環(huán)保型液體示蹤流量測(cè)井解釋校正方法

(中石油大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司，黑龍江 大慶 163453)

環(huán)保型液體示蹤流量測(cè)井有效利用137Cs—137mBa放射性核素發(fā)生器設(shè)備，無(wú)放射性污染[1]，能克服固體同位素載體沾污嚴(yán)重以及注聚井測(cè)試?yán)щy等問(wèn)題[2]，應(yīng)用前景較好。但是，環(huán)保型液體示蹤劑受流體質(zhì)量濃度等因素影響[3]，示蹤峰形態(tài)較復(fù)雜，給解釋工作帶來(lái)較大困難[4]，且經(jīng)常出現(xiàn)首測(cè)點(diǎn)流量與井口流量、油管流量與環(huán)套空間流量不一致的情況[5～8]。前人未進(jìn)行過(guò)環(huán)保型液體示蹤劑在注聚井中的標(biāo)定試驗(yàn)，不確定其在井中的響應(yīng)規(guī)律，也不確定其在清水中的解釋方法是否適用于注聚井。為此，筆者利用模擬井進(jìn)行了環(huán)保型液體示蹤劑在清水和不同質(zhì)量濃度聚合物中的標(biāo)定試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)概況

在實(shí)驗(yàn)室中，將38mm外徑環(huán)保型液體示蹤儀器放入13m垂直模擬井中進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，通過(guò)環(huán)保型液體示蹤劑在不同井況、不同注入介質(zhì)中的標(biāo)定試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)不同條件下對(duì)環(huán)保型液體示蹤儀器的校正解釋。具體試驗(yàn)條件如下：①井況分別為套管、油管、環(huán)套空間；②介質(zhì)分別為清水和聚合物(質(zhì)量濃度500、1000、1500、2000、2500mg/L)；③流量范圍1～200m3/d。

共計(jì)選取了580個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。

2 儀器響應(yīng)規(guī)律分析

分別在套管、油管和環(huán)套空間進(jìn)行標(biāo)定，得到儀器在不同聚合物質(zhì)量濃度下的示蹤流量測(cè)井譜峰圖(見(jiàn)圖1)，可以看出，隨著聚合物質(zhì)量濃度的增加，示蹤峰的形態(tài)變化很大，并出現(xiàn)拖尾峰和雙峰現(xiàn)象。圖2為套管中不同流量的測(cè)井譜峰圖，可以看出，隨著流量的增加，渡越時(shí)間逐漸減小。

3 液體示蹤流量測(cè)井解釋方法

環(huán)保型液體示蹤流量測(cè)井求解流量時(shí)主要求解示蹤劑的移動(dòng)速度，而示蹤劑流經(jīng)的距離(儀器源距)由儀器參數(shù)已知，用儀器源距除以渡越時(shí)間得到流速，然后乘以介質(zhì)所在空間的橫截面積得到計(jì)算流量：

(1)

式中：Q為介質(zhì)流量，m3/s；v為介質(zhì)流速，m/s；S為介質(zhì)流經(jīng)管柱的橫截面積，m2；k為流量校正系數(shù)，1；L為儀器源距，m；τ為渡越時(shí)間，s。

圖1 不同聚合物質(zhì)量濃度測(cè)井譜峰圖

圖2 套管中不同流量的測(cè)井譜峰圖

由式(1)可知，環(huán)保型液體示蹤流量測(cè)井解釋的關(guān)鍵在于確定τ，其求解方法主要有峰值法和非對(duì)稱性廣義高斯分布函數(shù)擬合法。

3.1 峰值法

峰值法是示蹤流量測(cè)井解釋中最常用的方法，適用于峰值較為明顯的測(cè)井曲線。環(huán)保型液體示蹤劑在經(jīng)過(guò)2個(gè)探測(cè)器時(shí)，會(huì)分別出現(xiàn)2次尖峰，所對(duì)應(yīng)的時(shí)間差即為τ：

τ=t2-t1

(2)

式中：t2、t1分別為2個(gè)探測(cè)器探測(cè)到的示蹤峰最大值位置所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，s。

3.2 非對(duì)稱性廣義高斯分布函數(shù)擬合法

由環(huán)保型液體示蹤流量測(cè)井儀器在不同介質(zhì)中的譜峰圖可以看出，環(huán)保型液體示蹤流量測(cè)井的譜峰大多具有拖尾現(xiàn)象。為了較好地處理該非對(duì)稱情況，引入類似于非對(duì)稱的高斯模型方法，定義左、右方差變量2個(gè)二階參數(shù)，利用譜峰的左、右寬度代替左、右方差得到非對(duì)稱性高斯模型[9]，再用τ替代均值，建立非對(duì)稱的廣義高斯模型：

(3)

式中：yb為描述伽馬背景的函數(shù)；y0為譜峰的峰高；t為伽馬時(shí)間；α為形狀因子；βl、βr分別為左、右尺度參數(shù)，反映廣義高斯分布函數(shù)的峰寬；σl、σr分別為譜峰的左、右寬度參數(shù)；Γ(·)為伽馬函數(shù)。

非對(duì)稱性廣義高斯模型能較好地描述譜峰不對(duì)稱情況，消除譜峰不對(duì)稱、拖尾峰等因素影響，從而提高τ的計(jì)算準(zhǔn)確程度，因此，該次標(biāo)定試驗(yàn)選用非對(duì)稱性廣義高斯分布函數(shù)擬合法求解τ。

4 流量校正解釋

在標(biāo)定試驗(yàn)中，已知的流量為標(biāo)準(zhǔn)流量，根據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)流量下測(cè)得的示蹤峰計(jì)算得到的流量為計(jì)算流量，依據(jù)計(jì)算流量和標(biāo)準(zhǔn)流量的關(guān)系做出流量校正解釋圖版(見(jiàn)圖3)，利用該解釋圖版可以對(duì)下一次的計(jì)算流量進(jìn)行解釋回歸。

圖3 儀器在套管中的流量校正解釋圖版

但是，在實(shí)際測(cè)量解釋中，利用解釋圖版計(jì)算Q耗時(shí)較長(zhǎng)，因此需要經(jīng)過(guò)計(jì)算將解釋圖版轉(zhuǎn)化為函數(shù)解析式。圖4為儀器在環(huán)套空間中的流量解釋圖版(聚合物質(zhì)量濃度1500mg/L)，將該解釋圖版轉(zhuǎn)化為函數(shù)解析式，對(duì)k進(jìn)行回歸，得到k與τ的關(guān)系式：

k=-0.0002τ3+0.0037τ2-0.0287τ+0.0639

(4)

利用式(4)和式(1)可進(jìn)一步計(jì)算得到Q，同時(shí)可知道Q與τ之間的關(guān)系(見(jiàn)圖5)。

圖4 儀器在環(huán)套空間中的流量解釋圖版 圖5 Q與τ關(guān)系圖(聚合物質(zhì)量濃度1500mg/L)

以油管為例，圖6為校正前后不同聚合物質(zhì)量濃度條件下的計(jì)算流量與標(biāo)準(zhǔn)流量關(guān)系圖版，可以看出，校正前的計(jì)算流量與標(biāo)準(zhǔn)流量不一致；經(jīng)過(guò)校正后，計(jì)算流量與標(biāo)準(zhǔn)流量基本一致，校正效果較好。

圖6 校正前后的流量解釋圖版對(duì)比(油管)

5 應(yīng)用實(shí)例

圖7 注聚井管柱示意圖

環(huán)保型液體示蹤流量測(cè)井在油田應(yīng)用較為廣泛，但經(jīng)常出現(xiàn)首測(cè)點(diǎn)流量與井口流量不一致的情況[10]。圖7為一口注聚井，井口流量為36m3/d，分別在油管和環(huán)套空間中對(duì)示蹤劑進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如下：

1)油管中的測(cè)點(diǎn)1，用原解釋方法(峰值法)解釋流量為41.2m3/d，首測(cè)點(diǎn)流量與井口流量不一致；用非對(duì)稱廣義高斯分布函數(shù)擬合法解釋流量為37.2m3/d，將k的函數(shù)解析式代入，校正后的流量為36.1m3/d，與井口流量基本一致。

2)環(huán)套空間中的測(cè)點(diǎn)2，校正前的流量為33.2m3/d，與測(cè)點(diǎn)1的流量相差較大，經(jīng)校正解釋后的流量為35.8m3/d，與油管解釋流量基本一致。由此可見(jiàn)，采用環(huán)保型液體示蹤流量測(cè)井解釋校正方法能夠解決注聚井中首測(cè)點(diǎn)流量與井口流量不一致、油管流量與環(huán)套空間流量不一致的情況。

6 結(jié)論

1)環(huán)保型液體示蹤劑的示蹤峰在同一流量下隨著介質(zhì)濃度的變化譜峰形態(tài)變化很大，在同一介質(zhì)中隨著流量的增大渡越時(shí)間逐漸減小，且在聚合物中經(jīng)常出現(xiàn)峰不對(duì)稱和拖尾峰現(xiàn)象。

2) 使用非對(duì)稱廣義高斯分布函數(shù)擬合法能消除峰不對(duì)稱、拖尾峰等因素影響。

3) 依據(jù)計(jì)算流量和標(biāo)準(zhǔn)流量建立了流量解釋圖版，對(duì)流量校正系數(shù)進(jìn)行回歸，得到流量校正系數(shù)與渡越時(shí)間的關(guān)系式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)保型液體示蹤流量測(cè)井流量校正系數(shù)的修正。

4) 利用環(huán)保型液體示蹤流量測(cè)井對(duì)注聚井進(jìn)行測(cè)井解釋，能夠解決注聚井中首測(cè)點(diǎn)流量與井口流量不一致、油管流量與環(huán)套空間流量不一致的情況，應(yīng)用效果較好。