基于脈沖中子氧活化測(cè)井中水流時(shí)間譜的屬性分析及研究

黃 佳，姜曉君，焦俊青，楊萬(wàn)濤

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司增產(chǎn)作業(yè)分公司 天津300452)

0 引 言

目前，渤海油田開采已進(jìn)入中期，由于多油層非均質(zhì)油田注水開發(fā)需要以及考慮海上油田綜合治理成本，對(duì)注水井管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求極為復(fù)雜。不但在完井過(guò)程中需下入防砂管柱，而且注水管柱多采用空心集成等方式對(duì)各防砂段進(jìn)行分層配注，以此解決層間矛盾，提高油層的動(dòng)用程度。所以通過(guò)脈沖中子氧活化水流測(cè)井的非接觸測(cè)量方式來(lái)獲取注入剖面信息，這在海上油田注水開發(fā)中具有明顯的適應(yīng)性[1]。

采用注水管柱結(jié)構(gòu)使井內(nèi)水流形式多樣化，包括不同流量的油管流和環(huán)空流，甚至管外竄流，并且方向不一定一致。特別是在氧活化吸水剖面測(cè)試過(guò)程中，單純地依靠加權(quán)平均法流量計(jì)算軟件回放數(shù)據(jù)計(jì)算流量，在某些情況下，因?yàn)槠渚窒扌远茈y對(duì)流體分配及流量做出正確的判斷，給生產(chǎn)測(cè)井解釋帶來(lái)了一定困難，所以在掌握井內(nèi)流體可能存在的分配方式的同時(shí)，必須找出氧活化水流測(cè)井儀各個(gè)伽馬探測(cè)器所記錄的氧活化水流時(shí)間譜與管柱內(nèi)外流體分配及流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且在由于油套同流這種復(fù)雜情況使傳統(tǒng)流量計(jì)算軟件無(wú)法正常使用時(shí)，必須對(duì)脈沖中子氧活化水流時(shí)間譜的屬性進(jìn)行正確分析，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)吸水剖面等生產(chǎn)測(cè)井的合理判斷和解釋。這也是開發(fā)高斯函數(shù)擬合法及雙高斯函數(shù)等測(cè)井解釋評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)[2-4]。

1 脈沖中子氧活化水流時(shí)間譜的形成

通過(guò)脈沖中子氧活化水流測(cè)井儀發(fā)生器短節(jié)上中子管靶極所釋放的 14MeV快中子，使水中的16O活化成14N的同位素16N；16N衰變過(guò)程中釋放出6.13MeV的高能伽馬射線，經(jīng)過(guò)源距隨水流動(dòng)，被水流測(cè)井儀采集短節(jié)上的若干個(gè)伽馬探測(cè)器探測(cè)到，并在單位時(shí)間內(nèi)記錄下伽馬射線的變化情況，形成時(shí)間譜[5]。經(jīng)過(guò)多次累積，在時(shí)間譜上形成譜峰，對(duì)應(yīng)著峰位時(shí)間(圖1)。通過(guò)解析隨水流動(dòng)的活化氧伽馬時(shí)間譜來(lái)計(jì)算相應(yīng)的水流速度，進(jìn)而得到流體流量等相關(guān)信息。

圖1 氧活化水流時(shí)間譜示意圖Fig.1 Time spectrum of oxygen activation logging

2 氧活化水流時(shí)間譜中單一油管流及環(huán)空流的譜峰形態(tài)分析及變化規(guī)律

在氧活化水流時(shí)間譜中，對(duì)于油管內(nèi)和環(huán)空內(nèi)的水流，隨著流量的增大，水流時(shí)間譜峰將逐漸提前。反之，譜峰越靠前，其所對(duì)應(yīng)的時(shí)間越短，流速越快，流量越大，被探到的每個(gè)水流時(shí)間譜峰應(yīng)遵循時(shí)間隨流體速度的推移關(guān)系。

采集短節(jié)由若干個(gè)伽馬探測(cè)器組成，對(duì)于距離中子源較近的近探頭，可以接收到中子源打中子時(shí)所形成的高計(jì)數(shù)時(shí)間譜峰。其為非彈性散射過(guò)程中所釋放出的高能伽馬射線所形成的時(shí)間譜，但其將覆蓋近探頭所探測(cè)到的大流速氧活化水流時(shí)間譜，而遠(yuǎn)探頭則不存在以上問(wèn)題[6]。對(duì)于低流速水流，則可以逐漸擺脫打中子區(qū)的束縛而被近探頭探測(cè)到時(shí)間譜峰，而到達(dá)遠(yuǎn)探頭時(shí)又會(huì)逐漸被衰減。所以，對(duì)于不同流量的水流測(cè)量，應(yīng)合理選擇水流儀上對(duì)應(yīng)的伽馬探測(cè)器，這一點(diǎn)對(duì)氧活化水流測(cè)井精度的影響尤為重要。

此外，由于油管內(nèi)下水流流速較快，其活化水段到達(dá)和經(jīng)過(guò)伽馬探測(cè)器的時(shí)間都比較短，再加上油管流活化水中放射性元素 N16密度較高，時(shí)間譜峰會(huì)顯得瘦高(圖2)。而對(duì)于環(huán)空水流，速度很慢，活化水段經(jīng)過(guò)探頭的時(shí)間較長(zhǎng)，故其譜峰比較寬。又因?yàn)榄h(huán)空流在油管流之外，活化水的密度遠(yuǎn)不如油管流，所以和油管內(nèi)的下水流相比，譜峰就沒(méi)有那樣的堅(jiān)挺，而是趨于矮胖和衰減的趨勢(shì)(圖3)。通過(guò)這一點(diǎn)，我們也可以直觀地判斷出油管流和環(huán)空流在時(shí)間譜峰上的形態(tài)。

圖2 油管內(nèi)水流時(shí)間譜圖Fig.2 Time spectrum in oil pipe

圖3 環(huán)空內(nèi)水流時(shí)間譜圖Fig.3 Time spectrum inside oil casing

3 氧活化水流時(shí)間譜在油套同流時(shí)屬性分析

3.1 一譜多峰

針對(duì)海上油田空心集成、同心分注等注水管柱結(jié)構(gòu)，通過(guò)配水器水嘴向環(huán)形空間注水實(shí)現(xiàn)分層配注。在氧活化吸水剖面測(cè)試過(guò)程中，由于油套同流的存在，油管水流及環(huán)空水流中的活化氧伽馬射線往往以先后順序相繼經(jīng)過(guò)測(cè)井儀器的同一個(gè)探頭，導(dǎo)致出現(xiàn)同一個(gè)氧活化水流時(shí)間譜存在兩個(gè)或多個(gè)譜峰的情況(圖4)。

圖4 一譜雙峰水流譜圖Fig.4 Time spectrum of one spectrum double peak

對(duì)于一譜多峰這種情況，對(duì)每個(gè)譜峰的屬性做出正確判斷，直接關(guān)系著油管流量及環(huán)空流量計(jì)算結(jié)果的正確與否，進(jìn)而影響著吸水剖面及其他生產(chǎn)測(cè)井解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性。首先對(duì)于油管峰，除了在形態(tài)上的分析，其位置也定義了其屬性，對(duì)于完整無(wú)漏失的油管內(nèi)空間，其不同深度點(diǎn)的油管流所對(duì)應(yīng)的峰位時(shí)間應(yīng)保持不變，這是確定油管峰屬性的一個(gè)重要依據(jù)。其次對(duì)于環(huán)空水流，由于射孔層逐漸吸水，環(huán)空流量也隨之逐漸變小，環(huán)空峰逐漸后移，這是除形態(tài)以外判斷環(huán)空峰屬性的另一個(gè)重要依據(jù)。

3.2 雙峰重合

往往在某深度點(diǎn)既存在著環(huán)空內(nèi)的下水流也存在著油管內(nèi)的下水流，根據(jù)流量計(jì)算公式 Q＝VS可知 ，如果滿足： Q環(huán)空/Q管內(nèi)≈S環(huán)空/S管內(nèi)，可以得到V環(huán)空≈V管內(nèi)，說(shuō)明環(huán)空流與油管流幾乎能夠同時(shí)到達(dá)同一探頭，而出現(xiàn)雙峰重合或疊加的情況(圖5)，使隱形峰很難被發(fā)現(xiàn)。

一旦產(chǎn)生了這種情況，就會(huì)給吸水剖面測(cè)試及解釋工作帶來(lái)很大的麻煩，由于加權(quán)平均法流量計(jì)算軟件的局限性，使其無(wú)法從疊加的雙峰識(shí)別出環(huán)空流和油管流各自所對(duì)應(yīng)的峰位時(shí)間。這時(shí)就需要充分利用多點(diǎn)深度的氧活化水流時(shí)間譜，綜合判斷并尋找油套同流時(shí)其與流體分配及流量變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合測(cè)井儀器不同位置的多個(gè)伽馬探測(cè)器對(duì)水流時(shí)間譜的記錄，找到雙峰各自的峰位時(shí)間，正確判斷其屬性后再通過(guò)時(shí)間與流量的關(guān)系進(jìn)行流量計(jì)算[7-8]。

圖5 雙峰疊加水流譜圖Fig.5 Time spectrum of double peak superposition

4 實(shí)例分析

渤海油田A井設(shè)計(jì)為1口注水井，2個(gè)配水器空心集成配注，分 3段防砂，注水層位 Iu+Id油組。在某次的氧活化吸水剖面測(cè)試中(表 1)，實(shí)測(cè)注入量465m3/d，與平臺(tái)井口電磁流量計(jì)計(jì)量一致。

表1 氧活化水流測(cè)點(diǎn)深度與流量Tab.1 Depth and flow rate at measuring point of oxygen activation logging

在到達(dá)吸水層位之前，氧活化測(cè)試過(guò)程中所記錄的水流時(shí)間譜應(yīng)只出現(xiàn)單一的油管峰，但在 634～685m 井段監(jiān)測(cè)到了一譜雙峰的出現(xiàn)(圖6)，即油套環(huán)形空間內(nèi)也出現(xiàn)了向下的水流。因此可以判斷出在頂部封隔器之上的 632～634m 位置油管存在破損，形成55m3/d的漏失量。

對(duì)于第二防砂段，通過(guò) 1號(hào)配水器下水嘴注水，形成油管、油篩環(huán)空雙水流分配，測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)一譜雙峰為必然現(xiàn)象。因油管內(nèi)流量不發(fā)生改變，所以除了時(shí)間譜在形態(tài)上的判斷，峰位時(shí)間不產(chǎn)生移動(dòng)的應(yīng)為油管峰。地層吸水前環(huán)空流量較大，流速較高，其環(huán)空譜峰峰位時(shí)間居前(圖 7)。但由于環(huán)空水流速度降低，并逐漸接近油管內(nèi)水流速度，進(jìn)而出現(xiàn)了雙峰疊加及重合現(xiàn)象(圖8)。最終隨著射孔段吸水量對(duì)環(huán)空水流的不斷消耗，使環(huán)空峰后移，逐漸擺脫與油管峰的重合，雙峰分離(圖9)。

圖6 油套雙峰水流譜圖Fig.6 Time spectrum of double peak inside oil casing

圖7 環(huán)空譜峰居前圖Fig.7 Annulus spectrum peak in front

圖8 油套雙峰重合圖Fig.8 Double peak coincidence inside oil casing

圖9 環(huán)空譜峰居后圖Fig.9 Annulus spectrum peak in back

在脈沖中子氧活化水流測(cè)試過(guò)程中，非環(huán)空連通油管內(nèi)水流速度不變，油管峰位時(shí)間固定，是區(qū)分油套雙峰的重要依據(jù)；通過(guò)對(duì)氧活化水流時(shí)間譜上中子爆發(fā)時(shí)間(活化時(shí)間)及峰位時(shí)間的記錄，以及測(cè)井儀器源距及管柱環(huán)形空間截面積的選取，則可以綜合計(jì)算出各深度各空間的流量值。由于管柱各分水點(diǎn)的流量匯總應(yīng)與總注入量保持一致，遵循流量守恒原則，可以得到該井的吸水剖面解釋結(jié)論(圖10)。

圖10 氧活化測(cè)井解釋成果圖Fig.10 Interpretation results of oxygen activation logging

5 結(jié) 語(yǔ)

①對(duì)脈沖中子氧活化時(shí)間譜中各種水流在譜峰形態(tài)及變化規(guī)律上的認(rèn)知，是做好吸水剖面及其他生產(chǎn)測(cè)井解釋工作的基礎(chǔ)。

②在復(fù)雜的氧活化水流時(shí)間譜中，對(duì)各譜峰的發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、追蹤及對(duì)其屬性的分析判斷，方法是否合理，直接關(guān)系著生產(chǎn)測(cè)井解釋結(jié)論的正確與否，是為油藏提供精細(xì)準(zhǔn)確地質(zhì)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

③通過(guò)油田現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期實(shí)踐，摸索和歸納了氧活化水流時(shí)間譜與海洋注水井流體分配及流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工程師一絲不茍及實(shí)事求是的工作態(tài)度，不但可滿足吸水剖面測(cè)試和解釋工作需求，而且可為注水、注聚井竄、漏現(xiàn)象提供科學(xué)依據(jù)，達(dá)到優(yōu)化注水，提高油井開采效果的目的。