蔣國(guó)棟周延芳賈慧麗李宏魁李曉蕾黃 強(qiáng)張素光

(1.中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院 河南濮陽(yáng)) (2.中原油田分公司天然氣產(chǎn)銷廠 河南濮陽(yáng))

油水井漏竄識(shí)別新技術(shù)在中原油田的應(yīng)用

蔣國(guó)棟1周延芳2賈慧麗1李宏魁1李曉蕾1黃 強(qiáng)1張素光1

(1.中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院 河南濮陽(yáng)) (2.中原油田分公司天然氣產(chǎn)銷廠 河南濮陽(yáng))

文章論述了脈沖氧活化監(jiān)測(cè)技術(shù)的反應(yīng)原理和測(cè)量原理,介紹了脈沖氧活化找漏找竄測(cè)井技術(shù)。該技術(shù)能準(zhǔn)確地探測(cè)油套管內(nèi)外的水流情況,準(zhǔn)確判斷油、水井竄漏部位,定量分析注入井的注入剖面。該技術(shù)在中原油田進(jìn)行了多井次的測(cè)試應(yīng)用,取得了很好效果。

脈沖氧活化;油水井找漏找竄;應(yīng)用效果

0 引 言

油水井漏竄問題已經(jīng)成為目前國(guó)內(nèi)外各個(gè)油田開發(fā)中普遍存在的問題,尤其是開發(fā)中后期,油水井漏竄現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重,造成注采失衡,嚴(yán)重影響油田的正常生產(chǎn)。

中原油田是一個(gè)多層系、多油藏類型的復(fù)雜斷塊油氣田,受高溫、高壓、高礦化度、層系多、層間差異大、膏鹽層蠕動(dòng)等因素的影響,固井一、二界面膠結(jié)不好,造成套管外竄槽和灰面漏失嚴(yán)重。常規(guī)的竄漏識(shí)別技術(shù)主要有:井溫、同位素、中子壽命、固井質(zhì)量、聲波-變密度等測(cè)井方法,但這些方法受測(cè)井條件限制,不能非常準(zhǔn)確的確定出水點(diǎn)、漏失點(diǎn)(面)及出水層位。在以往的很多堵水措施中,用常規(guī)找水方法找出出水層位進(jìn)行堵水措施,結(jié)果堵水效果不理想甚至無(wú)效。

近年發(fā)展起來(lái)的脈沖中子氧活化測(cè)井技術(shù),是有別于其它流量測(cè)井的一種獨(dú)特方法,其獨(dú)特之處在于它無(wú)阻流和機(jī)械傳動(dòng)部件,無(wú)井下污染、高穿透、高精度、流量測(cè)量范圍廣,探測(cè)器無(wú)須與流體介質(zhì)接觸便能測(cè)量流量,所以對(duì)油套環(huán)空、套管外的第一界面流動(dòng)的水和流動(dòng)方向監(jiān)測(cè)有獨(dú)到之處。通過氧活化測(cè)量可以監(jiān)測(cè)在井下的水流方向及流量大小,準(zhǔn)確判斷管外竄槽的位置及方向,為制定增產(chǎn)措施提供可靠依據(jù)。但是由于油藏類型的不同,地應(yīng)力變化不同造成油水井竄漏的多樣性和不確定性,如果測(cè)前設(shè)計(jì)不合理,測(cè)試資料往往無(wú)法識(shí)別是管外水流還是管內(nèi)水流,有時(shí)甚至監(jiān)測(cè)不到水流,從而無(wú)法識(shí)別竄槽位置,因此應(yīng)根據(jù)具體的井況條件,進(jìn)行測(cè)試工藝的合理優(yōu)化,提高測(cè)試成功率,準(zhǔn)確識(shí)別漏竄位置和水流方向。

1 原理簡(jiǎn)介

脈沖中子氧活化技術(shù)一個(gè)主要特點(diǎn)是,直接測(cè)量計(jì)數(shù)率流動(dòng)剖面,即在已知距離上測(cè)量流動(dòng)時(shí)間。合理地選擇源距以及活化時(shí)間之后,使用一個(gè)探測(cè)器就可以滿足從2ft/min到140ft/min較大的測(cè)量范圍。利用活化總計(jì)數(shù)率的累計(jì),得到準(zhǔn)確的流動(dòng)時(shí)間,再根據(jù)水流空間的大小,定性得到竄漏水流的流量。

1.1 氧活化反應(yīng)的原理

反應(yīng)式:16O(n,p)16N→16O+γ′

發(fā)生(n,p)反應(yīng)的中子能量閾值:En=10.2MeV

氧活化反應(yīng)的截面:σb=45mb

N衰變反應(yīng)的半衰期:7.13s

衰變規(guī)律:n=n0e-λt

衰變常數(shù):λ=5.83min-1

衰變產(chǎn)生的伽馬射線能量:Er=6.13MeV

衰變幾率:69%γ=6.13MeV

射線產(chǎn)生幾率:97%

中子發(fā)生器中子能量:En=14MeV

1.2 測(cè)量原理

測(cè)量原理示意圖如圖1所示,氧活化測(cè)井時(shí),每次測(cè)量都包括一個(gè)短的活化期(一般1s～10s),然后緊跟著就是數(shù)據(jù)采集期(典型值為60s)。當(dāng)水流經(jīng)過中子發(fā)生器周圍時(shí),被快中子活化,被活化的水在流動(dòng)過程中發(fā)生β-衰變釋放出6.13MeV的伽馬射線,這樣活化水流過4個(gè)不同源距的探測(cè)器時(shí),便可以計(jì)算活化水流過的時(shí)間,然后結(jié)合源距就可計(jì)算水流速度。根據(jù)記錄的時(shí)間譜用氧活化解釋軟件進(jìn)行處理,求得水流從中子發(fā)生器流到探測(cè)器的時(shí)間 tm。

由 Q=S×(L/tm)求得流量。

式中,Q為流量,m3/d;S為水流通過的有效截面積,m2;L為探測(cè)器到中子管的距離,m;tm為氧活化后探測(cè)器探測(cè)到伽馬射線的平均時(shí)間。

在已知流動(dòng)截面面積的情況下,根據(jù)被測(cè)井的實(shí)際情況,選擇流體空間,根據(jù)公式即可計(jì)算出油管內(nèi)、環(huán)空內(nèi)、套管內(nèi)及部分套管外的水流流量。

圖1 測(cè)量原理圖

2 漏竄復(fù)合識(shí)別工藝方法

在現(xiàn)有單芯多功能水流測(cè)井儀的基礎(chǔ)上進(jìn)行軟、硬件的改進(jìn)和完善,大量使用單片機(jī)群、CPLD、DSP及混合電路等技術(shù),形成氧活化、中子壽命、井溫及自然伽馬復(fù)合漏竄識(shí)別監(jiān)測(cè)技術(shù)。先利用四參數(shù)和井溫初步判斷漏失段,再根據(jù)伽馬校深,準(zhǔn)確確定漏失層段具體位置,最后利用水流模式確定漏竄點(diǎn)(面)的漏失量。

2.1 氧活化水流測(cè)試精度的提高

提高測(cè)試精度,首要任務(wù)是提高中子管的產(chǎn)額,保證對(duì)微小流量變化產(chǎn)生的信息能夠及時(shí)捕獲到。經(jīng)西安奧華公司研究,中子管高控電路由以往的調(diào)寬方式改為調(diào)壓方式,使高壓在多方面獲得了突出的改進(jìn)效果,克服了調(diào)寬式高壓的一系列缺點(diǎn)。高壓由“準(zhǔn)備”方式轉(zhuǎn)入“測(cè)井”方式,不再有上沖;活化譜無(wú)須電路作任何補(bǔ)償,即為矩形,這對(duì)于水流測(cè)量的解釋結(jié)果很有幫助。如果發(fā)生器內(nèi)使用1042A中子管,由于該中子管帶有二次電子抑制設(shè)計(jì),同樣的中子產(chǎn)額,對(duì)應(yīng)的靶流較小,這無(wú)疑對(duì)于高壓電路是非常有利的。另外,同樣的中子產(chǎn)額,要求加載的靶壓比MZ-30中子管要低,這也有利于高壓電路的穩(wěn)定。

通過上述部分進(jìn)行改進(jìn)完善后,發(fā)生器工作效率得到了大大提高,進(jìn)行了發(fā)生器工作狀態(tài)評(píng)價(jià)試驗(yàn),試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)如下:

試驗(yàn)?zāi)康?評(píng)價(jià)發(fā)生器中子產(chǎn)額情況、儀器耐溫性能。

試驗(yàn)記錄:常溫:靶壓控制 U=66kV,Ia=70 μA,產(chǎn)額基本在2400左右;高溫(135℃):靶壓控制U=70kV,Ia=76μA,產(chǎn)額基本在2400左右。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,發(fā)生器的中子產(chǎn)額完全能夠滿足水流竄漏識(shí)別的要求。溫度在高溫135℃,近探頭計(jì)數(shù)也在2400左右,儀器工作狀態(tài)穩(wěn)定。

2.2 小流量水流識(shí)別與計(jì)算方法研究

對(duì)于油管內(nèi)流量低于6m3/d,環(huán)空內(nèi)流量低于12 m3/d或套管內(nèi)低于15m3/d的水量,經(jīng)過理論計(jì)算及多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),可以采取相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方法,進(jìn)行定性定量判別,如果定量計(jì)算,誤差較大。

對(duì)測(cè)得的水流時(shí)間譜進(jìn)行解析,根據(jù)計(jì)算模型利用計(jì)算軟件自動(dòng)計(jì)算與人工計(jì)算方法相結(jié)合,分析得出正確結(jié)果。

2.2.1 人工與軟件計(jì)算相結(jié)合

如果測(cè)點(diǎn)處有油管,首先確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的油管峰與環(huán)空峰,譜曲線圖如圖2所示,測(cè)速是200m/h的普曲線,采取與水流運(yùn)動(dòng)方向相反的運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量。

圖2 譜曲線圖

利用譜曲線進(jìn)行計(jì)算軟件和手工結(jié)合計(jì)算:

1、2號(hào)峰利用油管計(jì)算,水流量均為9m3/d;

3、4、5 號(hào)油管計(jì)算是 3m3/d。

根據(jù)相對(duì)流量值計(jì)算表分析:

1、2號(hào)峰是油管峰 ,而 3、4、5號(hào)峰是環(huán)空峰。

選擇環(huán)空參數(shù)進(jìn)行計(jì)算:

3、4、5號(hào)峰計(jì)算結(jié)果在43.5m3/d左右。

如果環(huán)空水流是靜止的,從相對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)井產(chǎn)生的流量表中可以查出:流量應(yīng)是35.96m3/d;人工計(jì)算環(huán)空內(nèi)水流量:43.5-35.96=7.54m3/d。

2.2.2 小流量測(cè)量原則

流量低,采取反向運(yùn)動(dòng)時(shí),可以將最小測(cè)量值提高,同理流量高時(shí),可以采取同向運(yùn)動(dòng)方法,將最高流量值降低。對(duì)于無(wú)法判別流量流向的,可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的管柱情況,合理判斷后選擇測(cè)量的方向,如果不能測(cè)到數(shù)據(jù)就選擇相反的方向再測(cè)量。選擇不同的速度,以可以測(cè)到異常峰為準(zhǔn),從而提升儀器的測(cè)量范圍。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況與典型井例分析

3.1 生產(chǎn)過程中含水上升,氧活化確定漏、竄部位

新衛(wèi)2-41是中原油田衛(wèi)城油田的一口油井,該井生產(chǎn)層位是沙二下2-3沙三上1-3,生產(chǎn)井段為2 292.6m～2492.9m,生產(chǎn)過程中含水上升。應(yīng)用氧活化測(cè)試進(jìn)行竄漏監(jiān)測(cè),測(cè)試結(jié)果:在2050.7m～2 057.2m之間套管漏失,有竄槽現(xiàn)象存在。測(cè)井成果圖如圖3所示。

圖3 測(cè)井成果圖

3.1.1 竄漏識(shí)別測(cè)試工藝

模擬注水井,下一根油管,下端接喇叭口,采用籠統(tǒng)正注方式,進(jìn)行測(cè)試。泵壓7.0MPa,日注水量164 m3/d。

①連接井口,啟泵注水。②下放儀器,同時(shí)測(cè)量四參數(shù)(壓力、溫度、磁定位、伽馬),伽馬用于校深;溫度用來(lái)確定大致漏竄位置;壓力用來(lái)觀察注水壓力的穩(wěn)定性。③注水壓力穩(wěn)定在7MPa時(shí),日注水量為164 m3/d,點(diǎn)測(cè)溫度變化量較大位置的流量。

3.1.2 測(cè)試結(jié)果分析

由圖3可知:①2050m～2070m之間,溫度變化明顯,但此段沒有層位存在,可以初步確定此位置存在漏失,從溫度反應(yīng)來(lái)看漏點(diǎn)應(yīng)在2052m處。②點(diǎn)測(cè)流量2057.2m處流量為67m3/d,2050.7m處流量為163m3/d,漏失水量為:163-67=97m3/d。③在2 261m處(層位上端)點(diǎn)測(cè)流量為 67m3/d。說(shuō)明2 057.2m至層位上端(2261m)不存在漏點(diǎn)。

3.2 注水過程中壓力下降,兩處套管漏失

衛(wèi)95-154是中原油田衛(wèi)城油田的一口水井,該井生產(chǎn)層位是沙三下6-7,射孔井段1691.8m～1 757.0m,注水過程中壓力下降。應(yīng)用氧活化測(cè)試進(jìn)行了氧活化竄漏監(jiān)測(cè),測(cè)試結(jié)果:在1323.9m～1335.4 m,1445.6m～1455.6m兩處存在套管漏失。

3.2.1 竄漏識(shí)別測(cè)試工藝

1)保持原來(lái)的注水狀態(tài),進(jìn)行定點(diǎn)水流時(shí)間譜測(cè)試;

2)根據(jù)管柱結(jié)構(gòu)確定點(diǎn)測(cè)的位置、方向,在喇叭口(1735m)以上采用環(huán)空內(nèi)上水流測(cè)試,1740m以下采用套管內(nèi)下水流測(cè)試。

3.2.2 測(cè)試結(jié)果分析

測(cè)井成果圖如圖4所示,從水流時(shí)間譜分析:該井存在兩處套管漏失。漏失水量占總水量的70%。

3.2.3 措施應(yīng)用效果

根據(jù)氧活化測(cè)試結(jié)果進(jìn)行擠堵,取得了良好的效果。油壓8.7MPa上升到19.2MPa,套壓由8.5MPa上升到18.6MPa,注水恢復(fù)正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用微電子控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)儀器的改進(jìn)和完善,提高了儀器工作的穩(wěn)定性和漏竄識(shí)別能力,確保了資料的可靠性;對(duì)小流量的識(shí)別取得了一定的成果;針對(duì)不同的井身結(jié)構(gòu),不同地質(zhì)條件的油水井,形成了系列測(cè)試工藝,為油水井漏竄精細(xì)識(shí)別提供了新的技術(shù)手段。

通過氧活化找漏找竄測(cè)試資料在中原油田的應(yīng)用情況分析,證實(shí)了該技術(shù)在監(jiān)測(cè)油井未射孔層,如水層或水淹層,同已射孔層之間存在竄槽,套管漏失上,資料直觀準(zhǔn)確,解決了長(zhǎng)期以來(lái)漏竄識(shí)別難題,為油水井封竄堵漏措施提供可靠的依據(jù)。

圖4 測(cè)井成果圖

[1] 黃隆基.放射性測(cè)井原理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1985

[2] 大港油田科技叢書編委會(huì)編.測(cè)井技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1999

[3] 李 婧.能譜測(cè)井儀及其在油田開發(fā)中的應(yīng)用[A],油田開發(fā)測(cè)試技術(shù)新進(jìn)展[C].北京:石油工業(yè)出版社,2002

P631.8+17

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1004-9134(2010)02-0058-04

2009-07-24 編輯:高紅霞)

蔣國(guó)棟,男,1973年生,工程師,1992年畢業(yè)于大港石油學(xué)校地球物理測(cè)井專業(yè),現(xiàn)在中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院從事測(cè)井技術(shù)研究工作。郵編:457001