連續(xù)渦輪流量測井技術在商河地區(qū)的應用

高小榮，任小慶,，董文斌*，井陽陽，路學明，許勇，劉小育，衛(wèi)聰聰

(1.中石化綠源地熱能開發(fā)有限公司，河北 雄安 071800；2.中國地質大學(北京) 能源學院，北京 100083)

0 引言

地熱田動態(tài)開發(fā)過程中，要做到科學合理地開發(fā)地熱井并持續(xù)高產、穩(wěn)產。為實現(xiàn)上述目的，需對地熱井井筒內不同熱儲層位進行求產，識別出不同深度熱儲各小層的產水能力大小。在油田中借助產液剖面來了解各層對產液量的貢獻情況，同樣在地熱開發(fā)過程中，也可以借助產液剖面識別不同熱儲層對產液量的貢獻。

在地熱田開發(fā)過程中，可以通過對地熱井進行產液剖面測試，反映熱儲層的產液能力、分析評價熱儲層在縱向上產能的差異、評價地熱田的開發(fā)效果等?？茖W地分析應用產液剖面資料是了解熱儲層變化、進行地熱田開發(fā)分析的一種新方式，是指導地熱田開發(fā)、進行方案部署的重要環(huán)節(jié)。目前，砂巖熱儲地熱資源占據(jù)地熱開發(fā)的主要部分，但是在開發(fā)過程中只是籠統(tǒng)地知道井口的產量，對地層中不同深度各小層產出水量尚無法量化，直接影響后期地熱井深的布置、開發(fā)層位的確定以及對熱儲層的整體評價。

張曉玉[1]通過對過環(huán)空集流傘產出剖面測井和示蹤流量計產出剖面測井兩種工藝的影響因素闡述來對比這兩種工藝，體現(xiàn)各自的優(yōu)缺點。李震等[2]提出利用產出剖面資料確定剩余油飽和度方法，并將其適用條件推廣到缺少取心資料的儲層。林永江[3]運用產出剖面組合測試技術對地熱井進行了分層流量測試，得出地熱井產出剖面結果，分析主要的出水層位，為下一步布置地熱井及有效開發(fā)利用提供依據(jù)。張大朋[4]采用產出剖面四參數(shù)組合測井技術進行產出剖面測井，與井溫資料、歷史資料對比分析后獲得更精確的解釋結果，更加充分地反映地層的產出狀況，為油田產出剖面測井提供一種新的思路。方偉[5]設計了一種地熱井產出(吸水)剖面測試井口裝置，可滿足地熱井在正常供暖生產過程中開展產出(吸水) 剖面測試需求，為地熱井進一步有效開發(fā)利用提供技術支撐。閆正和[6]為實現(xiàn)水平井段沿程產出剖面及油水兩相持率的連續(xù)監(jiān)測，從電學、聲學、光學等角度開展研究，形成了水平井產出剖面光纖監(jiān)測方法。邸德家[7]對當前水平井產液剖面測試采用的生產測井技術、分布式光纖監(jiān)測技術和智能示蹤劑監(jiān)測技術進行總結梳理，并提出了對應的發(fā)展建議。

鑒于上述實際問題，有必要采用連續(xù)渦輪流量測井技術對熱儲層產液(吸水)剖面進行研究，定量刻畫熱儲層產液(吸水)剖面出水情況，其研究方法、試驗搭配組合以及應用都將為地熱井科學開發(fā)及地熱井精細化管理提供技術支撐。

1 產出剖面測試原理

地熱井中的流體為單相介質，適用于連續(xù)渦輪流量計測井，其通過流體中渦輪的轉速來反映流量的大小。利用測井儀器錄取地熱井井下溫度、地熱井下壓力、地熱流體溫度、持率、地熱水量、磁定位和自然伽馬等井下參數(shù)，采取4種不同速度測速，在上下目的層段分別測取8條流量曲線，通過解釋軟件的計算，細分出每層的出水量。

在地熱井正常生產情況下測量沿井筒的各參數(shù)，通過不同電纜測速及方向(上測、下測各4次，共8次)進行流速測量，根據(jù)渦輪響應特征計算出沿井筒的混合流體視速度，然后根據(jù)各相持率及井下流型選擇適用的垂直管流模型計算出各相的表觀速度，以計算出井下各相流體的井下產量，并根據(jù)井下產量換算成地面產量。

測井的過程其實是渦輪流量現(xiàn)場刻畫的過程。利用產出剖面測井資料，可以獲得各產層所產流體的產量、性質、溫度、壓力特性等，主要測量參數(shù)曲線有地熱井井下溫度、地熱井下壓力、地熱流體溫度、持率、地熱水量、磁定位和自然伽馬等井下參數(shù)。渦輪流量計是應用流體動量矩原理實現(xiàn)流量(流速)測量的，其運動方程為式(1)，理想的響應方程為式(2)。

連續(xù)渦輪流量測量實際是一個現(xiàn)場刻度的過程，利用式(2)，通過電纜不同測速Vl，可用最小二乘法求出Va(視流體速度)，其計算過程與步驟如下：

(1)計算各解釋層視流體速度；

(2)選用解釋模型，計算各解釋層產量；

漂流模型：

均流模型：

(3)上下解釋層相減，即為各層產量。

2 現(xiàn)場施工與應用

該井所下濾水管外徑為φ177.8 mm，鋼級為N80，壁厚為9.19 mm。打眼、包網(wǎng)60目，纏絲。濾水管總長度為206.64 m，有效長度為187.14 m。濾水管下入井段為1319.64～1342.16 m、1353.07～1493.93 m、1526.64～1569.90 m。

本次現(xiàn)場施工儀器采用連續(xù)渦輪流量測井，用于熱儲層內產能檢測，適用于測總產量和測多級分層產出水量，可用于地熱水產出介質條件下的產液剖面測量。采用單芯組合編碼方式傳輸信號，井內參數(shù)在測繩同一下放速度或同一上提速度下一次采集，便于用戶精準解釋和詳細評價地熱井的分層產水量。通過測量地熱井各生產層位的產水量和總產水量，劃分并分析地熱井的產液剖面，進一步確定每個生產小層的生產動態(tài)，分析在地熱井生產中的出水層、不出水層和倒水層，為地熱井采取增產措施提供依據(jù)[8-14]。

磁定位、溫度、伽馬、壓力等測井項目組合成測井單元，其試驗現(xiàn)場設備儀器參數(shù)如表1所示，然后連接渦輪流量計，流量計后端也可連接配重裝置，針對不同井況處理。組成的儀器串可以完成磁定位、溫度、壓力、自然伽馬、流量的五參數(shù)測井，通過單芯電纜收集原始數(shù)據(jù)并將其傳輸至地面儀器，滿足對地熱井實時觀測和存儲的需求。

表1 試驗現(xiàn)場設備儀器參數(shù)

2022年9月2日在現(xiàn)場開展試驗，排量約為40、80 m3/h，測速分別為600、900、1200、1800 m/h，下測、上測自然伽馬曲線GR、磁性定位曲線CCL、壓力曲線PRE、流量曲線FLOW。

3 實例分析

針對山東地區(qū)砂巖地熱井特征，進行產液剖面現(xiàn)場測試，結合地熱井的物性參數(shù)，分析砂巖熱儲層在不同深度的產水情況。商河盛景城3號井產液剖面測井解釋成果如表2所示，山東商河某地熱井產液剖面如圖1所示。

圖1 山東商河某地熱井產液剖面

根據(jù)測試結果可得出以下結論，靜止液面為69 m；排量約為80 m3/h時，動液面折算為125 m；存儲電磁流量計顯示1250 m(垂深1139 m)，壓力10.14 MPa。通過計算結果表明，在排量為80 m3/h時，1330～1340 m井段為主要產水層段，日產水量為445.7m3，相對產水量為63.2%；1320～1330 m、1340～1350 m為次要產水層段，日產水量分別為108.9、23.8 m3，相對產水量為15.4%、3.4%。根據(jù)新近系館陶組的分層數(shù)據(jù)，確定主力產水層。

4 結論

連續(xù)渦輪流量測井技術可明確山東商河區(qū)域砂巖儲層各層位的產水能力，主力產水層位位于新近系館陶組的中部，該層位地熱水可作為主力熱源用于化工生產。

根據(jù)產液剖面測試結果，確定合理的地熱井井身結構和合理的產能，并將該地熱能用于化工生產中，極大程度降低了化工生產成本，并避免了環(huán)境污染問題。