NST噪聲測井在塔里木油田的應(yīng)用

宋秋菊,李國紅,劉闖,馬世彪,劉晨峰,陳開意

(中國石油集團(tuán)測井有限公司塔里木分公司,新疆庫爾勒841000)

0 引 言

噪聲測井是在井內(nèi)測定自然噪聲的一種方法。當(dāng)井內(nèi)液體或氣體運(yùn)動時(shí),由于摩擦作用可以產(chǎn)生具有特征頻譜的聲音。因此,根據(jù)噪聲測井可以在裸眼井中劃分出產(chǎn)氣層位、流體吸收層位,在套管井可以檢測管外流體竄槽位置、流體類型,以及管內(nèi)流量和射孔眼的流量等。

在油、氣井的生產(chǎn)過程中,由于地層壓差,往往造成井漏、竄槽、倒灌、出沙等工程問題。這些問題在安全上和經(jīng)濟(jì)上都給工程人員帶來潛在的麻煩。由于井下油、氣、水泄漏而產(chǎn)生出的噪聲頻譜分布各自集中在一定頻率區(qū)域,為了找出并糾正這些泄漏,需要一種能檢測由于泄漏而產(chǎn)生的噪聲的裝置,根據(jù)所測量的井下噪聲頻譜分布而定性判斷流體的性質(zhì)并對泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位。目前,塔里木油田使用測試單一方法已經(jīng)不能滿足需求,NST噪聲作為配套的測試系列已經(jīng)投入應(yīng)用,與相應(yīng)的測井方法結(jié)合能更可靠地反映井下情況。

1 NST噪聲測量原理

井內(nèi)流體通過阻流位置時(shí)將產(chǎn)生壓力降,流體的動能在阻流部位轉(zhuǎn)換成熱能和聲能,因此,在阻流位置附近可探測到聲音。這種聲音稱為井內(nèi)噪聲,噪聲強(qiáng)度的大小隨著流體流速變化而變化,通常,流度變化可以發(fā)生在流體產(chǎn)出口、泄漏口、注水位置、竄槽或套管縮徑等處。通過對井內(nèi)這種非人工激發(fā)的、由流體流動而產(chǎn)生的自然聲場的測量,研究其頻率和幅度特征,同時(shí)結(jié)合井筒管柱、射孔位置等相關(guān)信息,可以確定地質(zhì)參數(shù)和井筒的工程狀況。通過對流體在管外水泥環(huán)孔道或地層流動時(shí)產(chǎn)生的噪聲幅度和頻率譜的測量判斷流體的類型和位置;并根據(jù)噪聲頻率對地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定判斷;結(jié)合井溫、流量等儀器大大提高了找漏、找竄測井的精度和成功率。

1.1 井內(nèi)噪聲的分類

(1)井筒垂直流產(chǎn)生的噪聲。這種類型的噪聲是由管/套管的振動引起的井筒流量產(chǎn)生的,并且通常占用低于1 kHz的頻率范圍。動蕩的井筒流動也產(chǎn)生低頻率的噪音。如果井眼壓力低于泡點(diǎn)的飽和氣體開始釋放,產(chǎn)生5 kHz頻率的聲音并逐漸降低至1 kHz。

(2)完井工具產(chǎn)生的噪聲。這種類型的噪聲是由完井部件引起的噪聲,包括流體經(jīng)過射孔、配水器、封隔器、套管鞋、氣心軸、喇叭口、和套管破損等產(chǎn)生的噪聲。這些原因產(chǎn)生的噪聲通常1～3 kHz,直接完井噪聲可以在豎直的井筒中作為了一個獨(dú)立的高音量而被定位。而在實(shí)際中,由于流體發(fā)出的井筒噪聲與其頻率接近,所以往往無法明確的定位。有時(shí)完井工具產(chǎn)生異常的高頻噪聲,比如一個破損的孔道或封隔器/套管漏,在頻譜上的顯示會非常明顯。同時(shí),也會影響儲層測量數(shù)據(jù)。

(3)套管漏失、管外竄槽產(chǎn)生的噪聲。指發(fā)生在套管外裂縫水泥或裂縫油藏的流動。管外竄有明顯的界限(頂部和底部),并在頻譜上以一條獨(dú)立的窄條進(jìn)行顯示。管外竄噪聲的音高變化可以判斷通道孔的規(guī)模和結(jié)構(gòu)的改變。當(dāng)通過大孔道時(shí)(如沒有水泥),噪聲頻譜從高頻轉(zhuǎn)成低頻,就會掩蓋井眼噪聲。

(4)儲層流體流動產(chǎn)生的噪聲。儲層流體噪聲是由顆粒、孔喉和裂縫儲層流體流動產(chǎn)生。它有明顯的垂直邊界(頂部和底部),但沒有軸向定向。儲層裂縫流體通常頻率為3～5 kHz,但大的裂縫和孔道可能產(chǎn)生1 kHz以下的噪聲從而和完井噪聲混雜。一些儲層的噪聲頻譜顯示出2個相鄰裂縫存在不同頻率的值。常規(guī)渦流會產(chǎn)生10～15 kHz的噪聲,但這個頻率范圍也有可能更大。在致密地層產(chǎn)生超聲波的噪聲范圍>20 kHz。在特別致密的地層,只有小于1 mD(1)非法定計(jì)量單位,1 mD=0.987×10-3 μm2,下同的滲透性,氣體可以通過這些巖石滲透,同時(shí)產(chǎn)生一個寬頻率范圍的噪聲(包括上述的30 kHz)。與井筒流動噪聲不同,儲層流動噪聲具有低音量和高音調(diào),大多是人耳聽不到的,這為噪聲譜測井提供了方法。

1.2 NST噪聲測試技術(shù)的施工工藝

NST儀器不需接扶正器,因?yàn)榉稣髋c井壁的摩擦?xí)矸浅?qiáng)的噪聲干擾,從而影響測量結(jié)果。若加扶正器,噪聲儀器的最好距離扶正器遠(yuǎn)一些,因?yàn)榉稣髟跐L動過程中會產(chǎn)生聲音,干擾噪聲測井。NST噪聲測試技術(shù)的施工工藝如下。

NST噪聲測量時(shí)可以連續(xù)測量,也可進(jìn)行點(diǎn)測。測試時(shí)一般采用連續(xù)測量+點(diǎn)測進(jìn)行。連續(xù)測量用于校深、溫度、壓力的測量以及噪聲的粗略測量;點(diǎn)測用于噪聲信號的詳細(xì)測量。稟持“粗連續(xù)、細(xì)點(diǎn)測”原則,根據(jù)所測井的具體情況、溫度、流量以及噪聲連續(xù)測量的異常段,先確定待測點(diǎn),把儀器下到待測點(diǎn)后,停頓數(shù)十秒,待儀器及電纜完全靜止后,進(jìn)行噪聲的點(diǎn)測。

連續(xù)測量測速不得高于300 m/h,否則可能導(dǎo)致電纜及儀器串強(qiáng)烈振動而帶來過高的噪聲,影響測量結(jié)果。點(diǎn)測間隔一般以1 m為宜,可根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)節(jié)。

連續(xù)下測。根據(jù)需要測量的井段進(jìn)行連續(xù)下測,連續(xù)測速為600 m/h,然后根據(jù)所測的連續(xù)數(shù)據(jù)找到井溫等曲線的異常點(diǎn)和井結(jié)構(gòu)的特殊點(diǎn)確定點(diǎn)測位置。

點(diǎn)測。在所選點(diǎn)測位置上下10 m都需要進(jìn)行測量,每個點(diǎn)測位置測量20 s,一般點(diǎn)測間隔為2 m。如果連續(xù)測量沒有發(fā)現(xiàn)異常位置,井結(jié)構(gòu)也沒有特殊點(diǎn),沒有懷疑漏失的位置等情況,那么就需要對全井段進(jìn)行點(diǎn)測,這時(shí)點(diǎn)測間隔可以為5 m。點(diǎn)測文件需要有產(chǎn)層的點(diǎn)測,也需要有靜態(tài)位置的點(diǎn)測作為參考。

1.3 NST噪聲測井解釋方法

噪聲解釋時(shí)必須要有井況信息,包含套管、管柱、射孔等信息,然后依據(jù)噪聲解釋模型進(jìn)行綜合分析解釋。NST噪聲儀器的接收頻率為100 Hz～12.8 kHz,2 kHz以內(nèi)的噪聲信號為通道產(chǎn)生的噪聲(一般為管內(nèi)大空間流動產(chǎn)生),2～6 kHz的噪聲信號為縫隙噪聲(管外地層裂縫、竄槽等產(chǎn)生),6 kHz以上的噪聲信號為地層內(nèi)噪聲(儲層流動產(chǎn)生)。

井漏、竄槽、倒灌、出沙點(diǎn)會產(chǎn)生井下噪聲,不同性質(zhì)的井下泄漏(出水、出沙、出氣等)產(chǎn)生出的噪聲頻譜分布有各自的頻率區(qū)域,通過噪聲儀器分析井下噪聲頻譜,定性判斷流體的性質(zhì)并對泄露點(diǎn)進(jìn)行定位,結(jié)合井溫、流量等資料綜合分析,可提高找漏、找竄測井的精度和成功率。一般情況下,井內(nèi)產(chǎn)氣的噪聲相對產(chǎn)水和產(chǎn)油的噪聲頻率要高,其噪聲幅度也大,因此,產(chǎn)氣與產(chǎn)水、產(chǎn)氣與產(chǎn)油比較好區(qū)分,而產(chǎn)油與產(chǎn)水的噪聲頻譜范圍相鄰;幅度相當(dāng),不太好區(qū)分。對于流體流量,在同樣的壓力下,流量與產(chǎn)生的噪聲幅度成正比。

圖1 ×井的產(chǎn)出剖面和NST噪聲測井解釋成果對比圖

2 NST噪聲測試技術(shù)應(yīng)用

2.1 判斷井產(chǎn)出情況

×井是輪古油田1口碳酸鹽巖產(chǎn)出井,產(chǎn)出剖面測井時(shí)出現(xiàn)渦輪流量交疊現(xiàn)象,無法準(zhǔn)確解釋,影響測試解釋精度。該井為斜井,測量井段最大斜度為47.82°,井筒中流型復(fù)雜,井內(nèi)出現(xiàn)回流,油氣向上流動,水相沿井壁向下流動,無法準(zhǔn)確判斷產(chǎn)出位置及產(chǎn)量。因此,增加噪聲測量,很好地反映出各產(chǎn)層的產(chǎn)出情況。根據(jù)噪聲幅度及成像圖可以看出,主要產(chǎn)出層為5 270～5 277.5 m井段,次要產(chǎn)出層為5 257.0～5 266.0 m井段,5 283.0～5 289.0 m井段為第3產(chǎn)出段(見圖1)。圖1中,紅色表示最高的噪音,然后隨著噪聲的減小逐漸降為黃色、綠色、藍(lán)色(低音)和紫羅蘭色,白色表示儀器響應(yīng)閾值之外的噪聲(無噪音)。

2.2 尋找管外竄槽

輪南×井是塔里木輪南油田的1口采油井,射開1個層,自噴生產(chǎn),含水21%,為了解井下產(chǎn)層的生產(chǎn)情況及是否有竄槽、管漏,為下一步措施收集資料進(jìn)行生產(chǎn)測試。因此,測量項(xiàng)目定為七參數(shù)產(chǎn)出剖面測井同時(shí)又加測了NST噪聲,進(jìn)行綜合分析判斷。七參數(shù)測試結(jié)果顯示4 799～4 802 m射孔段出液,但射孔層以下井溫曲線有異常顯示。噪聲資料顯示4 799～4 802 m射孔段噪聲明顯,射孔段以下到4 815 m也都有較弱的噪聲。綜合分析說明4 799～4 802 m射孔段與下部23+24+25層管外竄槽,下部水層的水上竄通過射孔層產(chǎn)出,該井解釋結(jié)論與地質(zhì)分析吻合很好(見圖2)。

圖2 輪南×井的產(chǎn)出剖面和NST噪聲測井解釋成果對比圖

2.3 尋找套管破損

熱普×井是塔里木哈拉哈塘油田的1口開發(fā)井,該井氣舉生產(chǎn),產(chǎn)水280 m3/d,含水100%,懷疑有竄槽和套損,因此,進(jìn)行生產(chǎn)測井。根據(jù)該井生產(chǎn)情況和管柱結(jié)構(gòu),測試主要采用能譜水流+噪聲測井方法進(jìn)行全井段檢查,找到套損位置,為下一步措施收集資料。測試時(shí)由于產(chǎn)水很不穩(wěn)定,導(dǎo)致能譜水流測井無法準(zhǔn)確判斷出水位置。測試井溫在4 249～4 254 m處出現(xiàn)異常變化,噪聲測量顯示有明顯噪聲,綜合分析后認(rèn)為,該處套管破損,流體由下部管外竄槽至該位置產(chǎn)出。該井封竄封堵后初期產(chǎn)油95.87 m3/d,含水9.56%,后穩(wěn)產(chǎn)56.61 m3/d,含水23.5%,收到了很好的地質(zhì)應(yīng)用效果(見圖3)。

圖3 熱普×井的井溫壓力和NST噪聲測井解釋成果對比圖

3 結(jié) 論

(1)NST噪聲測井可單獨(dú)使用解決地質(zhì)問題,也可與其他項(xiàng)目組合配套進(jìn)行測井有著互補(bǔ)的作用,使測試資料更全面、更真實(shí)反映出井下竄槽、管子破損、射孔段產(chǎn)出等的情況。

(2)NST噪聲測井完善了資料的綜合錄取和綜合分析評價(jià),結(jié)合使用使測井資料更加完整。經(jīng)過在塔里木油田的實(shí)際應(yīng)用,效果非常明顯,解釋結(jié)果更加真實(shí)可信,提高了解釋符合率。