CO2气源井产气剖面测试方法探索

路远涛

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163153)

0 引 言

CO2气源井测试存在井下压力大、温度高、腐蚀严重和风险大等困难，对测试仪器指标要求高。为确保施工安全和录取到合格资料,需要从井口防喷高压装置、井下仪器、现场施工方案等方面进行科学论证。通过试井压力计测取全井流温、流压资料，了解全井筒二氧化碳流体相态，从而为测井仪器选取提供依据，通过应用氧活化测井技术和PLT测井技术在二氧化碳气源井的应用[1]，通过对比解释,解决了这类井产气剖面测井难题。对于我们来说，CO2产气剖面测试是一项新技术，掌握该技术能为油田开发提供更加可靠的技术支持。

1 气源井情况和高压密闭测试工艺

1.1 气源井情况

海拉尔油田苏X区块目前共有二氧化碳气源井13口，投产6口，海拉尔油田提出对6口二氧化碳驱气源井进行产出剖面测试，了解全井及各层段真实产气及产水状况，通过了解井下管柱情况，给出是否具备测井的条件，见表1。

表1 气源井的基本情况

综上，从以上6口提供的井下管柱、生产数据来看，具备测试条件有4口井，从气源井的CO2含量分析没有丝堵的4口井都具备氧活化测井仪测试条件，其中苏X-2、苏X-3井有喇叭口具备PLT测井仪测试条件。

1.2 气源井高压密闭工艺

气源井高压密闭工艺技术关键在于井口防喷装置及其辅助设施的承压配套和下井仪器的技术性能。气源井的井口密封一般采用高压密闭防喷注脂装置来保障施工人员和环境安全以及测试仪器顺利起下。高压密闭防喷注脂装置是通过气动注脂泵向防喷盒中注入高压高粘度的密封脂，实现测井过程中电缆处于静态和动态的状况下密封井口，或是在施工过程中井口有溢流不能控制及其它意外情况下关闭井口，防止井喷事故的发生。高压密闭防喷注脂装置按压力级别分为35 MPa和70 MPa两种。气井应用70 MPa防喷装置，该防喷装置主要由高压防喷注脂系统、防喷管、捕捉器、封井器及密封系统等部分组成[2]。

2 测井仪器基本情况和选择

2.1 PLT测井仪

仪器结构:由磁性定位器、自然伽马、涡轮流量计、含水率计、流体密度计、井温仪、压力计等组成[3]。仪器可任意组合，一次下井可同时测得7个参数。仪器采用模块化结构，采用遥测技术实现了多参数同时测量和传输。

测井原理:仪器工作时，流体带动叶轮及芯轴一起转动，芯轴另一端的磁芯也随之一起转动；通过布置在磁芯周围的5个磁敏传感器接收磁感应信号，叶轮每转动一圈，5 个磁敏传感器共输出 10 个脉冲信号；测量传感器输出的脉冲数可计算出叶轮的转速，进而根据标定数据可计算出流体的流速。

生产测井组合仪(PLT)采用遥测方式传输井下测井信号，测量探头以组合方式与传输电路进行组合，可用于产出(产液、产气)剖面和注入剖面测井，在产气剖面的测试中，具有较大的优势[4]。

2.2 氧活化测井仪

仪器结构:仪器主要由遥测、上探测器、中子发生器和下探测器组成，如图1所示。

图1 氧活化测井仪结构图

测井原理:氧活化测井利用了快中子对周围介质的活化反应。中子发生器发射14 MeV的快中子，辐射井眼周围和地层中的物质，其中的O16活化后转化成N16，放射性氮同位素发生β衰变，半衰期是7.13 s，通过测量氧活化后发射的特征伽马射线可以探测到氧的存在。在测量中，中子连续发射，使周围的流体中的氧被活化，活化流体依次到达各探测器，在各探测器的时间谱上出现一个峰，根据时间谱上峰的位置可知流体到达各探测器的时间T，由于流体在这段时间走的路程就是各探测器的源距L，则水的速度V=L/T。由于井内套管和油管直径D已知，就可算出通道的截面积S，则流量Q=VS。

基于氧活化测井原理，井内流体是否含有氧原子，因为CO2分子中有氧原子存在，是实施该方法测井的基础[5]。

(1)

式(1)中，ni：每g/m3物质中所包括的是原子个数ρ:该物质的密度，g/m3;N:阿佛加德罗常数，6.024 86×1023;M：该物质的克分子量，g/克分子；Ci：每个分子中第i种元素的个数。由式(1)：

(2)

(3)

氧活化水流测井仪是新一代单芯双向脉冲中子氧活化测井仪，具有一次下井可同时测量上水流或下水流，不但可进行氧活化测井,还可进行自然伽马、井温、压力、中子寿命等测井，由于氧活化测井技术在注水井、注聚井、液态CO2注入井良好的应用效果[6]，所以氧活化测井仪具备进行CO2气源井的产气剖面测井要求。

2.3 测井仪器优选

通过以上对仪器结构和原理的分析，确定PLT测井技术和氧活化测井技术具备CO2气源井的产能测试的条件，能够实现对气源井产能状况进行初步评价[7]。

3 CO2相态特征

CO2在井筒内相态分析:CO2流体与水、三元溶液不同，其相态随着温度压力的变化呈现出一种比较复杂的流体状态，了解CO2流体在井下的流体状态对于油田的开发测试有着十分重要的意义[8]。CO2液体的密度随温度升高而降低，变化范围为463.9～1 177.9 kg/m3；气态CO2的密度随温度的升高而增大,变化范围为13.8～463.9 kg/m3；固态CO2(干冰)的密度范围为1 512.4～1 595.2 kg/m3，其密度随温度的变化不大。

图2为CO2相态分区曲线，它是分析CO2相态的最直观、最简便的相图之一[9]。如图2所示，可知当温度高于临界温度31.19℃时，在任何压力下CO2都为一种超临界气体，不会变为液体或固体；当温度低于临界温度，且压力高于临界压力7.382 MPa时，CO2将为液态；当温度低于临界温度，且压力低于临界压力时，CO2可能为汽态、液态或汽液混合状态。

图2 CO2随温度、压力变化相态分布

4 产气剖面测井效果评价

首先从苏X-2井通过试井对全井流温、流压梯度测试，判断井筒内CO2相态，用PLT和氧活化测井技术进行了剖面测试取得了以下认识：

4.1 苏X-2射孔层温度压力范围

通过试井压力计测试了解苏6-2标井目的层井段的地层温度和地层压力，如图3所示，通过地层原始温度压力曲线分析，确定CO2存在相态见表2。

图3 苏x-2井原始压力、温度曲线

序号地层射孔井段/m地层压力/MPa地层温度/℃流体相态结论1N21643.0～1647.66.5862.09超临界气态2N21649.4～1652.06.6161.61超临界气态3N21653.4～1655.86.6055.34超临界气态4N21671.4～1673.26.5952.95超临界气态5N21676.0～1681.06.6551.25超临界气态

由上表知所有射孔层处的压力小于临界压力7.382 MPa，且温度远高于临界温度31.19 ℃。因此得出目的层处CO2为超临界气体状态[10]。

4.2 PLT和氧活化测井结果对比分析

在目的层段应用PLT和氧活化测井技术，获得测井解释结果，见表3。

表3 测井解释结果

通过以上测井解释结果，对产出剖面流量进行综合分析如下：

1)PLT结果显示：1 649.4～1 652.0 m为主产气层段，该段总产气量为271.85 m3/d，占全井的40.7%。1 676～1 681 m为次产气层段，产气量为199.13 m3/d，占全井的29.9%；1 671.4～1 673.2 m为第三产气层段，产气量146.34 m3/d，占全井的22%，1 643～1 647.6 m不产气。

2)氧活化结果显示：1 649.4～1 652 m为主产气层段，该段总产气量为32.8 t/d，占全井的42.8%。1 676～1 681 m为次产气层段，产气量为25.46 t/d，占全井的32.3%；1 671.4～1 673.2 m为第三产气层段，产气量15.9 t/d，占全井的15.9%。1 643～1 647.6 m产气2.73 t/d，占全井的2.2%。

3)综合PLT及氧活化结果可知，本井1 649.4～1 652 m为主产气层段，1 676～1 681 m为次产气层段，1 671.4～1 673.2 m为第三产气层段。

4)1 643～1 647.6 m处PLT及氧活化结果稍有不符。推测为仪器精确度指标限制，产量低于涡轮启动排量造成的假象。

应用氧活化测井技术对气源井苏x，苏x-1，苏x-2，苏x-2井进行了产出剖面现场应用测试，应用PLT测井技术对气源井苏x-2进行了产出剖面现场应用测试，取得了明显效果。

5 结论及建议

在CO2气源井产气剖面测井过程中，取得以下认识：

气源井测试前，需要用试井的方法对全井进行温度、压力梯度测试，以便于了解全井温度、压力梯度情况，从而确定井筒流体相态，从而对下一步工序选择测井仪器提供科学的依据。通过对CO2气源井测试方法进行初步探索，确定氧活化测井技术和PLT测井技术均可实现CO2气源井的产能测试，能够对气源井产能状况进行初步评价，解决了气源井产气剖面的测试难题。