CO2驅(qū)注入剖面測井方法及應(yīng)用

吳華磊，王衛(wèi)國

（1.大慶油田有限責(zé)任公司測試分公司，黑龍江 大慶 163514；2.大慶榆樹林油田開發(fā)有限責(zé)任公司，黑龍江 肇東 151100）

0 引 言

為研究低滲透率、裂縫不發(fā)育的扶楊油層有效開發(fā)技術(shù)，大慶油田于2002年底在宋芳屯油田南部開展了扶余油層CO2驅(qū)油現(xiàn)場試驗，并見到一定效果。2007年擴大試驗區(qū)，CO2驅(qū)試驗投入開發(fā)井?dāng)?shù)逐年增加。目前，注CO2驅(qū)油井芳××試驗區(qū)有14口，榆樹林油田樹×××試驗區(qū)有7口，海拉爾油田貝××試驗區(qū)有9口，總井?dāng)?shù)達(dá)到30口。

油田為評價CO2驅(qū)開發(fā)效果，提高采收率，迫切需要了解各生產(chǎn)層是否吸入及吸入量。大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司分析了現(xiàn)有注入剖面測井技術(shù)的特點和現(xiàn)場適應(yīng)性，結(jié)合CO2驅(qū)井的特殊性，開展了相應(yīng)的注入剖面測井方法研究和現(xiàn)場應(yīng)用。

1 CO2驅(qū)井的特點

CO2驅(qū)井與一般注水井相比，在管柱結(jié)構(gòu)、注入介質(zhì)以及施工安全方面存在3個方面的特點。

（1）完井管柱結(jié)構(gòu)不同。試驗初期CO2驅(qū)井均采用籠統(tǒng)注入方式，分2種情況：一種是完井管柱置于井底；另一種是完井管柱位于油層上20m左右，2種結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 注CO2驅(qū)井管柱結(jié)構(gòu)示意圖

（2）注入介質(zhì)特性不同。根據(jù)CO2的相態(tài)圖，CO2臨界壓力（pC）為7.39MPa，臨界溫度（TC）為31.06℃。因此，在正常注入條件下，CO2在井筒內(nèi)的相態(tài)只有液態(tài)與超臨界流體2種相態(tài)（見圖2）[1]。CO2具有腐蝕性，其對鋼絲的腐蝕速率受溫度影響較大，當(dāng)實驗溫度為60℃～120℃時，腐蝕速率隨著溫度的上升而增大，當(dāng)溫度超過120℃，鋼絲的腐蝕速率隨著腐蝕溫度的升高而下降。因此，要求測井電纜應(yīng)具有抗腐蝕性。

圖2 CO2相態(tài)圖

（3）測井施工安全要求不同。在CO2驅(qū)測井施工中溫度壓力的變化使其相態(tài)發(fā)生變化，極易形成水合物，將測井電纜、儀器“凍”住，如判斷和操作不當(dāng)，會造成儀器掉落等施工事故。為保證CO2驅(qū)井測井施工安全，防噴、防凍是必須解決的問題。

2 CO2驅(qū)注入剖面測井方法

2.1 測井施工工藝

密閉措施：分析應(yīng)用 GSG-35和 GSFP6-70高壓防噴裝置。GSG-35防噴裝置主要由密封頭和防噴管組成，密封鋼絲直徑為2.4mm，防噴管通徑為50mm，工作壓力為35MPa，密封方式手動密封。GSFP6-70防噴裝置主要由防噴盒、防噴管、防噴器、捕捉器組成，密封鋼絲直徑為2.4～2.8mm，防噴管通徑為62mm，工作壓力為70MPa，密封方式采用手動密封和注脂液壓密封2種方式。

防凍措施：在測試時準(zhǔn)備甲醇或柴油，測前先加入防噴管內(nèi)，防止液體CO2返入防噴管，能有效降低水合物形成的概率，為防止凍井，現(xiàn)場是用注脂泵向防噴管內(nèi)注入柴油。

2.2 測井技術(shù)優(yōu)選

分析注入介質(zhì)特性，對現(xiàn)有的注入剖面技術(shù)進行綜合對比，優(yōu)選出五參數(shù)吸氣剖面測井、脈沖中子氧活化測井2項技術(shù)。

（1）五參數(shù)吸氣剖面測井。由于CO2具有腐蝕性，測試鋼絲、電纜應(yīng)具有防腐蝕性能，結(jié)合氣井測試防腐手段，首先考慮應(yīng)用試井工藝解決測井問題，為此在注入剖面測井中首次引入了五參數(shù)吸氣剖面測井技術(shù)。該儀器能測量溫度、壓力、流量、自然伽馬、磁定位等5項參數(shù)，從而得到完整的注入剖面資料。儀器由高能電池供電，溫度測量采用PT1000作為傳感器；壓力測量采用靜壓傳感器，流量測量采用渦輪流量計測中心流速的方法。

（2）脈沖中子氧活化測井技術(shù)。脈沖中子氧活化測井技術(shù)作為在用的成熟的注入剖面測井方法，能夠取得豐富的注入剖面信息。結(jié)合注入井完井管柱，對于管柱下入位置位于井底以及分層配注的情況，在CO2驅(qū)注入剖面測井中首次應(yīng)用了脈沖中子氧活化測井技術(shù)。一次下井可完成氧活化測井的上下水流測井、井溫測井及壓力、自然伽馬、套管接箍等參數(shù)的測量。

2.3 測井資料解釋方法

從CO2相態(tài)圖上可以看出，在井下CO2是以超臨界流體的形式存在，五參數(shù)吸氣剖面測井可直接解釋。

對于氧活化測井解釋，不同介質(zhì)中氧原子的含量不同，測井曲線的響應(yīng)也不同。密度為0.7g／cm3的CO2中氧原子的含量為0.193×1023個／cm3；密度為1.0g／cm3的H2O中氧原子含量為0.337×1023個／cm3。在實際測井過程中，相對于注水井，CO2注入井的氧活化測井曲線峰值會有所降低，但仍然可以被明顯探測到，通過解釋計算CO2在井內(nèi)的流速，進而得到體積流量。

采用壓力梯度求取密度的方法，對壓力計實測得的所有壓力數(shù)據(jù)進行了20m壓差計算，求取得到了各深度點的密度值，對所取得的密度值進行回歸分析，可以計算出每100m測井段的密度變化。

圖3是某井實測資料密度隨深度變化情況，該測量井段的密度變化每百米ρ為0.02g／cm3。

圖3 CO2密度隨深度變化情況

資料解釋方法的關(guān)鍵是質(zhì)量流量與體積流量的換算：質(zhì)量流量＝測量體積流量×ρ。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

應(yīng)用CO2驅(qū)注入剖面測井方法在芳××試驗區(qū)及樹×××試驗區(qū)累計測井38井次，測井施工安全、成功率100%。從所測資料看，五參數(shù)吸氣剖面測井技術(shù)井溫曲線指示明顯，結(jié)合溫度拐點的情況，可定性分析吸氣層；脈沖中子氧活化測井技術(shù)完全可以錄取注液態(tài)CO2吸氣剖面資料，反映井下信息更精細(xì)。

芳186-×××井是芳××試驗區(qū)1口注CO2井，為了解該井分層注入情況，2009年4月、2009年7月分別進行了五參數(shù)注入剖面測井、脈沖中子氧活化測試。

3.1 五參數(shù)吸氣剖面測井資料分析

芳186-×××井測井前已經(jīng)連續(xù)配注入10個月，注入井狀態(tài)穩(wěn)定。為了解注氣井壓力、溫度變化情況及各小層的吸氣情況，2008年10月17日對芳186-×××井進行五參數(shù)注入剖面測試，測試期間總體動態(tài)情況為注入壓力16MPa，注入量90m3／d，解釋成果見圖4。

從圖4可以看出，芳186-×××井采用了完井管柱置于井底、射孔層上一配的籠統(tǒng)注入方式。此時所測壓力響應(yīng)正常，流量曲線除在一配處有明顯拐點外，在射孔層處無明顯響應(yīng)，即僅憑流量曲線無法定量解釋。分析溫度曲線，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)射孔層井溫響應(yīng)明顯，最后結(jié)合溫度拐點的情況，定性分析認(rèn)為FI42、FI61、FI7層吸氣。

圖4 芳186-×××五參數(shù)吸氣剖面測井儀解釋成果圖

應(yīng)用五參數(shù)吸氣剖面測井儀進行了26井次的測試，發(fā)現(xiàn)在CO2呈超臨界流體的條件下，在139.7mm套管內(nèi)，井溫曲線指示明顯，結(jié)合溫度拐點的情況，可定性分析吸氣層；磁定位射孔層顯示不清楚，無法作為校深依據(jù)；測試曲線顯示起伏幅度大且重復(fù)性差，解釋困難。

3.2 脈沖中子氧活化測井資料分析

2009年7月9日對芳186-×××井進行了脈沖中子氧活化測試，解釋成果見圖5。通過測試，得到了該井分層吸入量的定量解釋結(jié)果，與五參數(shù)吸氣剖面測井儀應(yīng)用井溫定性解釋結(jié)果基本一致。

圖5 芳186-×××脈沖中子氧活化測井解釋成果圖

應(yīng)用脈沖中子氧活化測井儀進行了12口井的測試，發(fā)現(xiàn)在CO2呈超臨界流體的條件下，在139.7mm套管內(nèi)，高流量時成峰效果好；低流量時成峰較為發(fā)散，其峰位特征不完全符合正態(tài)分布，有輕微的拖尾現(xiàn)象；由于受儀器源距的限制，氧活化測井儀的測量下限為10m3／d。

4 結(jié) 論

（1）針對CO2驅(qū)井的注入剖面測井，首先應(yīng)確保密閉，GSFP6-70防噴裝置密封方式有手動密封和注脂液壓密封2種方式能滿足要求；在測試時準(zhǔn)備甲醇或柴油，測前先加入防噴管內(nèi)，防止液體CO2返入防噴管，降低水合物形成的幾率。

（2）從目前試驗初期來看，注入井皆采用籠統(tǒng)注入方式，脈沖中子氧活化測井技術(shù)完全可以錄取注液態(tài)CO2吸氣剖面資料，反映井下信息更精細(xì)，為資料的綜合分析和解釋提供了條件。

（3）從所測資料統(tǒng)計分析，五參數(shù)吸氣剖面測井技術(shù)井溫曲線指示明顯，結(jié)合溫度拐點的情況，可定性分析吸氣層；脈沖中子氧活化測井技術(shù)可以定量給出各層的吸入量，但低流量時成峰較為發(fā)散，其峰位特征不完全符合正態(tài)分布，有輕微的拖尾現(xiàn)象由于受儀器源距的限制，氧活化測井儀的測量下限為10m3／d。

[1]余曉愛.超臨界流體技術(shù)的原理及其應(yīng)用[EB／OL].http：∥www.docin.com／p-496630655.html，2012-10-12.