示蹤相關(guān)流量測(cè)井設(shè)計(jì)及解釋方法優(yōu)化

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(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

隨著示蹤相關(guān)流量測(cè)井技術(shù)在大慶油田的應(yīng)用，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及資料解釋方面呈現(xiàn)出越來(lái)越多的問題。示蹤相關(guān)流量測(cè)井設(shè)計(jì)中缺少測(cè)量順序、示蹤劑釋放深度及等待時(shí)間這些對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試具有重要指導(dǎo)意義的相關(guān)內(nèi)容；同時(shí)測(cè)試資料顯示的示蹤峰形狀各異，管內(nèi)介質(zhì)各不相同，就目前來(lái)說(shuō)還沒有在理論上形成一套根據(jù)示蹤峰特點(diǎn)、流量、流態(tài)、介質(zhì)等參數(shù)來(lái)有效識(shí)別讀值方式以準(zhǔn)確解釋計(jì)算流量的方法。因此，示蹤相關(guān)流量測(cè)井設(shè)計(jì)及解釋方法亟須優(yōu)化，以滿足“精細(xì)設(shè)計(jì)、精細(xì)施工、精細(xì)解釋”的要求，從而進(jìn)一步提高示蹤相關(guān)流量測(cè)井的測(cè)試效果和解釋精度。

1 基本原理

1.1 數(shù)學(xué)模型

示蹤相關(guān)流量測(cè)井的基本原理[1]，就是把具有一定聚合性的示蹤劑在油管或套管內(nèi)相關(guān)位置釋放，通過(guò)探測(cè)和計(jì)算被示蹤劑標(biāo)記的向上或向下流動(dòng)的水流流動(dòng)速度，來(lái)獲取各個(gè)配注層段的配注量和各吸水層的注入量的一種方法。利用示蹤相關(guān)流量測(cè)井技術(shù)，通過(guò)縱向上劃分不同測(cè)量單元，采用速度法測(cè)量(點(diǎn)測(cè)法、追蹤法)以及重復(fù)測(cè)井工藝，根據(jù)實(shí)際測(cè)井曲線的形態(tài)特征、選取合適的讀值方法和校正系數(shù)，準(zhǔn)確求取水流速度。

模擬油管、套管、油套環(huán)形空間內(nèi)的流量、示蹤劑段塞運(yùn)移距離與時(shí)間的關(guān)系，建立理論模型：均勻流體在油管、套管、油套環(huán)形空間中勻速運(yùn)動(dòng)，使用Φ38 mm儀器在油管內(nèi)測(cè)量，其中套管外徑139.7 mm，壁厚7.72 mm；油管內(nèi)徑62 mm，壁厚5.5 mm。

當(dāng)注入井的注入量為100 m3/d時(shí)，示蹤劑隨流體在油管內(nèi)運(yùn)移7 m所用的時(shí)間為0.2 min，在套管內(nèi)運(yùn)移7 m所用時(shí)間為0.8 min，在油套環(huán)形空間內(nèi)運(yùn)移7 m所用時(shí)間為1.2 min左右。

1.2 影響因素分析

1.2.1 示蹤劑選擇(水溶性、油溶性)

實(shí)際應(yīng)用中，示蹤劑一般可分為水溶性和油溶性兩類[2]，在水驅(qū)、聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)都有廣泛的應(yīng)用。

水溶性示蹤劑由水溶性液體放射源和水溶性載體組成，易擴(kuò)散，適應(yīng)廣泛，可應(yīng)用于水驅(qū)、聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)，但是示蹤峰顯示不明顯，解釋難度大，解釋精度低。

油溶性示蹤劑由不溶于水的輕質(zhì)有機(jī)液和重質(zhì)有機(jī)液摻混制備而成，穩(wěn)定性高，不易擴(kuò)散，溶液中擴(kuò)散不均勻，適應(yīng)廣泛，對(duì)水驅(qū)、聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)都有較好的效果，示蹤峰顯示明顯，解釋精度高。

1.2.2 釋放器位置選擇

根據(jù)井下管柱結(jié)構(gòu)選擇釋放器的位置，也是準(zhǔn)確錄取測(cè)試資料的重要因素之一。井下管柱類型一般分為三種：籠統(tǒng)正注、籠統(tǒng)返注、分層配注。

籠統(tǒng)正注時(shí)釋放器位置選擇在探頭上部；籠統(tǒng)返注時(shí)釋放器位置選擇在探頭上部、下部均可；分層配注時(shí)根據(jù)水嘴位置選擇，當(dāng)水嘴在層上或居中時(shí)釋放器位置選擇在探頭上部，水嘴在層下時(shí)釋放器位置選擇在探頭上部、下部均可。需要注意示蹤劑釋放后，減少儀器移動(dòng)對(duì)示蹤劑的沖擊，以降低示蹤劑的分散程度(特別是對(duì)油溶性示蹤劑影響較大)。

2 測(cè)井設(shè)計(jì)及解釋方法優(yōu)化

2.1 示蹤相關(guān)流量測(cè)井設(shè)計(jì)優(yōu)化

考慮到示蹤相關(guān)流量測(cè)井精度的影響因素有很多，結(jié)合測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)施工工作的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，主要從靜止點(diǎn)測(cè)與追蹤法測(cè)量的選擇，示蹤劑釋放、點(diǎn)測(cè)位置及順序選擇，點(diǎn)測(cè)等待時(shí)間確定，扶正器的使用，釋放器位置的選擇，測(cè)井文件生成問題等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這些因素是影響示蹤相關(guān)流量測(cè)井資料錄取工作質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

2.1.1 靜止點(diǎn)測(cè)與追蹤法測(cè)量的選擇優(yōu)化

靜止點(diǎn)測(cè)法是在油管，套管及油套環(huán)形中靜止測(cè)量，對(duì)示蹤劑沖擊相對(duì)較小，識(shí)別精度高，但是測(cè)量時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。

追蹤法測(cè)量時(shí)間短，通過(guò)追蹤示蹤劑的趨勢(shì)，可以定性判斷該層有無(wú)吸水，但是對(duì)示蹤劑沖擊相對(duì)較大，精確度低,不適用于精確解釋。

示蹤相關(guān)流量測(cè)井以靜止點(diǎn)測(cè)為主，追蹤法測(cè)試為輔。當(dāng)需要精確解釋時(shí)，采用靜止點(diǎn)測(cè)法，同時(shí)采用追蹤法進(jìn)行輔助測(cè)量。當(dāng)需要定性判斷有無(wú)吸水時(shí)，采用追蹤法。當(dāng)油套環(huán)形空間內(nèi)某示蹤峰移動(dòng)較緩慢時(shí)，可單獨(dú)采用連續(xù)追蹤的方式測(cè)量，儀器在油管內(nèi)上下移動(dòng)，對(duì)油套環(huán)型空間內(nèi)的示蹤劑穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)干擾較小[3]。

2.1.2 示蹤劑釋放、點(diǎn)測(cè)位置及順序選擇優(yōu)化

速度法測(cè)井時(shí)，儀器通過(guò)釋放器向井筒中噴射示蹤劑，當(dāng)兩伽馬探頭均位于兩射孔層位之間時(shí)測(cè)量示蹤劑通過(guò)這兩個(gè)伽馬探頭時(shí)間，由此確定每一個(gè)解釋層的視速度，進(jìn)一步確定流量。表1為示蹤劑釋放、點(diǎn)測(cè)位置及順序選擇優(yōu)化表[4]。

2.1.3 點(diǎn)測(cè)等待時(shí)間確定

正常情況下，當(dāng)兩探測(cè)器準(zhǔn)確測(cè)量到示蹤劑段塞并能計(jì)算流量后，即可結(jié)束該點(diǎn)的測(cè)量，但是當(dāng)流量較小或沒有流量時(shí)，我們點(diǎn)測(cè)時(shí)等待的時(shí)間如何確定呢？原則上，我們按目前示蹤相關(guān)儀器的測(cè)量下限3 m3/d來(lái)反推我們需要等待的時(shí)間。比如，在油套環(huán)形空間內(nèi)，移動(dòng)4 m所用的理論時(shí)間約為12 min，那么我們點(diǎn)測(cè)時(shí)需要測(cè)量12 min，以判斷有無(wú)流量。

2.1.4 其它

1)扶正器的使用

速度法測(cè)井受示蹤劑在井內(nèi)釋放情況的影響，需要有明顯的段塞脈沖峰值。示蹤流量計(jì)在噴射時(shí)從儀器進(jìn)入儀器與油管的環(huán)形空間，如果儀器不居中，噴射可能正對(duì)著井壁，很可能導(dǎo)致示蹤劑的分布相當(dāng)不均勻，不能與流體很好的混合。但是，對(duì)于注聚、注三元井，結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，若在測(cè)試過(guò)程中使用扶正器，扶正器刮削油管內(nèi)壁，導(dǎo)致垢屑隨注入液流經(jīng)配水器或進(jìn)入層位，導(dǎo)致配水器或?qū)游环舛?，?dǎo)致測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)“憋壓”現(xiàn)象，注入量時(shí)大時(shí)小，使測(cè)試結(jié)果無(wú)法正常反映注入井的注入狀況。因此，在示蹤相關(guān)流量測(cè)井中，扶正測(cè)井工具很重要，但是對(duì)于注聚或注三元井則需謹(jǐn)慎考慮[5]。

2)釋放器位置的選擇

釋放器易造成儀器對(duì)示蹤劑的沖擊，導(dǎo)致示蹤劑被沖散，對(duì)測(cè)試效果及解釋精度都有較大影響，特別是對(duì)油溶性示蹤劑影響較大，沖散后，該示蹤劑在溶液內(nèi)分布雜亂，對(duì)資料的解釋工作造成了很大困難。如圖1所示為油溶性示蹤劑沖散后的示蹤峰峰型，不利于后期的解釋工作。

圖1 油溶性示蹤劑沖散后的示蹤峰峰型

3)測(cè)井文件生成問題

測(cè)試時(shí)，先監(jiān)測(cè)曲線，后釋放示蹤劑，便于資料解釋時(shí)判斷示蹤劑釋放的深度及時(shí)間；同時(shí)，每次釋放示蹤劑所測(cè)的所有點(diǎn)測(cè)資料應(yīng)在同一測(cè)井文件內(nèi)，中間無(wú)間隔、無(wú)暫停，便于分析測(cè)井過(guò)程。

2.2 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)解釋方法優(yōu)化

2.2.1 示蹤峰特征及分類

通過(guò)對(duì)東區(qū)薩葡二類三元復(fù)合區(qū)130井次示蹤相關(guān)流量測(cè)試資料的統(tǒng)計(jì)整理，示蹤峰的特征形態(tài)顯示各異，特別是油溶性與水溶性示蹤劑所測(cè)得示蹤峰特點(diǎn)更是極不相同，主要原因是油溶性示蹤劑在注入液中不易擴(kuò)散，峰型顯示效果相對(duì)較好，而水溶性示蹤劑受擴(kuò)散作用的影響較大，對(duì)注入量較低的井影響尤為嚴(yán)重。表2與表3分別就油溶性與水溶性示蹤劑所測(cè)得示蹤峰特點(diǎn)進(jìn)行分類描述。

2.2.2 讀值方法確定

如何獲取兩個(gè)峰間的ΔH及Δt值將直接影響Vi的精度，關(guān)系到資料解釋的準(zhǔn)確性，因此，需要根據(jù)實(shí)際測(cè)井曲線的形態(tài)特點(diǎn)，選取合適的讀值方法[6]。

1)峰尖取值法

對(duì)示蹤峰峰尖顯示明顯(水管Ⅱ、Ⅲ，水環(huán)Ⅳ，油管Ⅰ、Ⅱ，油環(huán)Ⅰ)，可直接讀取峰尖的深度-時(shí)間(hi，ti)來(lái)計(jì)算，進(jìn)而確定流量[7]。

表2 水溶性示蹤劑示蹤峰特征

續(xù)表

表3 油溶性示蹤劑示蹤峰特征

2)互相關(guān)法

互相關(guān)法是利用時(shí)間軸上兩相關(guān)示蹤峰之間的相似性來(lái)確定示蹤劑段塞通過(guò)兩探測(cè)器時(shí)間的方法。通過(guò)移動(dòng)某一曲線上的示蹤峰，并計(jì)算兩相關(guān)示蹤峰的相似系數(shù)，當(dāng)相似性最高，相關(guān)系數(shù)最大時(shí)，該曲線上示蹤峰的移動(dòng)距離即代表了兩相關(guān)示蹤峰的移動(dòng)時(shí)間，進(jìn)而也就確定了總流量。該方法對(duì)于兩峰型相似的情況具有較好的果，相似性越高效果越好。

3)質(zhì)心法

質(zhì)心法是一種模擬方法，它將時(shí)間軸上示蹤劑段塞強(qiáng)度所形成的示蹤峰看作一種平面有質(zhì)量的物質(zhì)，物質(zhì)的質(zhì)心作為該示蹤峰的最佳設(shè)置點(diǎn)，通過(guò)求質(zhì)心的方法來(lái)確定兩相關(guān)示蹤峰的移動(dòng)時(shí)間，進(jìn)而確定通過(guò)兩探測(cè)器的總流量。該方法要求兩示蹤峰曲線的基線基本處在同一平面上，同時(shí)在將兩示蹤峰都選上的前提下，盡可能縮小選擇區(qū)間，以提高解釋精度。適用峰型水管Ⅱ、Ⅲ，水環(huán)Ⅱ、Ⅲ[8]。

4)半幅點(diǎn)取值法

由于受到注入量、釋放時(shí)間、運(yùn)移時(shí)間等諸多因素的影響，示蹤劑會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)散現(xiàn)象，示蹤峰不明顯。這種情況下，可讀取前沿切線半幅點(diǎn)的深度-時(shí)間(hi，ti)來(lái)計(jì)算。適用峰型水管Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，水環(huán)Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ，油管Ⅰ，油環(huán)Ⅰ、Ⅱ。

5)前沿點(diǎn)取值法

前沿點(diǎn)取值法是把伽馬基線視為直線，與示蹤峰前沿(運(yùn)移方向)切線做一個(gè)交點(diǎn)，該點(diǎn)是伽馬射線開始偏離伽馬基線的點(diǎn)，讀取該點(diǎn)的深度-時(shí)間坐標(biāo)(hi，ti)進(jìn)行計(jì)算。但是隨著示蹤劑運(yùn)移距離的增大，大部分進(jìn)入地層或者擴(kuò)散進(jìn)一步加劇時(shí)，示蹤峰的幅度會(huì)逐漸減小，前緣點(diǎn)變得模糊不清，這個(gè)時(shí)候讀值會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。因此，該方法對(duì)水管Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，水環(huán)Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ，油管Ⅰ，油環(huán)Ⅰ、Ⅱ都有較好的適應(yīng)性。

2.2.3 速度系數(shù)確定

示蹤相關(guān)流量測(cè)井是測(cè)量管子內(nèi)被示蹤劑標(biāo)記的向上或向下流動(dòng)的水流流動(dòng)速度，進(jìn)而確定流量，因此，管子內(nèi)流體的流態(tài)(層流、過(guò)渡流、紊流)對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大的影響，而流態(tài)取決于流體流動(dòng)時(shí)的一個(gè)無(wú)因次組合值(雷諾數(shù)NRe)，與管子內(nèi)徑、平均流速、流體密度、粘度有關(guān)[9]。如圖2所示反映了內(nèi)徑、流量、流體粘度下的雷諾數(shù)。

對(duì)于高粘度流體，如聚合物溶液、三元液，在很高的流速情況下也保持著層流的特性。如圖2所示，在12.7 mm內(nèi)徑套管內(nèi)，注入粘度為10 mPa·s的流體，當(dāng)流體達(dá)到160 m3/d時(shí)，依然是層流狀態(tài)。

圖2 內(nèi)徑、流量、流體粘度下的雷諾數(shù)

在示蹤相關(guān)流量測(cè)井中，求得體積流量是我們的最終目的，而體積流量只與平均流速有關(guān)，如何利用測(cè)試資料計(jì)算平均流速是關(guān)鍵。

因此在資料解釋過(guò)程中，要準(zhǔn)確根據(jù)實(shí)際測(cè)井曲線的形態(tài)特征，選取合適的讀值方法，最好是多種方法同時(shí)解釋，相互驗(yàn)證以提高測(cè)試資料的解釋精度；此外，還要考慮流態(tài)對(duì)流速的影響，通過(guò)注入液粘度，注入量等因素判斷流態(tài)，合理選擇速度系數(shù)，綜合多方面影響(如套變、結(jié)垢等)，以準(zhǔn)確分析測(cè)井資料[10]。

3 結(jié) 論

1)在示蹤相關(guān)流量測(cè)井施工前，應(yīng)準(zhǔn)確根據(jù)井況，判斷扶正工具使用及確定釋放器位置。

2)測(cè)點(diǎn)順序、示蹤劑釋放深度及等待時(shí)間都是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試施工中非常重要的參數(shù)，因此示蹤相關(guān)流量測(cè)井設(shè)計(jì)中必須有所體現(xiàn)。

3)如何根據(jù)示蹤峰的峰型特點(diǎn)選擇合適讀取方法，是提高解釋精度的最有效方法，最好是多種方法同時(shí)解釋，互相驗(yàn)證，以確定最優(yōu)值；同時(shí)，合理選擇速度系數(shù)，綜合考慮，以準(zhǔn)確分析測(cè)井資料。