連續(xù)相關流量測井技術(shù)在低滲透油田的應用

張金海,賈建濤,桂鵬飛,周錦鐘,李震,李棟

(1.中國石油集團測井有限公司生產(chǎn)測井中心,陜西西安710200;2.中國石油技術(shù)開發(fā)有限公司,北京100028;3.中國石油青海油田勘探開發(fā)研究院,甘肅敦煌736202;4.中國石油集團測井有限公司測井應用研究院,陜西西安710077)

0 引 言

注入剖面測井在油田開發(fā)后期起著至關重要的作用,部分油井過早見水并快速水淹等問題越發(fā)嚴重,調(diào)剖調(diào)驅(qū)技術(shù)作為重要的穩(wěn)油控水技術(shù)被廣泛應用[1]。劉曉磊等[2]針對低液量井油水兩相流量測量提出了相關流量的相關研究,謝榮華等[3]介紹了相關流量在國內(nèi)外的技術(shù)進展情況,朱波等[4]針對注入剖面測井技術(shù)優(yōu)選方法提出了技術(shù)選取原則,韓春苓等[5]在注入剖面測井中結(jié)合示蹤流量測井提高測井解釋成果質(zhì)量,裴陽等[6]、張秋平等[7]對相關流量測井方法和工藝問題都做了相關研究。

圖2 相關流量測井儀器結(jié)構(gòu)示意圖

目前常用的注入剖面測試方法有3種:同位素測井、氧活化測井和相關流量測井。放射性同位素測井將放射性同位素以一定的方式吸附或結(jié)合于固相載體的物質(zhì)上,形成放射性同位素示蹤劑[8],再與水配置成一定濃度的活化懸浮液注入井內(nèi),當載體顆粒直徑大于地層孔隙時,載體就濾積在井壁上;井壁上附著的載體帶有放射性同位素,測井儀探測器通過檢測這些同位素釋放的信號,以某種差值的形式反映給地面系統(tǒng),這種差值的大小反映了地層的吸水能力。但該方法受井眼環(huán)境因素影響大,在克服大孔道、深穿透射孔、沾污、竄槽、漏失、流體物性的影響等環(huán)境下,無法進行有效測量和準確解釋[9]。氧活化測井主要通過井下中子發(fā)生器產(chǎn)生14 MeV的高能中子活化水中的氧,被活化后的氧原子處于不穩(wěn)定狀態(tài),在短時間內(nèi)發(fā)生非彈性散射,釋放出具有強穿透能力的高能快中子和伽馬射線,可穿過油管、套管甚至水泥環(huán),從而測得井筒內(nèi)或套管外水流動的氧活化伽馬信號,通過解析測得的伽馬時間譜計算相應的水流速度,并在已知流動截面面積時進一步算出水流量[10]。該技術(shù)不失為一種可選的測試方法,但其成本昂貴及應用相對較少[11]。

針對以上情況,本文通過對某低滲透油田注入剖面數(shù)據(jù)的分析整理,對相關流量測井做了適應性分析和研究。

1 測量原理與儀器介紹

1.1 測量原理

連續(xù)相關流量吸水剖面測井的原理是同位素示蹤劑由井口注水管道加入或由井下釋放器釋放,與水混合成懸浮液,由后續(xù)注入水推向油套環(huán)形空間,同時示蹤劑發(fā)生放射性衰變,當放射性示蹤劑靠近探測器時,探測器會產(chǎn)生相應的輸出信號。通過探測器接收的信號處理,將流體的流動速度測量轉(zhuǎn)化為間距內(nèi)時間間隔測量,從而計算出井筒內(nèi)流體的速度,根據(jù)井筒的橫截面積,即可計算出流體流量[見式(1)]。相關流量測井原理示意圖見圖1。

Q=Pcva

(1)

(2)

式中,Q為流體流量,m3/d;Pc為管子常數(shù),(m3·d-1)/(m·min-1);va為流體速度,m/s;Δh為連續(xù)2次追蹤到的示蹤峰距離,m;Δt為連續(xù)2次追蹤到的峰值經(jīng)過時間,s;n為Δh和Δt的取值次數(shù)。

圖1 相關流量測井原理示意圖

1.2 儀器介紹

連續(xù)相關流量測井儀器結(jié)構(gòu)見圖2。主要包括:①井溫+壓力+磁定位短節(jié)三參數(shù);②流量計+釋放器(流量計一般有渦輪流量、超聲流量、電磁流量)等組成部分。

該儀器外徑38 mm,長度2.15 m,耐溫區(qū)間在-40 ℃～150 ℃,耐壓值為80 MPa,釋放器容量為50 mL,噴射器行程為155 mm,測量范圍為0.30～600 m3/d,測量誤差±2%。

2 解釋方法

2.1 加權(quán)平均法

加權(quán)就是考慮到不同因子在總體中的權(quán)重,利用過去若干個按時間順序排列起來的同一變量的離散觀測值并以時間順序數(shù)為權(quán)數(shù),計算出觀測值的加權(quán)算術(shù)平均數(shù),以這一數(shù)值作為預測未來期間該變量預測值的一種趨勢預測法。相關流量測井儀的伽馬探測器探測到的是一系列離散的計數(shù)率時間譜數(shù)據(jù),在這些離散的計數(shù)率里,把時間權(quán)值考慮進去,以及伽馬光子的統(tǒng)計漲落與矩形中子脈沖發(fā)射產(chǎn)生的時間延遲影響,渡越時間可由式(3)求得

(3)

式中,tm為計數(shù)時間道址,即目標時間,s;f(t)為時間區(qū)間內(nèi)總時間t的加權(quán)平均函數(shù);tb為活躍時間,s。

加權(quán)平均法在離散觀測值不對稱情況下,計算結(jié)果會發(fā)生偏移;離散觀測值對稱時,計算結(jié)果較為準確,因此,該算法對模型觀測值要求較高[12]。

2.2 曲線擬合法

單純的加權(quán)平均法在非對稱觀測值下已不能滿足計算精度的需求,提高非對稱觀測值解釋精度而提出的曲線擬合法已經(jīng)逐漸被人們所接受,該方法經(jīng)常需要根據(jù)觀測數(shù)據(jù)尋求2個物理量之間的近似解析關系式或曲線方程。

相關流量譜峰是基于該統(tǒng)計的基礎之上,剔除伽馬射線計數(shù)存在統(tǒng)計漲落引起誤差而產(chǎn)生的異常值,在時間譜上計數(shù)最大的位置附近選取一時間區(qū)間。利用非線性最小二乘法對伽馬射線計數(shù)數(shù)據(jù)進行處理,重新擬合并校正出新的近似解析關系式或曲線方程函數(shù)代表譜峰數(shù)據(jù),達到尋找峰位、峰寬、不對稱因子等參數(shù)的目的。

本文在加權(quán)及擬合法的基礎上,對渡越時間模型進行了優(yōu)化,提出了tb的特殊處理方法。根據(jù)伽馬計數(shù)數(shù)據(jù)變化的接收時間不同,每個計數(shù)信號數(shù)據(jù)的計數(shù)點會呈現(xiàn)在不同的階段:當計數(shù)信號時間為1 s時,譜數(shù)據(jù)的計數(shù)高點值分布在第1～28個計數(shù)率點之間;當計數(shù)信號時間為2 s時,譜數(shù)據(jù)的計數(shù)高點值分布在第2～56個計數(shù)率點之間,以此類推,得出計數(shù)信號接收時間與之對應的計數(shù)率高點降落值比值接近1∶28。依據(jù)該規(guī)律,找出在不同信號接收時間下的譜數(shù)據(jù)的計數(shù)高點值分布區(qū)間,通過區(qū)間來確定渡越時間tb。

Yh=28ti

(4)

(5)

式中,ti為對應的計數(shù)信號接收時間,s;Yh為計數(shù)率高點降落值;yi為目標區(qū)域內(nèi)離散型隨機計數(shù)率函數(shù);tb為渡越時間,s。

改進后的擬合法在渡越時間的確定上更簡單,在低流量狀態(tài)下譜峰計數(shù)率的高點值更容易獲取,結(jié)合實測資料,計算出的流量都非常接近于現(xiàn)場提供的注水數(shù)據(jù)。

3 應用實例

3.1 與同位素吸水剖面對比

×井是一口分層配注井,注量為10 m3/d,井組內(nèi)采油井含水率大都處于高含水狀態(tài),其測試目的是了解目的層剖面精細吸水狀況,提高油井采收率。該井共有2個封隔器(封隔器1位于2 067.72 m,封隔器2位于117.4 m),2個配水器(配水器1位于2 088.0 m,配水器2位于2 137.28 m),2個射孔段(射孔段1位于2 114.0～2 118.0 m,射孔段2位于2 141.0～2 149.0 m)(見圖3)。

該井在2016年6月測試同位素吸水剖面[見圖3(a)],2017年3月測試相關流量吸水剖面[見圖3(b)]。對比圖4可知,射孔段層二均不吸水,同位素測井解釋主要上部射孔段2段均勻吸水,相關流量測井解釋在上部射孔段細分為4段吸入層,其中第2段吸入層的吸水量為3.27 m3/d(見圖4),注入強度為4.67 m3/d/m,相比其他3段較高,懷疑該段存在裂縫或優(yōu)勢通道?！辆凰販y井解釋成果表和連續(xù)相關流量測井解釋成果表分別見表1、表2。

表1 ×井同位素測井解釋成果表(2016年6月)

表2 ×井連續(xù)相關流量測井解釋成果表(2017年3月)

圖3 ×井同位素測井與相關流量測井解釋成果對比圖

圖4 ×井相關流量譜峰追蹤解釋圖(2017年3月)

圖5 ×井相關流量測井解釋成果圖(2017年7月)

根據(jù)該井2017年3月相關流量測試結(jié)果,對上部射孔層吸水強度較強段(2 116～2 117 m井段)進行工藝封堵,措施后于2017年7月再次進行相關流量測試。該井相關流量測井解釋成果圖見圖5。

從圖5可看出,措施后的上部射孔層第3段吸入層(2 116～2 117 m井段)吸水量已經(jīng)下降,井組內(nèi)對應層位的采油井生產(chǎn)效果如×井井組開采現(xiàn)狀圖(見圖6)。圖6中注水井×井井組內(nèi)各采油井(×1井～×8井)下半圓表示2017年上半年開采狀況,上半圓表示2017年下半年開采狀況,分別標有對應的日產(chǎn)油和含水數(shù)據(jù),以及生產(chǎn)層位。可看出,主線上的×3、×6井效果最明顯,井組內(nèi)對應層位的采油井含水率都有下降,措施效果較好。

3.2 低滲透油田低流量精細化統(tǒng)計分析

圖6 ×井井組開采現(xiàn)狀圖

圖7 某油區(qū)水井注入量與測井系列展布直方圖

圖8 某油區(qū)水井小層解釋厚度與測井系列展布直方圖

根據(jù)近年來某油田相關流量、同位素、氧活化測井的應用情況,收集了近5年內(nèi)的測試數(shù)據(jù),統(tǒng)計該油田某區(qū)塊水井開井數(shù)2 002口,注水剖面中有12 334個解釋層位,根據(jù)測井系列的應用分布,繪制統(tǒng)計直方圖(見圖7、圖8)。連續(xù)相關流量測井在注入量為0～30 m3/d情況下應用較廣,同位素吸水剖面測井在日注入量為30～50 m3/d情況下應用較廣,氧活化測井在注入量大于50 m3/d情況下應用較廣;相比其他注入剖面測井系列,解釋層在厚度為0.3 m左右等薄層時相關流量測井應用較廣,能較好反映地層注水的真實情況,實現(xiàn)地層剖面的精細化解釋。

4 結(jié) 論

(1)優(yōu)化后的渡越時間模型,在低流量狀態(tài)下譜峰計數(shù)率的高點值更容易獲取,計算出的流量更準確。

(2)與同位素吸水剖面相比,相關流量測井能實現(xiàn)地層剖面精細化解釋,有效判斷裂縫或優(yōu)勢通道,指導調(diào)剖等工藝措施,提高油井采收率,完善注采系統(tǒng)。

(3)連續(xù)相關流量測井在注入量為0～30 m3/d情況下應用較廣,同位素吸水剖面測井在注入量為30～50 m3/d情況下應用較廣,氧活化測井在注入量大于50 m3/d情況下應用較廣。