多功能水流时间谱测井技术在油田开发中的应用

陈俊营,刘星普,王立新

(1.中国石化集团中原石油勘探局井下特种作业处,河南濮阳 457001; 2.中国石油化工股份有限公司华北分公司勘探开发研究院,河南郑州 450006)

多功能水流时间谱测井技术在油田开发中的应用

陈俊营1,刘星普2,王立新2

(1.中国石化集团中原石油勘探局井下特种作业处,河南濮阳 457001; 2.中国石油化工股份有限公司华北分公司勘探开发研究院,河南郑州 450006)

运用多功能水流时间谱测井技术原理和测井方法,通过优化活化期与谱周期匹配,可以提高测井资料质量。应用实例表明该技术能准确地探测油管、套管内外的水流情况,判断油、水井窜漏部位,定量分析注水井的注入剖面,该技术在中原油田的实际应用取得了良好地质效果。

水流时间谱;氧活化;测井技术;找漏找窜;应用

目前中原油田已进入中后期开发阶段,长期的注水开采,层间矛盾突出,加之井况逐年恶化,造成油水井管外窜漏现象严重,对油田分层注采开发管理极为不利,制约油水井增产、增注措施的实施。对于采油井,若存在生产层和水淹层的窜槽,将导致高产液、高含水,造成油井生产成本的增高;对于注水井,管外窜漏会影响分层注水开发效果,导致无效注水。同位素吸水剖面测井使用的同位素示踪剂,由于同位素污染、沉降、大孔道漏失等因素的影响,测量精度存在质疑;涡轮流量计、电磁流量计以及超声波流量计由于不能测量管外水流量,使用条件受到限制。多功能水流时间谱测井仪可以在油管内测量注入剖面,还可测量油—套环空水流、套管外水流,甚至可以进行中子寿命测井,监测剩余油的分布情况。

1 多功能水流时间谱测井技术原理和方法

1.1 多功水流时间谱测井原理

在油水井中水含有氧元素,多功能水流时间谱测井就是根据水中的氧元素与中子发生氧活化反应来确定水流量[1],氧活化反应原理如图1。发射器发射14 MeV的高能快中子穿透油管、套管进入地层,与水中氧的同位素16O发生核反应生成氮的同位素16N,16N经β衰变(半衰期7.13 s)成激发态的16O,水中激发态的16O释放出6.13 MeV的伽马射线能量较高,能穿透井内流体、油管、套管和水泥环被仪器接收。每次测量都包括一个较短的活化期(一般1～10 s)和较长的数据采集期(典型值为60 s)。这样活化水流流经4个不同源距的探测器时,记录活化水流流过的时间tm,再结合源距就可计算水流速度Vu,最后根据所测空间的截面积A计算出水流量Qw。

图1 氧活化反应原理示意Fig.1 Schematic diagram of oxygen activation action process

具体计算公式为:

式中:tm为活化水流流过的时间,min;Vu为水流速度,m/min;A为所测空间的截面积,m2;Qw为水流量,m3/d;l为源距,m;f(t)为测量获得的流动信号;t为数据采集时间,s;dt为对t求导数;ta为中子脉冲时间宽度,s。

1.2 测井方法

1.2.1 测量模式

有连续测量和脉冲测量两种测量模式。连续测量在大水流条件下,在较短的时间内可以覆盖一段完整的垂向井段。该方法需要在已知零流量层段对仪器进行刻度,由于实际流动氧活化产生的计数率并不高,刻度准确性难以保证;另外,刻度层段与被测层段条件很难匹配,测量精度不如点测[2]。一般选用脉冲测量模式,用于探测垂直水流量,该方法使用较短的活化时间和较长的采集时间来探测流动的活化水。当活化水经过探测器时,可测量到它的特征峰,通过所用的时间计算出水的流速。

1.2.2 测井仪器及现场测试

井下仪器采用Φ5.6 mm单芯电缆传输,仪器长度6.5 m,仪器外径43 mm,仪器最大耐压80 MPa,仪器最高耐温135℃。

仪器下井前,必须进行系统调试,仪器连接依次为遥传短节、上中子发生器、探测器短节及下中子发生器,底部连接加重挂套,系统没有问题后准备下井。仪器下到目的层,先测一趟四参数曲线(磁定位CCL、自然伽马GR、温度、压力),用CCL、GR曲线进行校深,然后把仪器下到指定深度开始目的层位的流量测量,现场各层定量分析后方可结束测量。

1.2.3 优化活化期与谱周期匹配

根据不同的测井目的,设计多种活化时间(0.8、1.0、1.6、2、4、6、8、10 s)和谱周期(10、20、40、60 s)相匹配,保证原始测井资料质量,提高了资料解释精度。现场试验表明最小测试流量可达到:油管内最低水量5.0 m3/d,套管内最低水量12.0 m3/d。不同流量活化时间、采集谱周期建议如表1所示。

表1 不同流量活化时间、采集谱周期建议Tab.1 Suggestion on activeness time and spectrum-picking period of different flow

2 多功能水流时间谱测井技术应用

2.1 确定窜槽位置

油井含水突然上升,可能是发生管外窜,可利用水流时间谱测井来确定窜槽位置。H12-xxx井是一口油井,日产液31.0 m3,日产油0.6 t,综合含水98.1%,含水较高,怀疑套管外有窜槽。为此,进行了水流时间谱测井,测量井段为1 965.0～2 625.0 m,。测试结果显示,在第42号层以上,水流谱曲线无异常,在第42号层以下并未射孔,但仍有下水流显示,直至第45号层以下无水流。分析套管窜漏在第42号层以下,为管外窜槽,解释成果如图2所示。后根据解释成果实施封窜堵漏措施后,日产液24 m3,日产油1.8 t,含水下降到92.5%,效果明显。

图2 H12-xxx井水流时间谱测井成果Fig.2 Logging result of Well H12-xxx water flow time spectrum

2.2 判断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层,注水压力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,目的是为了卡封2～15号层,希望采用井口分注将注入水通过油管全部注到16～59号层。为了了解该井注水效果,2007年6月对该井进行了水流时间谱测井。测井时,仪器在451.3 m测量油管内下水流为98.2 m3,与井口配注量吻合,而在501.7 m测量油管内下水流为44.3 m3,环空内下水流为53.88 m3,证明油管在450～500 m井段内存在漏失,漏失量为53.88 m3,漏失的水通过油套环空注入到2～15号层,资料解释成果如图3所示。采油厂依据解释结果对注水管柱进行了更换,恢复了该井的正常注水。

图3 W33-xxx井水流时间谱测井成果Fig.3 Logging result of Well W33-xxx water flow time spectrum

2.3 判断套管漏失位置及漏失量

W92-xx井是1998年3月转注的一口注水井,注水井段2 693.0～2 842.4 m,射孔32.0 m/ 19层,日注水100.0 m3。2007年6月,注水压力突然下降,注水量增加,怀疑套管可能出现漏失,为此,进行了水流时间谱测井找漏。将仪器下入井中,注水压力稳定在19.0 MPa后,仪器在21.0 m处开始定点测量,之后向下监测,在井温异常处进行定点测量,采用逐点逼近法找出漏点位置,测井成果如图4所示。在132.4 m处所测的定点流量为107.0 m3/d,与井口处的吻合,而在142.3 m处所测的定点流量为40.4 m3/d,说明此段有漏失,漏失量为66.6 m3/d,且下部存在下水流;于是,继续向下监测,确定第21号层吸水,吸水量为40.4 m3/d。

图4 W92-xx井水流时间谱测井找漏成果Fig.4 Logging result of Well W92-xx water flow time spectrum

2.4 判断遇阻层段吸水情况或砂面是否漏失

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号层,计划第4、5号层为注水层。2007年8月进行水流时间谱测井,测井时喇叭口位置在3 040.0 m,油压16.0 MPa,注水量为58.5 m3,测井成果如图5所示。在3 032.0 m油管内下水流为58.5 m3,在3 036.0 m测量环空上水流为0,在3 049.0 m测量套管内下水流为58.5 m3,分析认为该井灰面漏失,第4、5号层不吸水,注入水全部漏到灰面以下。采油厂根据解释结果,重新打水泥塞面,实现了该井的正常注水。

3 结论

图5 W72-xx井水流时间谱测井解释成果Fig.5 Logging result of Well W72-xx water flow time spectrum

(1)水流时间谱测井技术在注入剖面测井时,不需注入同位素示踪剂,就可以监测油管、油套环空、套管、套管外流体流动方向、流速及流量,很好地解决了注水方式和结构复杂条件下注水剖面的测井问题,克服了常规仪器的不足,完善了生产测井系列。测井时密闭不停井,为中原油田二、三类层细分注水的监测提供了比较理想的测井工艺及方法。

(2)水流时间谱测井找漏找窜,资料解释结果直观、准确,该项技术为制定油、水井封窜堵漏措施方案提供了可靠的依据,应用效果良好。

[1]韩玉堂,林梁,李妍.能谱水流测井技术的研究和推广[J].测井技术,2002,26(4):306-310.

[2]王建民,姜亦中,严青伍,等.氧活化技术在聚合物注入剖面测井中的应用[J].测井技术,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

陈俊营,1967年生,男,工程师,1989年毕业于燕山大学机械专业,现从事油田开发工作。E-mail:zyytyyc@126.com。