超聲多普勒測井產(chǎn)氣量定量解釋研究及其在澀北氣田的應(yīng)用

雷 剛，魏順科，何 偉，周 峰，劉 偉，魯煥強(qiáng)，周 濤

(1.青海油田勘探開發(fā)研究院 甘肅 敦煌 736200； 2.青海油田測試公司 青海 茫崖 816499)

0 引 言

澀北氣田屬于中-強(qiáng)邊水驅(qū)氣藏，自1995年開發(fā)以來，歷經(jīng)“試采期-上產(chǎn)期-穩(wěn)產(chǎn)期”三個階段，目前處于穩(wěn)產(chǎn)期末，許多井氣水同產(chǎn)[1、2]。作為分析氣層動用狀況所需手段之一，產(chǎn)氣剖面測井技術(shù)為氣田動用狀況監(jiān)測和措施制定提供了依據(jù)，在氣田高效開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。澀北氣田傳統(tǒng)產(chǎn)氣剖面測井普遍用威盛七參數(shù)和Sondex八參數(shù)生產(chǎn)測井組合儀[3]，儀器主要以渦輪和密度傳感器測量氣流量，測量下限約5 000 m3/d，而澀北氣田目前低產(chǎn)井較多，傳統(tǒng)產(chǎn)氣剖面測井技術(shù)難以滿足需求[4-6]。

為了解決澀北氣田產(chǎn)氣剖面測井技術(shù)難題，青海油田測試公司在水為連續(xù)相的井筒中開展了超聲多普勒三相流測井儀[7-9](下簡稱三相流測井儀)先導(dǎo)性試驗(yàn)測井，同時對比開展了威盛七參數(shù)測井儀(下簡稱七參數(shù)測井儀)產(chǎn)氣剖面測井。對比分析這兩種測井資料顯示，三相流測井最下面一個層產(chǎn)量占比均較高，并且三相流測井?dāng)?shù)據(jù)與七參數(shù)測井?dāng)?shù)據(jù)對主產(chǎn)層的認(rèn)識不一致。

為解決上述先導(dǎo)性試驗(yàn)中暴露的問題，在青海油田測試公司三相流實(shí)驗(yàn)裝置中開展了三相流測井儀的氣水兩相流實(shí)驗(yàn)，得到了功率譜幅度隨氣量變化的響應(yīng)關(guān)系，并對先導(dǎo)性試驗(yàn)中的三相流測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了重新解釋，為澀北氣田開發(fā)提供了準(zhǔn)確可靠的分析依據(jù)。

1 研究思路、理論分析及實(shí)驗(yàn)條件

1.1 研究思路

根據(jù)三相流測井原理，制定了研究思路，如圖1所示。

圖1 研究思路

1.2 理論分析

1.2.1 井筒流型分析

目前澀北氣田產(chǎn)氣井普遍出水，以邊水為主，井筒內(nèi)積液井占比大于40%，單井產(chǎn)氣普遍小于0.5×104m3/d，達(dá)不到常規(guī)渦輪測井的啟動排量，且積液段在射孔層之上，測試密度達(dá)到0.95 g/cm3，持氣率在0.1附近，為典型的泡狀流，非常適合三相流測井儀在該類型的井筒里測試。

1.2.2 氣體體積壓縮系數(shù)的應(yīng)用

氣體體積壓縮系數(shù)理論公式為：

Bg=3.456×10-4TZ/P

(1)

式(1)中：Bg為氣體體積壓縮系數(shù)；T為氣藏平均溫度， ℃；Z為偏差因子；P為氣藏平均壓力，MPa。

引入公式：

Bg=V地下/V地面

(2)

式(2)中：V地下為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中標(biāo)準(zhǔn)氣量；V地面為地面標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20 ℃，0.101 MPa)下單位體積天然氣在地層條件下的體積。

代入澀北氣田的的偏差因子、氣藏平均溫度、氣藏平均壓力于公式(1)后計算得出Bg=0.002 298。

再將計算出的Bg代入公式(2)得：

V地面=435.2×V地下

(3)

本實(shí)驗(yàn)的目的是通過將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的模擬氣量表征成井下氣量，利用計算出的氣體體積壓縮系數(shù)將模擬氣量折算成氣井實(shí)際產(chǎn)氣量。

1.3 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)在三相流實(shí)驗(yàn)室油氣水三相流模擬井中進(jìn)行。分別在5.5 in(1 in =25.4 mm)和7 in透明有機(jī)玻璃井筒中開展氣水兩相實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為自來水和壓縮空氣。實(shí)驗(yàn)儀器為超聲多普勒三相流測井儀，自上而下依次為加重、電動扶正器、三相流測井儀。在水靜止?fàn)顟B(tài)下,氣相流量設(shè)計點(diǎn)為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 L/min(步長為1 L/min，1 L/min = 1.44 m3/d )，15、20、25、30 L/min(步長為5 L/min)，依據(jù)實(shí)際配比共錄取兩相流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共60組。

2 實(shí)驗(yàn)依據(jù)及數(shù)據(jù)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)分析

2.1.1 井筒流型分析

在5.5 in套管里水靜止?fàn)顟B(tài)下，氣量小于28.8 m3/d時，為明顯的泡狀流，當(dāng)氣量增大到43.2 m3/d時，出現(xiàn)少量彈狀流，即泡狀流向段塞流過渡；7 in套管里氣量小于21.6 m3/d時，為明顯的泡狀流，當(dāng)氣量增大到32.4 m3/d時，出現(xiàn)少量彈狀流。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

在5.5 in套管中，將氣量從0增至1 L/min時(增幅度為1 L/min)對儀器錄取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，三相流測井儀功率譜幅度變化量較大，幅度0～600 μV·Hz-2；在1～10 L/min時，增幅為1 L/min，功率譜幅度變化在600～1 000 μV·Hz-2之間；在10～20 L/min時，每隔5 L/min為一個增幅，當(dāng)氣量≥15 L/min后，形成連續(xù)、穩(wěn)定霧狀流，功率譜幅度穩(wěn)定在8 000 μV·Hz-2左右，幅度不再隨氣量的增加而變化。

在7 in套管中，氣量從0增大1 L/min時，功率譜幅度變化量也較大，功率譜幅度在0～400 μV·Hz-2；在1～10 L/min時，每隔1 L/min，功率譜幅度變化在500～700 μV·Hz-2；在10～25 L/min時，每隔5 L，功率譜幅度增長率為400 μV·Hz-2/間隔；當(dāng)氣量≥25 L/min后，形成連續(xù)、穩(wěn)定霧狀流，功率譜幅度不再變化，穩(wěn)定為一個固定值，該值根據(jù)儀器頻率調(diào)節(jié)器反饋值不同而變化。

通過數(shù)據(jù)分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1)當(dāng)氣量≤2 L/min時，功率譜幅度與產(chǎn)氣量明顯為非線性關(guān)系。

2)氣量2～20 L/min時，井筒流型為泡狀流，功率譜幅度與產(chǎn)氣量基本為線性關(guān)系。

3)氣量20～30 L/min時，7 in套管效果明顯好于5.5 in套管，相同氣量時，流型不同。

同時，這也解釋了三相流測井資料在最下一個層產(chǎn)量高且主產(chǎn)層認(rèn)識偏差的問題：早期解釋軟件是按照線性關(guān)系對測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行解釋的，而實(shí)際情況是，只有當(dāng)功率譜幅度達(dá)到一定值后，才與流量呈近似線性關(guān)系。

2.2 解釋圖版的制作

依照采集到的數(shù)據(jù)制作了5.5 in套管和7 in套管的氣量與功率譜幅度的圖版，如圖2和圖3所示。

圖2 5.5 in套管內(nèi)氣量與功率譜幅度關(guān)系圖版

圖3 7 in套管內(nèi)氣量與功率譜幅度關(guān)系圖版

2.3 氣體流量對應(yīng)關(guān)系

氣體流量計計量單位為 L/min，根據(jù)計算出的體積壓縮系數(shù)，實(shí)驗(yàn)確定1～20 m3/d的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足先導(dǎo)性試驗(yàn)井測井需求。根據(jù)公式(3)，其對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 氣體流量對應(yīng)關(guān)系

3 應(yīng)用實(shí)例

結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)解釋圖版，折算氣井產(chǎn)氣量，進(jìn)行測井資料解釋，提高測井?dāng)?shù)據(jù)的解釋精度。

3.1 在高產(chǎn)氣井中的應(yīng)用

臺x井是一口高產(chǎn)井，管柱尺寸為7 in，產(chǎn)氣量高達(dá)30 000 m3/d，是一口穩(wěn)產(chǎn)井，圖版與實(shí)測數(shù)據(jù)如圖4所示。使用原有三相流測井解釋軟件的解釋成果與七參數(shù)測井解釋成果在次產(chǎn)層上不一致：圖4(b)中威盛七參數(shù)解釋成果認(rèn)為第1和第2層為次產(chǎn)層，而三相流原始解釋成果認(rèn)為第4和第5為次產(chǎn)層。應(yīng)用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)建立的圖版對三相流測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了二次解釋。根據(jù)實(shí)測功率譜幅度，對照實(shí)驗(yàn)標(biāo)定圖版(圖4 a)，計算1～6號小層上下測點(diǎn)處的合層氣量為56、 46、36、4、0.2、0 m3。三相流測井二次解釋成果顯示，1、2、3、4號小層為產(chǎn)氣層，各層產(chǎn)氣占比分別為17.86%、17.86%、57.14%、6.79%、0.36%、0，其中3號小層為主產(chǎn)氣層，1、2號小層為次產(chǎn)氣層，與威盛生產(chǎn)測井組合儀測井解釋結(jié)果一致。

圖4 圖版與實(shí)測數(shù)據(jù)對應(yīng)圖

3.2 在低產(chǎn)井中應(yīng)用

澀X井射孔井段662.1～681.2 m，產(chǎn)水0 m3/d，產(chǎn)氣3 458 m3/d 。2020年6月22日進(jìn)行了七參數(shù)測井,6月20日進(jìn)行了三相流測井。七參數(shù)測井第4個層溫度響應(yīng)明顯，密度曲線顯示射孔層在液面之下。三相流功率譜曲線如圖5所示。從圖5可以看出，各測點(diǎn)中心頻率未發(fā)生偏移(單相氣)，從下往上第1、第2、第3、第4、第5個測點(diǎn)的幅度值依次增大，且4與5、1與2之間的幅度差較大，說明對應(yīng)的層位均有氣產(chǎn)出，第1、4小層產(chǎn)出多。最后一個層產(chǎn)量占比均較高，與七參數(shù)測井結(jié)果有分歧，測井?dāng)?shù)據(jù)對比見表2。

圖5 澀X井功率圖

表2 澀X測井?dāng)?shù)據(jù)對比表

利用自制圖版，對測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行重新解釋，圖版與實(shí)測數(shù)據(jù)如圖6所示。圖6(a)中，對應(yīng)5.5、2.0、1.5、1.0 L/min，產(chǎn)氣占比分別為63.3%、 9.1%、 9.1%、 18.2%，三相流測井?dāng)?shù)據(jù)與威盛七參數(shù)測井解釋結(jié)果主產(chǎn)層一致。

圖6 圖版與實(shí)測數(shù)據(jù)對應(yīng)圖

利用式(3)可計算出第三個點(diǎn)單層產(chǎn)量626.7 m3/d，同時也可計算出總產(chǎn)氣量為3 446.5 m3/d，與該井實(shí)際產(chǎn)氣總量一致。通過實(shí)際數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定圖版的實(shí)用性。

截至目前，在澀北氣田采用三相流測井儀已測井7口，其中1口為9 in套管井，未開展室內(nèi)試驗(yàn)，其余6口井開展自制圖版與原始解釋對比，取得以下兩點(diǎn)認(rèn)識：

1)自制圖版與威盛七參數(shù)解釋結(jié)果一致性更好，解釋精度更高。

2)首次實(shí)現(xiàn)了單層及井口定量解釋，結(jié)果顯示6口井中4口與采氣廠數(shù)據(jù)基本一致，符合率達(dá)到66.7%。隨著規(guī)?；茝V，持續(xù)開展參數(shù)優(yōu)化，計算數(shù)據(jù)將更加準(zhǔn)確。

4 結(jié) 論

通過對氣體體積壓縮系數(shù)的研究，結(jié)合在多相流實(shí)驗(yàn)裝置上刻度，取得了以下兩項成果：

1)建立了超聲多普勒三相流測井儀測量功率譜幅度與氣量的關(guān)系。

2)實(shí)現(xiàn)了氣藏分層產(chǎn)氣量的定量計算。

三相流測井解釋結(jié)果有助于直觀判斷氣藏的生產(chǎn)能力，能夠?yàn)闅獠亻_發(fā)提供準(zhǔn)確可靠的分析依據(jù)。