隨著溫度壓力的變化呈現(xiàn)出一種比較復(fù)雜的流體狀態(tài)，了解CO2流體在井下的流體狀態(tài)對(duì)于油田的開發(fā)測(cè)試有著十分重要的意義[8]。CO2液體的密度隨溫度升高而降低，變化范圍為463.9～1 177.9 kg/m3；氣態(tài)CO2的密度隨溫度的升高而增大,變化范圍為13.8～463.9 kg/m3；固態(tài)CO2(干冰)的密度范圍為1 512.4～1 595.2 kg/m3，其密度隨溫度的變化不大。

圖2為CO2相態(tài)分區(qū)曲線，它是分析CO2相態(tài)的最直觀、最簡(jiǎn)便的相圖之一[9]。如圖2所示，可知當(dāng)溫度高于臨界溫度31.19℃時(shí)，在任何壓力下CO2都為一種超臨界氣體，不會(huì)變?yōu)橐后w或固體；當(dāng)溫度低于臨界溫度，且壓力高于臨界壓力7.382 MPa時(shí)，CO2將為液態(tài)；當(dāng)溫度低于臨界溫度，且壓力低于臨界壓力時(shí)，CO2可能為汽態(tài)、液態(tài)或汽液混合狀態(tài)。

圖2 CO2隨溫度、壓力變化相態(tài)分布

4 產(chǎn)氣剖面測(cè)井效果評(píng)價(jià)

首先從蘇X-2井通過試井對(duì)全井流溫、流壓梯度測(cè)試，判斷井筒內(nèi)CO2相態(tài)，用PLT和氧活化測(cè)井技術(shù)進(jìn)行了剖面測(cè)試取得了以下認(rèn)識(shí)：

4.1 蘇X-2射孔層溫度壓力范圍

通過試井壓力計(jì)測(cè)試了解蘇6-2標(biāo)井目的層井段的地層溫度和地層壓力，如圖3所示，通過地層原始溫度壓力曲線分析，確定CO2存在相態(tài)見表2。

圖3 蘇x-2井原始?jí)毫?、溫度曲線

序號(hào)地層射孔井段/m地層壓力/MPa地層溫度/℃流體相態(tài)結(jié)論1N21643.0～1647.66.5862.09超臨界氣態(tài)2N21649.4～1652.06.6161.61超臨界氣態(tài)3N21653.4～1655.86.6055.34超臨界氣態(tài)4N21671.4～1673.26.5952.95超臨界氣態(tài)5N21676.0～1681.06.6551.25超臨界氣態(tài)

由上表知所有射孔層處的壓力小于臨界壓力7.382 MPa，且溫度遠(yuǎn)高于臨界溫度31.19 ℃。因此得出目的層處CO2為超臨界氣體狀態(tài)[10]。

4.2 PLT和氧活化測(cè)井結(jié)果對(duì)比分析

在目的層段應(yīng)用PLT和氧活化測(cè)井技術(shù)，獲得測(cè)井解釋結(jié)果，見表3。

表3 測(cè)井解釋結(jié)果

通過以上測(cè)井解釋結(jié)果，對(duì)產(chǎn)出剖面流量進(jìn)行綜合分析如下：

1)PLT結(jié)果顯示：1 649.4～1 652.0 m為主產(chǎn)氣層段，該段總產(chǎn)氣量為271.85 m3/d，占全井的40.7%。1 676～1 681 m為次產(chǎn)氣層段，產(chǎn)氣量為199.13 m3/d，占全井的29.9%；1 671.4～1 673.2 m為第三產(chǎn)氣層段，產(chǎn)氣量146.34 m3/d，占全井的22%，1 643～1 647.6 m不產(chǎn)氣。

2)氧活化結(jié)果顯示：1 649.4～1 652 m為主產(chǎn)氣層段，該段總產(chǎn)氣量為32.8 t/d，占全井的42.8%。1 676～1 681 m為次產(chǎn)氣層段，產(chǎn)氣量為25.46 t/d，占全井的32.3%；1 671.4～1 673.2 m為第三產(chǎn)氣層段，產(chǎn)氣量15.9 t/d，占全井的15.9%。1 643～1 647.6 m產(chǎn)氣2.73 t/d，占全井的2.2%。

3)綜合PLT及氧活化結(jié)果可知，本井1 649.4～1 652 m為主產(chǎn)氣層段，1 676～1 681 m為次產(chǎn)氣層段，1 671.4～1 673.2 m為第三產(chǎn)氣層段。

4)1 643～1 647.6 m處PLT及氧活化結(jié)果稍有不符。推測(cè)為儀器精確度指標(biāo)限制，產(chǎn)量低于渦輪啟動(dòng)排量造成的假象。

應(yīng)用氧活化測(cè)井技術(shù)對(duì)氣源井蘇x，蘇x-1，蘇x-2，蘇x-2井進(jìn)行了產(chǎn)出剖面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試，應(yīng)用PLT測(cè)井技術(shù)對(duì)氣源井蘇x-2進(jìn)行了產(chǎn)出剖面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試，取得了明顯效果。

5 結(jié)論及建議

在CO2氣源井產(chǎn)氣剖面測(cè)井過程中，取得以下認(rèn)識(shí)：

氣源井測(cè)試前，需要用試井的方法對(duì)全井進(jìn)行溫度、壓力梯度測(cè)試，以便于了解全井溫度、壓力梯度情況，從而確定井筒流體相態(tài)，從而對(duì)下一步工序選擇測(cè)井儀器提供科學(xué)的依據(jù)。通過對(duì)CO2氣源井測(cè)試方法進(jìn)行初步探索，確定氧活化測(cè)井技術(shù)和PLT測(cè)井技術(shù)均可實(shí)現(xiàn)CO2氣源井的產(chǎn)能測(cè)試，能夠?qū)庠淳a(chǎn)能狀況進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，解決了氣源井產(chǎn)氣剖面的測(cè)試難題。