CO2驅(qū)吸氣剖面測井技術(shù)優(yōu)選

湯金奎, 高偉, 祝志敏, 李曉萌, 賈倩倩, 劉曉彤

(1.中國石油冀東油田分公司陸上油田作業(yè)區(qū), 河北 唐山 063004;2.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院, 陜西 西安 710018)

0 引 言

注CO2驅(qū)油是廣泛應(yīng)用于油田開發(fā)的新技術(shù)[1-2]。冀東油田柳北區(qū)塊2011年11月在斷層根部開展了注CO2驅(qū)油的先導(dǎo)實(shí)驗(yàn),截至2015年10月試驗(yàn)規(guī)模已擴(kuò)大到7個(gè)井組。為評價(jià)CO2驅(qū)開發(fā)效果以及優(yōu)化調(diào)整注入方案,需準(zhǔn)確掌握每個(gè)斷層的CO2注入量。脈沖中子氧活化測井技術(shù)是現(xiàn)場應(yīng)用最普遍的吸氣剖面測井技術(shù),但存在低流速條件下測試準(zhǔn)確度降低的局限性[3-4]。大慶油田吳華磊[5]、徐海濤[6]等人在吸氣剖面測井技術(shù)的改進(jìn)和應(yīng)用方面做了深入研究,但針對脈沖中子氧活化測井儀器存在測量流量下限較高的問題尚未提出有效的解決辦法。為提高低流速條件下的吸氣剖面測試精度,冀東油田和渤海鉆探測井公司分析了現(xiàn)有吸氣剖面測井技術(shù)的特點(diǎn),開展了吸氣剖面測井技術(shù)適應(yīng)性評價(jià)和優(yōu)選,推廣應(yīng)用了集流傘渦輪流量測井技術(shù)測試吸氣剖面,豐富了吸氣剖面測井技術(shù)系列,成功解決了CO2驅(qū)吸氣剖面測試難題。

1 CO2驅(qū)注入井的特點(diǎn)

(1) 注入介質(zhì)特性不同。CO2臨界壓力pc為7.39 MPa,臨界溫度Tc為31.06 ℃(見圖1)。柳北區(qū)塊CO2注入井井口注入壓力2.9～31.9 MPa,平均23.5 MPa。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)。

圖1 CO2相態(tài)圖

(2) 注入管柱結(jié)構(gòu)不同。柳北區(qū)塊CO2驅(qū)注入井全部采用氣密封籠統(tǒng)注氣管柱,在注入層段以上下入封隔器保護(hù)注氣段以上套管,分為2種情況:喇叭口位于注入層以上;喇叭口位于注入層中部或底部。

2 CO2驅(qū)吸氣剖面測井技術(shù)

2.1 測井技術(shù)優(yōu)選

(1)五參數(shù)吸氣剖面測井。該測井儀器能測量溫度、壓力、流量、自然伽馬、磁定位等5項(xiàng)參數(shù),得到完整的吸氣剖面資料[7]。大慶油田現(xiàn)場測試應(yīng)用僅憑流量曲線無法定量解釋,需結(jié)合溫度拐點(diǎn)情況才可定性分析吸氣層,且測試曲線顯示起伏幅度大,重復(fù)性差,解釋困難,滿足不了油藏動(dòng)態(tài)分析需求[5]。該測井技術(shù)在冀東油田未進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用。

(2) 脈沖中子氧活化測井。脈沖中子氧活化測井適應(yīng)于所有注入方式的注入井,能夠取得豐富的注入剖面信息,一次下井可完成上下流量測井、井溫測井及壓力、密度和自然伽馬測井等參數(shù)的測量[8-10]。冀東油田CO2驅(qū)吸氣剖面最早應(yīng)用的就是脈沖中子氧活化測井技術(shù),采用氧活化水流DSC測井儀,通過12井次的測井,該儀器的流量測量下限在15 m3/d左右,嚴(yán)重影響末端吸氣能力弱的注入層的解釋精度,需要參考溫度曲線的拐點(diǎn)定性判斷是否吸氣。冀東油田的CO2注入井日均注氣量僅為30 t左右,測量流量下限造成的影響尤為突出,定量解釋結(jié)果容易造成單層突進(jìn)和吸氣厚度偏小的假象,給油藏動(dòng)態(tài)分析帶來了一定難度。

(3) 集流傘渦輪流量測井。集流傘渦輪流量測井技術(shù)一般應(yīng)用于油井產(chǎn)液剖面測試,其作用是通過集流效應(yīng)提高流體速度,使之大于渦輪的啟動(dòng)速度,并使渦輪在流體沖擊下隨液量的大小成比例的旋轉(zhuǎn)[11-12]。集流傘渦輪流量測試吸氣剖面利用同樣的原理,超臨界相態(tài)的CO2由進(jìn)氣口流入,經(jīng)過集流傘的集流作用提高流速,帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng),根據(jù)2個(gè)測試點(diǎn)處渦輪轉(zhuǎn)速的差值可間接計(jì)算出層段的吸氣量。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是通過提高低流量條件下的流體流速提高末端吸氣能力弱的注入層的解釋精度,克服了氧活化測井儀啟動(dòng)流量的限制,局限是只能測試?yán)瓤谖挥谧⑷雽右陨系幕\統(tǒng)注入井的吸氣剖面。

2.2 測井資料解釋方法

脈沖中子氧活化測井儀在CO2流動(dòng)方向上設(shè)置伽馬射線探測器,當(dāng)活化的CO2流經(jīng)探測器時(shí),探測器伽馬計(jì)數(shù)率增大,通過測量活化時(shí)間譜計(jì)算出CO2從中子源流到探測器的時(shí)間,結(jié)合儀器源距便可計(jì)算出CO2流動(dòng)速度,在已知流動(dòng)截面的情況下通過流速便可以計(jì)算出CO2的體積流量。同時(shí),采用放射性密度計(jì)測量流體密度,也可以采用壓力梯度求取密度的方法對壓力計(jì)實(shí)測得的所有壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行20 m壓差計(jì)算,求取得到各深度點(diǎn)的密度值,將體積流量換算為質(zhì)量流量。

集流傘渦輪流量吸氣剖面定量解釋主要依據(jù)集流點(diǎn)測轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù),采用針對特定的測井儀器通過流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)建立的解釋圖版或解釋關(guān)系式進(jìn)行資料綜合分析與解釋(見圖2)。由測點(diǎn)的渦輪轉(zhuǎn)速通過解釋關(guān)系式計(jì)算出測點(diǎn)的體積流量值,將2個(gè)測點(diǎn)處體積流量值根據(jù)密度值換算為質(zhì)量流量值,質(zhì)量流量值的差值就是該層段的吸氣量。

圖2 集流傘渦輪流量吸氣剖面解釋關(guān)系式

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況對比

應(yīng)用CO2驅(qū)吸氣剖面測井技術(shù)在柳北試驗(yàn)區(qū)累計(jì)測井16井次,其中脈沖中子氧活化測井12井次,集流傘渦輪流量測井從2015年3月首次現(xiàn)場試驗(yàn)成功后才開始推廣應(yīng)用,截至目前測試4井次,測井施工安全,成功率100%。所測資料中脈沖中子氧活化測井由于測量流量下限的影響,部分弱吸氣層無法定量解釋,造成吸氣層數(shù)和吸氣厚度偏低;集流傘渦輪流量測井可以提高末端吸氣能力弱的注入層的解釋精度,測試結(jié)果更真實(shí)準(zhǔn)確地反映地層吸氣狀況。對比4口注入井2種測井方法定量解釋吸氣剖面結(jié)果,集流傘渦輪流量測井結(jié)果較脈沖中子氧活化測井結(jié)果平均單井吸氣層增加1.3個(gè)層,吸氣厚度增加6.6 m(見表1)。為驗(yàn)證測井資料的可信度及解釋結(jié)論的準(zhǔn)確性,以柳北CO2注入井LB1-28井為例對比2種測井方法的吸氣剖面解釋結(jié)果,為了解該井各層的CO2吸氣狀況,2014年12月、

2015年3月分別進(jìn)行了脈沖中子氧活化和集流

圖3 LB1-28井脈沖中子氧活化測井解釋成果圖

傘渦輪流量測井。

3.1 脈沖中子氧活化測井資料分析

2014年12月31日對LB1-28井進(jìn)行了第4次脈沖中子氧活化測井,解釋成果見圖3。通過測試,得到了該井分層吸氣量的定量解釋結(jié)果,由結(jié)果可知,11c號層吸氣8.4 t/d,12a號層吸氣26.1 t/d,且絕大部分CO2通過12a號層頂部約3.8 m厚度的油層注入地層;但是溫度曲線顯示在12a號層底部、12b號和13號層均有較明顯的拐點(diǎn),密度曲線也顯示拐點(diǎn)在13號層底部2 820 m附近,說明12a號層底部、12b號和13號層均吸入一定量的CO2,只是由于吸氣量較少,流量低于脈沖中子氧活化測井儀的測量下限而無法定量解釋。應(yīng)用脈沖中子氧活化測井儀共進(jìn)行了12井次的測試,發(fā)現(xiàn)在CO2呈超臨界流體的條件下,在139.7 mm內(nèi)徑套管內(nèi)高流量時(shí)成峰效果好;低流量時(shí)成峰較為發(fā)散,其峰位特征不完全符合正態(tài)分布,有輕微拖尾現(xiàn)象。

3.2 集流傘渦輪流量測井資料分析

2015年3月22日對LB1-28井首次進(jìn)行了集流傘渦輪流量測井,解釋成果見圖4。圖4中11c號層吸氣4.1 t/d,12a號層吸氣18.0 t/d,12b號層吸氣4.6 t/d,13號層吸氣5.3 t/d。與2014年12月31日的脈沖中子氧活化測井結(jié)果對比,由于提高了末端弱吸氣能力注入層的解釋精度,定量解釋新增了12a號層底部、12b號、13號層吸氣,與溫度曲線、密度曲線的拐點(diǎn)變化吻合,也與注采動(dòng)態(tài)生產(chǎn)情況吻合。該井主吸氣層仍然是12a號層的頂部,相對吸氣量占40.6%,與脈沖中子氧活化測井解釋結(jié)果一致,說明集流傘渦輪流量測井測試CO2驅(qū)籠統(tǒng)注入井的吸氣剖面結(jié)果可靠。

圖4 LB1-28井集流傘渦輪流量測井解釋成果圖

4 結(jié) 論

(1) 脈沖中子氧活化測井技術(shù)適應(yīng)于所有管柱類型的吸氣剖面測試,但低流速條件下會(huì)降低末端吸氣能力弱的注入層的解釋精度,只能參考溫度和密度曲線的拐點(diǎn)情況定性判斷是否吸氣,解釋精度不能滿足油藏動(dòng)態(tài)分析需求。

(2) 集流傘渦輪流量測井技術(shù)可以通過集流效應(yīng)提高流體流速,測試精度高,測井結(jié)果更真實(shí)準(zhǔn)確地反映出地層的吸氣狀況,但測試受管柱類型限制,只適應(yīng)于喇叭口位于注入層以上的籠統(tǒng)注入井。

參考文獻(xiàn):

[1] 秦積舜, 韓海水, 劉曉蕾. 美國CO2驅(qū)油技術(shù)應(yīng)用及啟示 [J]. 石油勘探與開發(fā), 2015, 42(2): 209-216.

[2] 胡濱, 胡文瑞, 李秀生, 等. 老油田二次開發(fā)與CO2驅(qū)油技術(shù)研究 [J]. 新疆石油地質(zhì), 2013, 34(4): 436-440.

[3] 任曉榮, 魯保平, 黃劍雄. 脈沖氧活化測井技術(shù) [J]. 測井技術(shù), 1999, 23(5): 385-388.

[4] 張予生, 曹和民. 吸氣剖面測井與資料解釋方法 [J]. 測井技術(shù), 1999, 23(增刊): 538-542.

[5] 吳華磊, 王衛(wèi)國. CO2驅(qū)注入剖面測井方法及應(yīng)用 [J]. 測井技術(shù), 2013, 37(2): 196-199.

[6] 徐海濤, 肖勇, 劉興斌. 氧活化測井技術(shù)在二氧化碳吸氣剖面中的新應(yīng)用 [J]. 石油儀器, 2011, 25(5): 42-48.

[7] 劉森, 熊廷柱, 劉俊霞, 等. 五參數(shù)注水剖面測井在中原油田的應(yīng)用 [J]. 測井技術(shù), 2002, 26(6): 514-518.

[8] 馬煥英, 趙捷, 吳樂軍, 等. 氧活化測井水流時(shí)間譜解釋方法研究 [J]. 測井技術(shù), 2013, 37(4): 368-373.

[9] 王林根, 吳樂軍, 黃志潔, 等. 氧活化水流測井在渤海油田的應(yīng)用 [J]. 測井技術(shù), 2010, 34(1): 64-68.

[10] 李波, 楊波, 李薇. 脈沖中子氧活化測井技術(shù)在杏北油田的應(yīng)用 [J]. 測井技術(shù), 2006, 30(2): 180-183.

[11] 郭海敏, 戴家才, 陳科貴. 生產(chǎn)測井原理與資料解釋 [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2007: 62-68.

[12] 王成榮, 艾望希. 吐哈油田過油管傘式集流型產(chǎn)液剖面測井技術(shù)的應(yīng)用 [J]. 測井技術(shù), 2002, 26(4): 321-324.