注入井系統找漏方法研究及應用

郭彥琴

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司 黑龍江 大慶 163458)

0 引 言

注入井漏失是國內外各個油田開發中普遍存在的問題，尤其是油田開發中后期，受注采不平衡、斷層、腐蝕等因素影響，注入井管柱漏失、套管成片損壞 (錯斷、套漏、變形等)大量出現，嚴重影響了油田的開發效果。劉地淵等[1]指出目前常用找漏技術包括井溫法、電磁探傷法、井徑法、同位素法以及超聲法等多種測井技術，但是這些技術都存在一定的缺陷。他們采用渦輪流量計法在濮城油田成功進行了找漏，但是渦輪流量計的啟動排量、無法實現全集流、容易砂卡等缺陷決定了渦輪流量計找漏法具有一定的局限性。井溫法找漏是目前油田應用較為廣泛的一種找漏技術，但它很難準確定位漏失點。李晨[2]對比了同位素、示蹤相關和脈沖中子氧活化測井資料在注水井找漏中的應用效果，但并沒給出相關找漏技術的適用條件。人們并沒有系統總結注入井漏失類型的類型和特點，注入井找漏仍舊存在一定的盲目型。因此，急需一套系統的找漏方法指導油田開發各個環節注入井找漏。本文對注入井漏失做了科學的分類、總結了其漏失特點，制定了注入井漏失初查和細查方案，并加以應用。

1 注入井漏失分類及特點

注入井按漏失深度可分為地表漏失、淺層漏失和深層漏失三大類。地表漏失是由淺層油套管產生的漏失，注入井及其臨井往往有異常漏點顯示，因而不宜采用測井儀器找漏。淺層漏失注入液往往通過漏點進入油套環形空間或水泥環縫隙，繼續進入淺層地表水層或者通過保護封隔器進入配注層段。淺層漏失由于井筒內溫度與注入液溫度差別小使井溫找漏法常常失效，而井筒內死油等雜質也使各類流量計法找漏失效。深層漏失又可以細分為油、套管漏失和工具漏失。油套管漏失采用各類組合測井方法可以容易判斷，工具漏失需要結合因素綜合判斷。注入井漏失按注入量又可分為高注入量井漏失和低注入量井漏失，目前石油行業上并沒有明顯的高低注入量界限劃分。高注入井漏失相對容易找漏，低注入量井漏失因漏失小、油管內雜質較多各類流量計法和聲波法找漏法往往不適用。

2 注入井常見找漏工藝原理及適用性分析

2.1 井溫法

井溫測井的測試對象是井筒內流體溫度場。當注入量不變時，短時間內一口正常注入井井筒內流動溫度梯度與深度基本成線性關系。當井筒內有場外流體流入時，原始溫度場受到擾動破壞而形成井溫異常。因此，井溫測井只適用于檢查套管外向井筒內漏失，而不適用于檢查正常注入井的油管或工具向油套環形空間的漏失。溫度傳感器具有一定的時滯性，測試的漏失深度并不準確。

2.2 噪聲法

井筒內流體通過阻流位置時將壓力勢能轉換為流體的動能，噪聲測井儀換能器能夠將流體的動能轉換為噪聲。噪聲測井是一種依靠井下換能器接收流體噪聲，通過對噪聲幅度及頻率判斷流體的流動位置和流體類型的測井方法，流體動能越小產生的噪聲頻率越小。因此，噪聲測井不適合低漏失井找漏測試。此外，地面噪聲源，如電纜振動、施工、發電機等噪聲都可對噪聲測井產生一定的影響。

2.3 放射性同位素法

放射性同位素測井找漏的基本原理是依靠伽瑪傳感器跟蹤探測放射性同位素隨井內流體流動過程監測測試井漏點的。放射性同位素測井按同位素載體形態可細分為固體示蹤劑法(吸附放射性同位素的微球)、液體示蹤劑法(示蹤相關測井)、激發源法(脈沖中子氧活化測井、中子壽命測井)。同位素微球法受微球在注水井中的沉降速度、粒徑、沾污及混合均勻程度等對找漏結果具有一定的影響。液體示蹤計法和激發源法需要對疑漏井段進行定點測試，不適用于連續測試。受放射性源彌散影響液體示蹤劑找漏和激發源法找漏測井時機往往很難把握，計算的流量也容易受油管及油套環形空間面積突變影響。

2.4 流量計法

按照工作原理流量計找漏測井可分為渦輪流量計法、超聲波流量計法、電磁流量計法。渦輪流量計是依靠流體流經渦輪傳感器殼體時帶動渦輪葉片轉動實現流量測試的。在一定的條件下，轉速與流速成正比。由于渦輪需要克服摩擦力和流體阻力之后才能旋轉，因此渦輪流量計具有一定的啟動排量。渦輪流量計不適用于低注入量井找漏，而且受流體中雜質影響測試精確度并不高。

超聲波流量計是通過超聲換能器測量超聲波束沿測量管道方向固定長度的流體單元的傳播時間差來推算流體流量的。超聲波流量計定點測試精度較高，連續性測試精度較低，定點測試時儀器的居中程度對結果也有一定的影響，當流量較低時超聲波流量計分辨率較差。

電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律測量管道中導電流體流量的。不管流體的性質如何，只要其具有微弱的導電性即可測量。導電流體流經傳感器的勵磁磁場時產生感應電動勢，感應電動勢大小與流量成正比。電磁流量計測量精度不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響，傳感器感應電壓信號與平均流速呈線性關系，測量精度高。在注水井內電磁流量計集流程度對測試結果有一定程度的影響。

2.5 微量元素示蹤法

當多口注水井井組近地表發生漏失時不易使用各類測井方法找漏，筆者將微量元素法歸類為注入井找漏方法之一。微量元素法找漏的基本原理是逐次在單一注水井來水源頭中投加地層含量極低的水溶性微量元素示蹤劑段塞，從周圍漏點中取樣分析微量元素含量確定漏失來源的實現找漏的。元素法找漏對注水井近地表有漏失點具有較大優勢。

3 注入井系統找漏方法

目前石油行業并沒有一套系統的找漏方法，找漏過程存在一定的盲目性，找漏效率很低。傳統注入井找漏理念為有漏才找漏，這種做法實際為事后補救措施而已。筆者制定了一套注水井系統找漏方案，通過二步走法成功實現了注入井找漏測試。

3.1 注入井找漏初查法

3.1.1 微量元素法

如果注入井地表管線或井口附近油套管漏失，測井找漏方法將無法使用。王珊[3]等建立的基于微量元素示蹤對比法是實現近地表油套管和管線找漏的較好方法。因此，應建立區域井組注入水和地表水離子礦化度庫，并定期檢測地表水礦化度，若地表水礦化度與注入水礦化度庫一致，那么井組可能存在淺層管柱漏失，需要進一步核實。

3.1.2 套壓測試法

如果套管壓力、油管壓力持平，那么井下管柱一定存在漏失。因此，應定期對注入井進行套管壓力測試。對于油套壓持平注水井，王現彬[4]提出的注入井套管投源找漏法是一種較好方法。他采用手搖液壓泵經注入井套壓測試孔注入放射性液體示蹤劑，通過反向注水將液體示蹤劑打入油套環形空間，利用測井儀在油管內追蹤液體示蹤劑，依據計算的水流速度計算流量，并根據流量大小判斷注入井油套管漏失位置。

3.1.3 電磁探傷測井普查法

根據區域斷層和地應力分布特征建立井下管柱狀況長期監測井點是預防和檢測注入井漏失的有效手段。電磁探傷測井技術是在正常注入井中進行油套管損壞普查的較好方法。電磁探傷測井儀利用低頻渦流檢測技術，檢測管柱壁厚、破裂、變形等損壞狀況。并輔以測量自然伽瑪、井溫等參數，可以綜合分析井下管柱的工作狀態。對于出現井下管柱狀況異常的井需要利用其他組合測井方法進一步實現找漏。此外，如果監測井進行作業，應該采用那么多臂井徑測井對注入井套管進行普查。

3.2 注入井找漏細查法

初查漏失的注水井需要采用組合測井進行細查，從而制定補救措施。生產測井上，對于一口或多口注水井找漏時單純采用上述測井方法收效甚微，往往需要多種組合測井方法。

筆者統計了常見注入井找漏工藝，進行了對比，見表1。注入井漏失可劃分高注入量井漏失和低注入量井漏失。對于高注入量井漏失首先應進行井溫測井，再依據溫度異常進一步選擇選擇噪聲測試或流量測試，如果選擇放射性同位素還需要放射性同位素示蹤進一步核實漏點。對于低注入量宜采用注入剖面五參數組合測井法找漏。

表1 各類找漏工藝對比

4 現場應用

目前，朝陽溝和榆樹林油田共有水井2 612口，平均每年進行作業維修的有203口井，且逐年呈上升趨勢。

4.1 組合測井儀器在找漏過程中的綜合應用

漏失初查時發現樹86-葡62井正常注入時套壓19.6 MPa、套壓19.6 MPa，可以該井一定存在漏失。注入壓力為0.8 MPa，套壓仍為0.8 MPa，注入量16 m3/d。該井封隔器深度1 402.6 m，配水器深度1 413.5 m，注水層位1 418.6～1 423.2 m，地面管線無漏失。考慮到渦輪流量計、超聲波流量計啟動排量影響，我們制定了示蹤相關與電磁流量組合測井儀找漏方案。井溫曲線在遇阻井段以上無明顯異常，如圖1所示，圖中曲線自左至右依次為伽馬曲線、微差井溫曲線、井溫曲線、磁性定位曲線、壓力曲線。在配水器附近恢復地溫，說明注水層位不吸水，初步判斷該井套管漏失。

從表2可以明顯看出油管無漏失，水全部進入配水器，證實了該井為套漏。

圖1 示蹤相關與電磁流量組合測井井溫測井曲線圖

表2 樹86-葡62井示蹤相關與電磁流量測井結果

為確定漏點位置，在配水器上方釋放示蹤劑，然后對示蹤劑進行跟蹤測量，配水器下方無示蹤劑顯示，可以判斷套漏點在配水器上方，且封隔器不密封，一直跟蹤到920 m處有同位素顯示，判斷漏點在 920 m之上。由于示蹤劑受井段長度限制，跟蹤到900 m左右示蹤劑已完全擴散，無法探測。在配水器上方50 m處釋放固體微球同位素示蹤劑，使其充分混合均勻。圖2中自左至右依次為伽馬曲線、微差井溫曲線、井溫曲線、壓力曲線、磁性定位曲線，所示同位素測井曲線顯示在13 m處有異常點，可以判斷該井的漏失點在13 m處。

圖2 13 m處同位素異常點測井圖

4.2 微量元素示蹤找漏應用

葡南油田葡164-36、葡扶166-372、葡163-37及葡扶162-S352井先后出現了地表漏失點，2015年～2016年挖取注水和回油管線、作業驗串、大修后找漏失敗，2017年采取微量元素示蹤劑找漏，漏失區域多口采油井進行過大規模縫網壓裂和CO2吞吐實驗。按照王珊[3]等微量元素示蹤劑找漏方法，建立了葡南油田漏失井區微量元素統計表，見表3，地表水溴化鈉含量約2.58 mg/L。采用單一注水井加大注水后，在井口注入溴化鈉示蹤劑，在周圍采油井及地表進行溴化鈉含量測試，依據井位分布關系設計了注入示蹤劑井3口；第一批取樣井為12口井，第二批增加3口取樣井；地面漏點取樣3口井。

表3 葡南油田4口疑漏失井微量元素統計

當葡164-36井注入溴化鈉后與其連通的葡165-37井見示蹤劑溴化鈉，2017年8月20日示蹤劑濃度為9.62 mg/L，地表漏失點溴化鈉濃度增加到9.84～10.12 mg/L。而漏失區域內其他注水井加入溴化鈉示蹤劑后，只是連通的產油井溴化鈉濃度增加，漏失處地表溴化鈉濃度并未增加。由此認為，葡南油田4處地表漏失為葡164-36井近地表套管漏失造成，并由地表水層流向臨井其他3處。

5 結 論

1)各類測井找漏方法都有其適應范圍，采取組合測井找漏是一種必然趨勢。

2)注入井系統找漏方法建立了完備的找漏方案，找漏時應按照初查和細查兩部走，建立常規監測井點有助于漏失井的提早發現和治理。

3)雙示蹤與電磁流量組合測井找漏方法在能夠克服常規流量計啟動排量低、固體同位素微球沾污等影響，在低注入井中找漏效果較好。

4)采用微量元素法找漏時要同時統計井內及地表微量元素含量，逐一單井注入微量元素有助于提高找漏效率。