脈沖氧活化測(cè)井在油田問題井中的應(yīng)用

(大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163453)

0 引 言

從大慶油田某開采區(qū)塊注水開發(fā)這些年來看，現(xiàn)在已進(jìn)入特高含水階段，層系井網(wǎng)多、開采對(duì)象復(fù)雜、油層非均質(zhì)性嚴(yán)重，控水挖潛潛力逐漸變差等狀態(tài)。隨著注聚合物井和復(fù)雜管柱結(jié)構(gòu)井的數(shù)量逐年增加，現(xiàn)有的放射性同位素測(cè)井受自身測(cè)井技術(shù)的限制，對(duì)于解釋過程中所遇到的問題井無法給出準(zhǔn)確的測(cè)井結(jié)果。而脈沖氧活化測(cè)井利用其能在油管內(nèi)探測(cè)管外水流速度及方向的優(yōu)勢(shì)，及通過計(jì)算油管內(nèi)總流量和流向該層段上各射孔層的流量是否符合正常流量流向狀態(tài)，可以檢測(cè)封隔器、擋球等井下管柱工程問題，還可以相對(duì)準(zhǔn)確的給出各層的吸水情況。

1 脈沖氧活化測(cè)井簡(jiǎn)介

1.1 測(cè)井原理

脈沖氧活化測(cè)井是一種測(cè)量水流速度的測(cè)井方法，測(cè)井總原則是對(duì)每一種流體的流動(dòng)均要從它的出現(xiàn)一直測(cè)至其消失為止。每一次測(cè)量都包括一個(gè)很短的活化期 (1～10 s)及緊隨其后的數(shù)據(jù)采集周期(一般為60 s)，當(dāng)水流經(jīng)過中子發(fā)生器周圍時(shí)，被快中子與流體中氧元素活化，活化的水在流動(dòng)過程中發(fā)生β-衰變放射出6.13 MeV的伽馬射線。氧的放射性同位素半衰期為7.13 s，高能伽馬射線能穿透油管、套管和水泥等介質(zhì)。分布于不同源距的3個(gè)探測(cè)器可以觀察到該伽馬射線的變化，通過測(cè)量活化水到達(dá)探測(cè)器所經(jīng)歷的時(shí)間，結(jié)合源距便可計(jì)算出水流速度，在已知流動(dòng)截面面積的情況下，進(jìn)一步計(jì)算出水的流量。

測(cè)點(diǎn)水流時(shí)間tm數(shù)據(jù)計(jì)算及流量Q計(jì)算公式[1]：

(1)

(2)

式中：tm為活化水從中子發(fā)生器流到探測(cè)器的時(shí)間；ta為活化時(shí)間；f(t)為中子脈沖過后探測(cè)器計(jì)數(shù)率隨時(shí)間變化函數(shù)；t為測(cè)量累積時(shí)間；S為水流橫截面積；L為發(fā)射器到探測(cè)器的距離。

1.2 儀器結(jié)構(gòu)

脈沖氧活化測(cè)井儀是由磁性定位器、近中遠(yuǎn)3臺(tái)伽馬射線探測(cè)器、中子發(fā)生器組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。中子發(fā)生器可同時(shí)接入井下儀、分別測(cè)量上、下2個(gè)方向的水流。測(cè)量下水流時(shí)，上中子發(fā)生器工作；測(cè)量上水流時(shí)，下中子發(fā)生器工作。在進(jìn)行脈沖氧活化測(cè)井時(shí)，將儀器下入要求測(cè)量深度處，在配水器上部的封隔器與配水器之間及配水器下部的封隔器之間進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量，計(jì)算上下2個(gè)層段流量差為配水器吸液量。測(cè)量時(shí)，中子發(fā)生器和探頭盡量避開封隔器和配水器，使得測(cè)量更精準(zhǔn)。根據(jù)管柱情況判斷流體是自上而下，還是自下而上注入儲(chǔ)層時(shí)，順著流體的流動(dòng)方向進(jìn)行測(cè)量，直至測(cè)量到零流量。若出現(xiàn)層段流量明顯增大時(shí)，必須將流量調(diào)整到正常狀態(tài)，再重復(fù)進(jìn)行測(cè)量，確定流量是否穩(wěn)定。

圖1 儀器結(jié)構(gòu)圖

2 應(yīng)用效果分析

2.1 檢測(cè)井下工具狀況中的應(yīng)用

脈沖中子氧活化測(cè)井可以根據(jù)環(huán)形空間內(nèi)流體的流動(dòng)速度來判斷井下封隔器的工作狀態(tài)，根據(jù)水流方向判斷喇叭口的位置，檢測(cè)擋球漏失情況。

2.1.1 檢測(cè)封隔器密封性

在分層配注井中，封隔器在環(huán)套空間內(nèi)卡住上下層段，即在一個(gè)上配注層段中最下面射開層位之下和下配注層段最上面射開層位之上是處于無水流狀態(tài)，且油管內(nèi)配水器上下層段流量差應(yīng)該等于該配注層段各層注入量之和，這種狀態(tài)為封隔器正常工作。在資料解釋時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)封隔器不密封的情況，有時(shí)在一口測(cè)井資料中出現(xiàn)幾個(gè)封隔器都不密封，封隔器是否密封影響層段各層水流的走向和流量。

杏01井是2017年3月測(cè)得一口脈沖氧活化測(cè)井，注入方式為分層配注井，注入壓力為11.2 MPa，全井流量為114 m3/d，射孔深度為1 081.8～1 115.4 m。資料解釋時(shí)發(fā)現(xiàn)，全井114 m3/d全部由1 090 m的第二級(jí)配水器進(jìn)入環(huán)套空間在1 092.1～1 103.3 m的第二層段成80 m3/d的下水流，正常井況下，余下34 m3/d水量通過油管由1 114.2 m配水器進(jìn)入下一層段，但是資料顯示余下的34 m3/d水量仍是由環(huán)套空間繼續(xù)向下進(jìn)入1 106～1 115.4 m的第三層段，表明第三級(jí)封隔器不起作用，因此判斷兩層段之間1 102.8m處封隔器不密封。杏01井氧活化測(cè)井成果如圖2所示。

2.1.2 確定喇叭口位置

在籠統(tǒng)注水井中，喇叭口在射孔層段之下，注入水由油管流出喇叭口，經(jīng)過井底由環(huán)套空間上返進(jìn)入層段，但也有部分井喇叭口在所有射孔層段之上，甚至在方案設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)無喇叭口深度的情況，無法準(zhǔn)確給出測(cè)點(diǎn)深度，只能通過測(cè)量流向各層段的水流方向來確定喇叭口位置。例如，杏02井是2015年9月測(cè)得一口脈沖氧活化測(cè)井，注入方式為籠統(tǒng)注水井，注入壓力為11.4 MPa，全井流量為49 m3/d，射孔深度為1 099.6～1 108 m，根據(jù)氧活化方案喇叭口的深度，層段吸入量為環(huán)套上水流，而實(shí)際測(cè)完脈沖氧活化在資料解釋時(shí)發(fā)現(xiàn)該井為套管下水流，因此確定喇叭口實(shí)際深度為1 098.5 m。

杏03井是一口籠統(tǒng)注水井，射孔深度為1 078～1 101.1 m，注入壓力為12.8 MPa，全井流量為59 m3/d。在方案設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)無喇叭口深度，無法判斷水流方向及給出測(cè)點(diǎn)深度，經(jīng)過落實(shí)方案確實(shí)無喇叭口深度。2017年9月測(cè)得脈沖氧活化，資料解釋時(shí)發(fā)現(xiàn)油管內(nèi)1 070 m處測(cè)得全井流量59 m3/d，追蹤到層段下1 106 m處發(fā)現(xiàn)油管內(nèi)無水量，經(jīng)判斷水量為套管下水流，確定喇叭口深度在層段上。

2.1.3 檢測(cè)擋球漏失

杏04井是2015年10月測(cè)得一口分層配注井，注入壓力為11.9 MPa，在第一測(cè)點(diǎn)1 080.9 m處測(cè)得全井流量為75 m3/d，在1 097.3～1 106.4m層段進(jìn)行環(huán)套下水流模式定點(diǎn)測(cè)量流量為29.2 m3/d，其余45.8 m3/d經(jīng)過1 120.2m處配水器為環(huán)套上水流，此時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有15.8 m3/d向上流量，經(jīng)跟蹤發(fā)現(xiàn)在1 120.7～1 121.6 m油管處仍有30 m3/d流量繼續(xù)向下又返回環(huán)套空間進(jìn)入層段，由此判斷為擋球漏失導(dǎo)致水流方向及流量發(fā)生變化。

2.2 提供遇阻深度以下層段的吸水量中的應(yīng)用

在同位素測(cè)井資料解釋中，很難判定遇阻深度之下層段的吸水狀況，測(cè)井時(shí)井況狀態(tài)好的情況下，可根據(jù)遇阻深度以上井溫曲線的變化定性判斷遇阻深度之下層段有無吸水，但無法量化其吸水量，使得解釋剖面不完整，甚至影響到對(duì)全井主吸水層的判定。有時(shí)為了獲得完整的注水剖面，油田還需要進(jìn)一步上措施，并再次測(cè)井了解精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。但脈沖氧活化測(cè)井可以對(duì)遇阻深度以下層段的情況進(jìn)行量化，并且不影響對(duì)全井主吸水層的判定，可以為油田生產(chǎn)節(jié)約成本。

杏05井為一口籠統(tǒng)注水井，注入壓力為12.4 MPa，全井流量為65 m3/d，射孔深度為1 046.5～1 113.9 m。

圖2 杏01井氧活化測(cè)井成果圖

2017年4月進(jìn)行脈沖氧活化測(cè)井時(shí)，儀器在1 110 m遇阻，PI42層位于遇阻深度以下，氧活化測(cè)井儀探測(cè)到遇阻深度之下有13 m3/d的流量，該井沒有特殊情況，分析認(rèn)為PI42層吸入量為13 m3/d。如果采用同位素測(cè)井方法，由于受工具遇阻影響，對(duì)于遇阻層段就不能對(duì)其吸水層進(jìn)行量化。

2.3 驗(yàn)證注入井的井身結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

由于脈沖氧活化測(cè)井儀在測(cè)井時(shí)，可以通過流速的突變來判斷和尋找油管結(jié)構(gòu)是否完好，因此該儀器可對(duì)注入井的井身完整性進(jìn)行檢驗(yàn)。2017年6月對(duì)杏06井進(jìn)行脈沖氧活化測(cè)井，注入方式為籠統(tǒng)注水，注入壓力10.6 MPa，全井流量為64 m3/d，喇叭口深度為1 103.9 m。正常情況下，經(jīng)測(cè)得發(fā)現(xiàn)1 083.6～1 091.3 m層段處應(yīng)為環(huán)套上水流，但資料顯示64 m3/d流量進(jìn)入1 083.6～1 091.3 m層段為環(huán)套下水流，由此追蹤在350 m以上油管漏失。杏06井氧活化測(cè)井成果見表1。

表1 杏06井氧活化測(cè)井成果表

3 結(jié)束語

1)脈沖氧活化測(cè)井克服了示蹤劑沾污、沉淀、聚堆、地層漏失等影響，能夠客觀準(zhǔn)確地反映管內(nèi)管外流體流速，且測(cè)量結(jié)果不受井內(nèi)液體粘度的影響，可以廣泛適用于注水井、注聚合物等注入井的注入剖面測(cè)試。

2)通過對(duì)油田問題井的實(shí)例分析，表明脈沖氧活化測(cè)井在檢測(cè)井下工具狀態(tài)、井身機(jī)械完整性以及注入井的注入剖面中得到較好的應(yīng)用。

3)脈沖氧活化測(cè)井的資料成果可以更精細(xì)地反映井下各層段的吸水狀況，解決了許多工程技術(shù)問題，為資料的綜合分析和解釋提供了有利條件，進(jìn)一步為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。