多功能水流時間譜測井技術在油田開發中的應用

陳俊營,劉星普,王立新

(1.中國石化集團中原石油勘探局井下特種作業處,河南濮陽 457001; 2.中國石油化工股份有限公司華北分公司勘探開發研究院,河南鄭州 450006)

多功能水流時間譜測井技術在油田開發中的應用

陳俊營1,劉星普2,王立新2

(1.中國石化集團中原石油勘探局井下特種作業處,河南濮陽 457001; 2.中國石油化工股份有限公司華北分公司勘探開發研究院,河南鄭州 450006)

運用多功能水流時間譜測井技術原理和測井方法,通過優化活化期與譜周期匹配,可以提高測井資料質量。應用實例表明該技術能準確地探測油管、套管內外的水流情況,判斷油、水井竄漏部位,定量分析注水井的注入剖面,該技術在中原油田的實際應用取得了良好地質效果。

水流時間譜;氧活化;測井技術;找漏找竄;應用

目前中原油田已進入中后期開發階段,長期的注水開采,層間矛盾突出,加之井況逐年惡化,造成油水井管外竄漏現象嚴重,對油田分層注采開發管理極為不利,制約油水井增產、增注措施的實施。對于采油井,若存在生產層和水淹層的竄槽,將導致高產液、高含水,造成油井生產成本的增高;對于注水井,管外竄漏會影響分層注水開發效果,導致無效注水。同位素吸水剖面測井使用的同位素示蹤劑,由于同位素污染、沉降、大孔道漏失等因素的影響,測量精度存在質疑;渦輪流量計、電磁流量計以及超聲波流量計由于不能測量管外水流量,使用條件受到限制。多功能水流時間譜測井儀可以在油管內測量注入剖面,還可測量油—套環空水流、套管外水流,甚至可以進行中子壽命測井,監測剩余油的分布情況。

1 多功能水流時間譜測井技術原理和方法

1.1 多功水流時間譜測井原理

在油水井中水含有氧元素,多功能水流時間譜測井就是根據水中的氧元素與中子發生氧活化反應來確定水流量[1],氧活化反應原理如圖1。發射器發射14 MeV的高能快中子穿透油管、套管進入地層,與水中氧的同位素16O發生核反應生成氮的同位素16N,16N經β衰變(半衰期7.13 s)成激發態的16O,水中激發態的16O釋放出6.13 MeV的伽馬射線能量較高,能穿透井內流體、油管、套管和水泥環被儀器接收。每次測量都包括一個較短的活化期(一般1～10 s)和較長的數據采集期(典型值為60 s)。這樣活化水流流經4個不同源距的探測器時,記錄活化水流流過的時間tm,再結合源距就可計算水流速度Vu,最后根據所測空間的截面積A計算出水流量Qw。

圖1 氧活化反應原理示意Fig.1 Schematic diagram of oxygen activation action process

具體計算公式為:

式中:tm為活化水流流過的時間,min;Vu為水流速度,m/min;A為所測空間的截面積,m2;Qw為水流量,m3/d;l為源距,m;f(t)為測量獲得的流動信號;t為數據采集時間,s;dt為對t求導數;ta為中子脈沖時間寬度,s。

1.2 測井方法

1.2.1 測量模式

有連續測量和脈沖測量兩種測量模式。連續測量在大水流條件下,在較短的時間內可以覆蓋一段完整的垂向井段。該方法需要在已知零流量層段對儀器進行刻度,由于實際流動氧活化產生的計數率并不高,刻度準確性難以保證;另外,刻度層段與被測層段條件很難匹配,測量精度不如點測[2]。一般選用脈沖測量模式,用于探測垂直水流量,該方法使用較短的活化時間和較長的采集時間來探測流動的活化水。當活化水經過探測器時,可測量到它的特征峰,通過所用的時間計算出水的流速。

1.2.2 測井儀器及現場測試

井下儀器采用Φ5.6 mm單芯電纜傳輸,儀器長度6.5 m,儀器外徑43 mm,儀器最大耐壓80 MPa,儀器最高耐溫135℃。

儀器下井前,必須進行系統調試,儀器連接依次為遙傳短節、上中子發生器、探測器短節及下中子發生器,底部連接加重掛套,系統沒有問題后準備下井。儀器下到目的層,先測一趟四參數曲線(磁定位CCL、自然伽馬GR、溫度、壓力),用CCL、GR曲線進行校深,然后把儀器下到指定深度開始目的層位的流量測量,現場各層定量分析后方可結束測量。

1.2.3 優化活化期與譜周期匹配

根據不同的測井目的,設計多種活化時間(0.8、1.0、1.6、2、4、6、8、10 s)和譜周期(10、20、40、60 s)相匹配,保證原始測井資料質量,提高了資料解釋精度。現場試驗表明最小測試流量可達到:油管內最低水量5.0 m3/d,套管內最低水量12.0 m3/d。不同流量活化時間、采集譜周期建議如表1所示。

表1 不同流量活化時間、采集譜周期建議Tab.1 Suggestion on activeness time and spectrum-picking period of different flow

2 多功能水流時間譜測井技術應用

2.1 確定竄槽位置

油井含水突然上升,可能是發生管外竄,可利用水流時間譜測井來確定竄槽位置。H12-xxx井是一口油井,日產液31.0 m3,日產油0.6 t,綜合含水98.1%,含水較高,懷疑套管外有竄槽。為此,進行了水流時間譜測井,測量井段為1 965.0～2 625.0 m,。測試結果顯示,在第42號層以上,水流譜曲線無異常,在第42號層以下并未射孔,但仍有下水流顯示,直至第45號層以下無水流。分析套管竄漏在第42號層以下,為管外竄槽,解釋成果如圖2所示。后根據解釋成果實施封竄堵漏措施后,日產液24 m3,日產油1.8 t,含水下降到92.5%,效果明顯。

圖2 H12-xxx井水流時間譜測井成果Fig.2 Logging result of Well H12-xxx water flow time spectrum

2.2 判斷油管漏失位置及漏失量

W33-xxx井是于2001年5月投注的一口注水井,注水井段2 586.2～3 230.8 m,射孔82.1 m/45層,注水壓力18.0 MPa,日注水量98.2 m3。喇叭口深度3 231.5 m,封隔器位置2 733.0 m,目的是為了卡封2～15號層,希望采用井口分注將注入水通過油管全部注到16～59號層。為了了解該井注水效果,2007年6月對該井進行了水流時間譜測井。測井時,儀器在451.3 m測量油管內下水流為98.2 m3,與井口配注量吻合,而在501.7 m測量油管內下水流為44.3 m3,環空內下水流為53.88 m3,證明油管在450～500 m井段內存在漏失,漏失量為53.88 m3,漏失的水通過油套環空注入到2～15號層,資料解釋成果如圖3所示。采油廠依據解釋結果對注水管柱進行了更換,恢復了該井的正常注水。

圖3 W33-xxx井水流時間譜測井成果Fig.3 Logging result of Well W33-xxx water flow time spectrum

2.3 判斷套管漏失位置及漏失量

W92-xx井是1998年3月轉注的一口注水井,注水井段2 693.0～2 842.4 m,射孔32.0 m/ 19層,日注水100.0 m3。2007年6月,注水壓力突然下降,注水量增加,懷疑套管可能出現漏失,為此,進行了水流時間譜測井找漏。將儀器下入井中,注水壓力穩定在19.0 MPa后,儀器在21.0 m處開始定點測量,之后向下監測,在井溫異常處進行定點測量,采用逐點逼近法找出漏點位置,測井成果如圖4所示。在132.4 m處所測的定點流量為107.0 m3/d,與井口處的吻合,而在142.3 m處所測的定點流量為40.4 m3/d,說明此段有漏失,漏失量為66.6 m3/d,且下部存在下水流;于是,繼續向下監測,確定第21號層吸水,吸水量為40.4 m3/d。

圖4 W92-xx井水流時間譜測井找漏成果Fig.4 Logging result of Well W92-xx water flow time spectrum

2.4 判斷遇阻層段吸水情況或砂面是否漏失

W72-xx井是2007年4月投注的一口注水井,在3 055.0 m打水泥塞面封住了第7～20號層,計劃第4、5號層為注水層。2007年8月進行水流時間譜測井,測井時喇叭口位置在3 040.0 m,油壓16.0 MPa,注水量為58.5 m3,測井成果如圖5所示。在3 032.0 m油管內下水流為58.5 m3,在3 036.0 m測量環空上水流為0,在3 049.0 m測量套管內下水流為58.5 m3,分析認為該井灰面漏失,第4、5號層不吸水,注入水全部漏到灰面以下。采油廠根據解釋結果,重新打水泥塞面,實現了該井的正常注水。

3 結論

圖5 W72-xx井水流時間譜測井解釋成果Fig.5 Logging result of Well W72-xx water flow time spectrum

(1)水流時間譜測井技術在注入剖面測井時,不需注入同位素示蹤劑,就可以監測油管、油套環空、套管、套管外流體流動方向、流速及流量,很好地解決了注水方式和結構復雜條件下注水剖面的測井問題,克服了常規儀器的不足,完善了生產測井系列。測井時密閉不停井,為中原油田二、三類層細分注水的監測提供了比較理想的測井工藝及方法。

(2)水流時間譜測井找漏找竄,資料解釋結果直觀、準確,該項技術為制定油、水井封竄堵漏措施方案提供了可靠的依據,應用效果良好。

[1]韓玉堂,林梁,李妍.能譜水流測井技術的研究和推廣[J].測井技術,2002,26(4):306-310.

[2]王建民,姜亦中,嚴青伍,等.氧活化技術在聚合物注入剖面測井中的應用[J].測井技術,1992,23(3):214-217.

Application of multifunction water flow time spectrum technique to oil field development

Chen Junying1,Liu Xingpu2,Wang Lixin2
(1.Downhole Special Operating Company of SINOPEC Zhongyuan Exploration Bureau,Puyang457001;2.Oil&Gas Exploration&Development Research Institute of SINOPEC North China Company,Zhengzhou450006)

By means of multifunction water flow time spectrum logging principles and its operating technique,and optimizing the match of activation time and spectrum period,the quality of logging data has been improved obviously.The application examples indicate that this technique can be used to inspect water fluxes accurately inside and outside the tubing and casing,locate tubing or casing leakage and channel position in oil water well,and analyze injection profile quantitatively.Good geologic results have been achieved through application of this technique to Zhongyuan Oilfield.

water flow time spectrum;oxygen activation;logging technique;leakage and channel detecting; application

book=2,ebook=4

P631.8+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.087

1008-2336(2010)02-0087-04

2010-01-11;改回日期:2010-02-26

陳俊營,1967年生,男,工程師,1989年畢業于燕山大學機械專業,現從事油田開發工作。E-mail:zyytyyc@126.com。