氧活化測井技術在塔里木油田應用中存在的問題及對策研究

揭志軍,郭海敏,鄧瑞 (長江大學地球物理與石油資源學院,湖北武漢 430100)

張金海,馮志勇,霍勇,馮婷婷 (中國石油集團測井有限公司,陜西西安 710077)

氧活化測井技術在塔里木油田應用中存在的問題及對策研究

揭志軍,郭海敏,鄧瑞 (長江大學地球物理與石油資源學院,湖北武漢 430100)

張金海,馮志勇,霍勇,馮婷婷 (中國石油集團測井有限公司,陜西西安 710077)

氧活化測井技術是近年來發展并規模應用的一種監測井下流體流動狀態的一種測井方法,為各大油田注采剖面監測提供了大量可靠的資料。塔里木油田以往皆采用同位素示蹤法了解注水井吸水情況,現在引入氧活化測井技術測取注水剖面資料,應用優勢明顯,但在應用過程中不可避免出現了一系列問題。在闡述氧活化測井基本原理的基礎上,對塔里木油田氧活化測井技術使用存在的問題進行了分析(深度歸位和雙峰問題),并提出相應的解決方法。建議采用合理的測井工藝和施工保證測井資料質量,并總結了一系列資料采集整改措施和建議:在測井時必須重視測前設計和測井過程控制2項工作和堅持水流追蹤、異常驗證、儀器適用3項原則,從而最大限度減少資料錄取問題,避免低效甚至無效的動態監測費用投入,提高解釋精度。

塔里木油田;氧活化測井技術;深度歸位;雙峰問題;測井資料

脈沖中子氧活化水流測井是由美國Schlumberger公司于1991年提出,用于探測垂直井中注水井或高含水產出井的水流狀況,確定水流速度、方向和流量的一種測井方法。脈沖中子氧活化水流測井(簡稱氧活化測井)的物理基礎是脈沖中子與氧元素發生作用,使活化后的氧原子放射出特征伽馬射線,繼而被探頭探測來確定儀器周圍含氧流體流動情況,由于氧活化測井不使用任何放射性示蹤劑,沒有污染,也不像同位素示蹤容易受到沾污、沉降以及大孔道、裂縫發育等因素影響,故在注水井吸水剖面測井中氧活化測井技術得到了規模應用。由于特征伽馬射線可以穿透井眼流體、油套管及固井水泥環輻射20～30cm,故氧活化測井可以探測到油管內、油套環形空間以及套管外含氧流體的流動狀況,因此,該方法既可在油套管內測注采剖面,又可監測油-套環空水流量,還可監測可能存在的管外竄槽情況;同時,氧活化測井技術測量油套管或環形空間水流時不受水流礦化度、黏度等的影響,在部分注聚合物井中依然適用。由于氧活化測井具有以上的眾多優點,自儀器研究生產以來,普遍受到用戶的歡迎。隨著該技術的不斷完善,氧活化測井已經成為了測注水剖面的主要技術手段,為各大油田提供了大量可靠的測井資料。但氧活化測井在油田推廣應用過程中,依然有其適用范圍與局限性,為使該技術更好為各大油田服務,筆者介紹了氧活化測井技術在塔里木油田解釋應用過程中遇到的問題及相應的解決經驗。

1 氧活化測井基本原理

氧活化測井是一種測量水流速度的測井方法[1]。中子源發射14MeV的快中子可以和水中的氧核發生反應,反應產生的16N以7.13s的半衰期進行衰變,16N衰變發射γ射線[1],通過對16N發射的γ射線進行探測,可以知道儀器周圍16O的分布,從而判斷出儀器周圍水流動情況。氧活化測井是一種示蹤流量測井,示蹤劑是被高能中子活化的水[2-10]。反應式為:

當中子發生器發射后,儀器周圍的氧元素被活化,含活化氧原子的水隨水流流動。在水流動方向上設置伽馬探測器,當活化水流經探測器時,該探測器伽馬計數率增大,通過測量活化時間譜,可以計算出水流從中子源流到探測器的時間tm。計算公式為:

式中,tm為計數時間道址,即目標時間;ta為爆發時間,看作中子發射時間的寬度;f(t)是探測器計數率隨時間變化的函數。若以L表示源距,水流速度v為:

因為發射器到探測器的距離已知,流經時間測出后,可以計算水流速度。在已知流動截面的情況下,通過水流速度便可計算出水的流量Q:

式中,Q為流量;v為水流速度;A為流管橫截面積。

2 塔里木油田氧活化技術應用現狀

目前塔里木油田使用氧活化測井技術主要應用于測注水井注水剖面以及工程找水找竄,其管柱大多為?28 in(壁厚5.51mm)和?3r2 in(壁厚6.45mm)油管及?5r2 in(壁厚9.17mm)和?7in(壁厚10.36mm)套管,注水方式為籠統注水和分層配注2種,采用的儀器有四探頭和九探頭。圖1所示為塔里木油田生產區塊使用的氧活化水流九探頭儀器源距示意簡圖。

圖1 九探頭氧活化能譜水流測井儀儀器源距示意圖

2.1 深度歸位分析

氧活化水流測井采用點測方式測取解釋資料,每個測點對應一個深度,記錄測點深度流量,劃分吸入量,因而測點深度尤為重要,若測點深度有誤,小則造成生產井主吸水層發生變化,重則造成完全錯誤的解釋結果,引發錯誤的施工,增加施工作業費用,給整個開發井組造成較大的負面影響,延緩塔里木油田2014年底實現3000×104t油氣當量的步伐。

以塔里木油田目前使用的九探頭儀器為例,探頭間的距離在0.735～5.747m,小隊測井時以U4探頭深度作為測點深度,因此可看出測點深度跟下測探頭相距較遠,這足以造成錯誤的解釋結果,當兩吸水層間距較遠時對解釋結果無影響,但當間距較小時,必須做深度歸位分析。HD-XXX井為塔里木地區一口注水井,實際注水量為165m3/d,能譜水流監測全流量為156.96m3/d。由圖2可知,該井三射孔層相隔較近,如按小隊測點深度進行解釋,可看出底部射孔層沒有吸水。遇此情況,解釋人員應對測點深度做歸位分析,歸位到探頭深度進行解釋。圖3為深度歸位分析后的成果圖,可看出底部射孔層吸水66.19m3,吸水占比42.17%,為該井主吸水層之一,結論符合生產自然伽馬和溫度曲線的定性指示。故進行氧活化測井解釋時,定要考慮小隊測點深度與探頭深度之間的距離差,尤其在2射孔間距較小時,必須要做深度歸位分析,以保證解釋精度。

圖2 HD-XXX井能譜水流歸位前解釋成果圖

圖3 HD-XXX井能譜水流歸位后解釋成果圖

2.2 雙峰問題分析

氧活化測井探測的是活化氧原子,記錄氧原子被活化到被探頭探測所經過的時間(渡越時間),由于距離已知,計算水流速度,從而算出流管流量,因此只要有流動活化氧原子,就可能被探測到,在配注井中,水從油管注入,部分水經由配水器進入油套環空,剩余的水繼續在油管中向下流動,油套環空和油管中的水流就有可能在流速相差不大時,同時被探測器探測到,形成2個流水峰,即油管峰和環空峰。圖4為同一口井相鄰測點探測到的譜峰圖,從圖4中可以看出,后譜峰水流量變小,指示該譜峰為油套環空譜峰,因為當油管完好,在未遇到下一配水器前,油管流量不變,而環空流量則因進入吸水層而減少。同時,環空直徑比油管內徑大多了,在流量相差不大時,油管中的流速會比環空大,因而到達同一探頭的時間相對較短,因此油管峰通常在前,而且油管內活化水流離探測器近,油套空間中離探測器遠,并且從油管空間中出發的伽馬射線在到達探測器前要經歷油管的散射過程,因此油管譜峰的形狀瘦高,油套環空譜峰呈現矮胖特征。

圖4 DH-XXX井氧活化水流譜峰顯示圖

3 措施

塔里木油田引進氧活化測井技術一年多以來,由于測井經驗尚在慢慢積累階段,使得測井資料經常出現測點偏少,測點深度不合理,未追蹤至零流量,有水流無譜峰等等問題,使得測井資料質量欠佳,給解釋帶來不確定性,降低解釋精度。為此,根據出現的這些問題,筆者建議采用合理的測井工藝和施工保證測井資料質量,并總結了一系列資料采集整改措施和建議:

1)重視測前設計工作。根據歷年注水井監測資料和油藏分析需求,確定合理的采樣點和采集方式。

2)重視測井過程控制工作。及時溝通,油藏把關,以取全取準滿足油藏分析需求的資料為指導思想。

3)水流追蹤原則。只要有上、下水流,必須堅決追蹤,直到水流速度為零。

4)異常驗證原則。只要發現套損、竄槽、封隔器等井下工具失效,必須在合適的深度增加測點,現場即時落實驗證,避免重復施工,降低測量成本。

5)儀器適用原則。必須根據不同的井口注入量優化儀器配置,當流速大于1m/s時,必須配備D4、D5探頭。

只要測井小隊現場堅持以上工作及原則,就能最大限度減少資料錄取問題,從而避免低效甚至無效的動態監測費用投入,同時提高解釋精度。

4 建議

處理氧活化測井資料時,須注意以下幾方面:

1)查看每一口井的井身結構圖,了解其管柱結構,遇到射孔層相隔較近時,要采用經過深度歸位后的探頭深度,養成每口井都深度歸位的習慣,以便更好的了解吸水層位的吸水量。

2)結合管柱情況,綜合分析各水流譜峰響應規律,通常油管峰位在前,形狀瘦高;油套空間峰位在后,形狀矮胖。

3)加強測井小隊施工人員技術培訓,熟悉了解測井過程會影響測井資料質量的每一個細節,堅持以上一系列措施及建議,操作規范,一次取全取準滿足油藏分析需求的資料,減少作業成本,提高測井效率。

4)應用氧活化測井技術除會出現以上較普遍問題,很多小細節都需注意,如注水井沾污嚴重,校深困難,需小隊在測井過程中嚴格校深好;兩射孔層間需增加測點,細分吸水層,配注井中,每個封隔器處都要加設測點,了解封隔器是否失效;無譜峰時,注意對照井溫曲線是否恢復地溫梯度,以此驗證水流是否為零等等。

[1]郭海敏.生產測井導論[M].北京:石油工業出版社,2003:470-476.

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[編輯] 洪云飛

P631.84

A

1673-1409(2014)32-0046-04

2014-06-28

油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學)開放基金資助項目(K2013-02)。

揭志軍(1988-),男,碩士生,現主要從事套管井測井相關方面的研究工作。

[作者簡介]郭海敏(1964-),男,博士(后),教授,博士生導師,現主要從事油藏動態監測方面的教學與研究工作;E-mail: ghm38@yangtzeu.edu.cn。