油田測(cè)井中同位素示蹤技術(shù)的應(yīng)用

龐 楊,宋玉收,許 峰,吳 珂

(1.哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,哈爾濱 150006; 2.黑龍江省原子能研究院,哈爾濱 150006)

近年來(lái),我國(guó)各地油田不斷開(kāi)發(fā),但部分油田存在明顯的層間矛盾、層內(nèi)矛盾等問(wèn)題,大孔隙通道地層和低滲透地層正朝著兩極方向發(fā)展,這些因素導(dǎo)致油田開(kāi)發(fā)日益復(fù)雜,傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)技術(shù)難以滿足實(shí)際需要。為了解決這些問(wèn)題,同位素示蹤技術(shù)的應(yīng)用和優(yōu)化已成為研究熱點(diǎn),需進(jìn)一步探索。

1 項(xiàng)目概況

某油田位于我國(guó)東北部,開(kāi)采始于20世紀(jì)50年代,大部分主力油層接近采空,存在注水問(wèn)題,這給后續(xù)開(kāi)采帶來(lái)了很大的困難。為了勘探更多的油層,需采用注氮常規(guī)剖面測(cè)井技術(shù),獲得深部油田動(dòng)態(tài)變化的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),但該技術(shù)的理論效果不佳,實(shí)際效果預(yù)計(jì)甚至更低。鑒于這種情況,經(jīng)研究討論,決定采用同位素示蹤法開(kāi)展油田測(cè)井。

2 同位素示蹤技術(shù)的應(yīng)用

2.1 同位素示蹤劑的選擇與優(yōu)化

在該油田以往的測(cè)井中,通常使用密度為0.2～0.5 g/cm3的氮?dú)庾鳛闅庠?臨界密度為0.3109 g/cm3?？梢钥闯?其他油田廣泛使用的固體同位素示蹤劑密度明顯過(guò)高,受重力影響明顯,不適合該油田。相反,有必要優(yōu)先考慮可由高壓氮?dú)鈹y帶的放射性同位素示蹤劑?？紤]到該油田的實(shí)際情況,選擇同位素示蹤劑的原則如下:半衰期適中,同位素及其載體的密度合理,密度分散度小于5%,避免明顯的漂浮或下沉;同位素載體應(yīng)具有足夠的表面活性,不應(yīng)影響井筒、相關(guān)裝置和儀器,粒徑略大于地層孔徑,以確保其能夠在射孔附近過(guò)濾和積累,不會(huì)下沉太快,具有不低于40 MPa的耐壓性和不低于120 ℃的耐溫性,以確保在高溫高壓下不會(huì)解吸。

經(jīng)研究、測(cè)試和分析,開(kāi)發(fā)出適合該油田的特殊同位素示蹤劑,基本參數(shù)如表1所示。

表1 特殊同位素示蹤劑的基本參數(shù)

在確定上述參數(shù)后,優(yōu)化了示蹤劑強(qiáng)度,以確保其能夠滿足生產(chǎn)井檢測(cè)和連續(xù)施工的要求。根據(jù)以下公式計(jì)算示蹤劑強(qiáng)度的典型系數(shù):

Z=X×Y/100

式中,X表示實(shí)際示蹤劑注入量,單位為m3/h;Y是測(cè)量間隔的深度,單位為m,衰變常數(shù)Z,根據(jù)系數(shù)Z的大小,使用表2中的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定具有適當(dāng)強(qiáng)度的示蹤劑。

表2 示蹤劑強(qiáng)度與衰變常數(shù)Z之間的關(guān)系

根據(jù)同位素示蹤劑的基本形狀,使用前,將其儲(chǔ)存在溫度為4 ℃并配備通風(fēng)系統(tǒng)的儲(chǔ)藏室中,以確保儲(chǔ)藏室處于干燥環(huán)境,當(dāng)它到達(dá)油田測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)時(shí),用大量冰塊保溫,以確保油田測(cè)井的最終效果。

2.2 在不同油田測(cè)井中的應(yīng)用分析

2.2.1 在正注井測(cè)井中的應(yīng)用

油田東側(cè)的一口油井為一般注氮井,注氮量17 000 m3/d,注入壓力20 MPa。將同位素示蹤技術(shù)應(yīng)用于這口油井之前,用稀油對(duì)其進(jìn)行清潔,以確保井筒清潔,為后續(xù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。然后開(kāi)始?xì)怏w注入,7 d后進(jìn)行測(cè)試?？紤]到本次注氣規(guī)模較大,油井地質(zhì)條件復(fù)雜,采用定點(diǎn)法跟蹤流量試驗(yàn),自下而上進(jìn)行。在穿孔段底部放置一個(gè)點(diǎn),在每個(gè)穿孔層上方和下方放置一點(diǎn),在所有層位上方測(cè)量總流量。測(cè)量結(jié)果如表3所示。

表3 正注氣井測(cè)試結(jié)果

從表3可以看出,當(dāng)深度達(dá)到2788.0 m以下時(shí),該段的穿孔層不吸入,第一個(gè)穿孔層的進(jìn)氣處于低水平。根據(jù)對(duì)該數(shù)據(jù)的總體分析可知,第二穿孔層是主注入層,第三穿孔層是次注入層。將注氣速率和定點(diǎn)同位素示蹤技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)對(duì)比,可以看出,差異不大,得出了一致的結(jié)論,即2788.0 m以下的射孔層不吸氣。說(shuō)明對(duì)于一般的正注入油井來(lái)說(shuō),使用這種特殊同位素示蹤劑進(jìn)行油田測(cè)井是有效且合理的,可有效滿足注氮剖面的測(cè)井要求。

2.2.2 在反注井測(cè)井中的應(yīng)用

該油田7區(qū)塊有一口典型的氮?dú)怛?qū)反注氣井,注氣速度為22 000 m3/d,注氣壓力為32 MPa。使用特殊同位素示蹤劑進(jìn)行連續(xù)追蹤示蹤劑流動(dòng)測(cè)井。測(cè)井過(guò)程中發(fā)現(xiàn),追蹤流連續(xù)追蹤曲線的自然伽馬峰有明顯的追蹤和遷移,在管道中向下移動(dòng)并以恒定速度遷移,可計(jì)算注入氮?dú)獾目偭髁俊Ｗ匀毁ゑR峰值遷移到喇叭口,并向上進(jìn)入油套的環(huán)形空間。按照油環(huán)空中的自然伽馬峰值跟蹤曲線的遷移和峰值變化,可細(xì)化目標(biāo)層段單層的進(jìn)氣量。具體測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 反注氣井測(cè)試結(jié)果

從表4可以看出,在該油井中,3號(hào)射孔層是主要的注氣層,相對(duì)進(jìn)氣量較高,而1號(hào)和2號(hào)射孔層的注氣和進(jìn)氣量相對(duì)較小,低于3431 m,射孔層不呼吸。對(duì)自然伽馬峰值遷移曲線及溫度和持液率變化的分析可知,采用同位素示蹤技術(shù)的油田測(cè)井能夠準(zhǔn)確反映反注井射孔層的進(jìn)氣規(guī)律。

2.2.3 在分層注氣井測(cè)井中的應(yīng)用

該油井203區(qū)塊為典型的氮?dú)怛?qū)分層注氣井,注氣速度為12 000 m3/d,注氣壓力設(shè)定為33 MPa。對(duì)于這口油井,使用專用同位素示蹤劑進(jìn)行連續(xù)追蹤示蹤劑流動(dòng)測(cè)井。采用“示蹤劑流速測(cè)試”法,在氣體注入噴嘴上方自下而上進(jìn)行點(diǎn)測(cè)試(主要目的是盡量減少示蹤劑在管道中的擴(kuò)散時(shí)間)。在每個(gè)點(diǎn)釋放示蹤劑,并連續(xù)跟蹤每個(gè)氣體噴嘴的進(jìn)氣和相應(yīng)層的進(jìn)氣,直到峰值不再遷移。分配給一個(gè)氣體噴嘴的噴射間隔的跟蹤測(cè)試完成后,將其向上移動(dòng)至相鄰氣體噴嘴的間隔,進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試。在測(cè)量間隔上方200 m處布置一個(gè)測(cè)量點(diǎn),驗(yàn)證總流量,從而完成測(cè)試。

通過(guò)該測(cè)試獲得了跟蹤峰值,如圖1所示。

圖1 示蹤峰值移動(dòng)示意圖

從圖1可以看出,示蹤劑峰值在初始階段具有明顯的向下遷移趨勢(shì),先移動(dòng)到第一個(gè)氣體噴嘴,然后伽馬峰值進(jìn)入油套空間并繼續(xù)向下移動(dòng)。此時(shí),示蹤劑流速仍有明顯的峰移。但最終峰值不再向下移動(dòng),表明此時(shí)穿孔層沒(méi)有空氣入口。分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)峰值停止遷移時(shí),深度為3031 m。各層情況如表5所示。

表5 各射孔層吸氣情況分析

由于自然伽馬峰值直接遷移到油管中的第一氣體分配噴嘴中,因此不會(huì)在油管中向下遷移。根據(jù)持液率曲線分析發(fā)現(xiàn),油管液位始終處于3003.3 m的水平?？梢酝茢?自然伽馬峰偏移與持液率線反映的情況基本一致。根據(jù)表5中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知,該同位素示蹤技術(shù)可準(zhǔn)確顯示無(wú)進(jìn)氣的穿孔層,獲得的數(shù)據(jù)在很大程度上能夠真實(shí)反映地下穿孔層的準(zhǔn)確進(jìn)氣情況。

3 展望

針對(duì)上述典型油井,采用特殊同位素示蹤劑開(kāi)展油田測(cè)井,通過(guò)不同管柱結(jié)構(gòu)的注氮蒸汽井的測(cè)井實(shí)例,證明了其對(duì)不同油井具有良好的通用性和可靠性。但也存在一些不足:本次注入的示蹤劑劑量太小,只有60 mL,效果并不顯著,無(wú)法清晰顯示所有區(qū)域的遷移細(xì)節(jié)。雖然井筒已經(jīng)提前清洗,但仍難以完全清除雜物,導(dǎo)致一些示蹤劑受到污染。今后將進(jìn)一步優(yōu)化和調(diào)整示蹤劑的組成與注入測(cè)量,應(yīng)用專業(yè)設(shè)備進(jìn)一步清潔井筒,提高同位素示蹤劑技術(shù)的測(cè)井精度。

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合當(dāng)?shù)赜吞飳?shí)際情況,采用特定同位素示蹤技術(shù),有效應(yīng)用于油田測(cè)井。結(jié)果表明,基于同位素示蹤劑技術(shù)的油田測(cè)井,能夠有效發(fā)現(xiàn)目標(biāo)油井的剖面數(shù)據(jù),反映更詳細(xì)的井下信息,滿足油田開(kāi)發(fā)后期調(diào)整需要,有利于油田增產(chǎn)。未來(lái),需不斷開(kāi)展優(yōu)化研究,消除不利因素的影響,促進(jìn)油田工程的進(jìn)一步發(fā)展。