油水井漏窜识别新技术在中原油田的应用

蒋国栋周延芳贾慧丽李宏魁李晓蕾黄 强张素光

(1.中原油田分公司采油工程技术研究院 河南濮阳) (2.中原油田分公司天然气产销厂 河南濮阳)

油水井漏窜识别新技术在中原油田的应用

蒋国栋1周延芳2贾慧丽1李宏魁1李晓蕾1黄 强1张素光1

(1.中原油田分公司采油工程技术研究院 河南濮阳) (2.中原油田分公司天然气产销厂 河南濮阳)

文章论述了脉冲氧活化监测技术的反应原理和测量原理,介绍了脉冲氧活化找漏找窜测井技术。该技术能准确地探测油套管内外的水流情况,准确判断油、水井窜漏部位,定量分析注入井的注入剖面。该技术在中原油田进行了多井次的测试应用,取得了很好效果。

脉冲氧活化;油水井找漏找窜;应用效果

0 引 言

油水井漏窜问题已经成为目前国内外各个油田开发中普遍存在的问题,尤其是开发中后期,油水井漏窜现象越来越严重,造成注采失衡,严重影响油田的正常生产。

中原油田是一个多层系、多油藏类型的复杂断块油气田,受高温、高压、高矿化度、层系多、层间差异大、膏盐层蠕动等因素的影响,固井一、二界面胶结不好,造成套管外窜槽和灰面漏失严重。常规的窜漏识别技术主要有:井温、同位素、中子寿命、固井质量、声波-变密度等测井方法,但这些方法受测井条件限制,不能非常准确的确定出水点、漏失点(面)及出水层位。在以往的很多堵水措施中,用常规找水方法找出出水层位进行堵水措施,结果堵水效果不理想甚至无效。

近年发展起来的脉冲中子氧活化测井技术,是有别于其它流量测井的一种独特方法,其独特之处在于它无阻流和机械传动部件,无井下污染、高穿透、高精度、流量测量范围广,探测器无须与流体介质接触便能测量流量,所以对油套环空、套管外的第一界面流动的水和流动方向监测有独到之处。通过氧活化测量可以监测在井下的水流方向及流量大小,准确判断管外窜槽的位置及方向,为制定增产措施提供可靠依据。但是由于油藏类型的不同,地应力变化不同造成油水井窜漏的多样性和不确定性,如果测前设计不合理,测试资料往往无法识别是管外水流还是管内水流,有时甚至监测不到水流,从而无法识别窜槽位置,因此应根据具体的井况条件,进行测试工艺的合理优化,提高测试成功率,准确识别漏窜位置和水流方向。

1 原理简介

脉冲中子氧活化技术一个主要特点是,直接测量计数率流动剖面,即在已知距离上测量流动时间。合理地选择源距以及活化时间之后,使用一个探测器就可以满足从2ft/min到140ft/min较大的测量范围。利用活化总计数率的累计,得到准确的流动时间,再根据水流空间的大小,定性得到窜漏水流的流量。

1.1 氧活化反应的原理

反应式:16O(n,p)16N→16O+γ′

发生(n,p)反应的中子能量阈值:En=10.2MeV

氧活化反应的截面:σb=45mb

N衰变反应的半衰期:7.13s

衰变规律:n=n0e-λt

衰变常数:λ=5.83min-1

衰变产生的伽马射线能量:Er=6.13MeV

衰变几率:69%γ=6.13MeV

射线产生几率:97%

中子发生器中子能量:En=14MeV

1.2 测量原理

测量原理示意图如图1所示,氧活化测井时,每次测量都包括一个短的活化期(一般1s～10s),然后紧跟着就是数据采集期(典型值为60s)。当水流经过中子发生器周围时,被快中子活化,被活化的水在流动过程中发生β-衰变释放出6.13MeV的伽马射线,这样活化水流过4个不同源距的探测器时,便可以计算活化水流过的时间,然后结合源距就可计算水流速度。根据记录的时间谱用氧活化解释软件进行处理,求得水流从中子发生器流到探测器的时间 tm。

由 Q=S×(L/tm)求得流量。

式中,Q为流量,m3/d;S为水流通过的有效截面积,m2;L为探测器到中子管的距离,m;tm为氧活化后探测器探测到伽马射线的平均时间。

在已知流动截面面积的情况下,根据被测井的实际情况,选择流体空间,根据公式即可计算出油管内、环空内、套管内及部分套管外的水流流量。

图1 测量原理图

2 漏窜复合识别工艺方法

在现有单芯多功能水流测井仪的基础上进行软、硬件的改进和完善,大量使用单片机群、CPLD、DSP及混合电路等技术,形成氧活化、中子寿命、井温及自然伽马复合漏窜识别监测技术。先利用四参数和井温初步判断漏失段,再根据伽马校深,准确确定漏失层段具体位置,最后利用水流模式确定漏窜点(面)的漏失量。

2.1 氧活化水流测试精度的提高

提高测试精度,首要任务是提高中子管的产额,保证对微小流量变化产生的信息能够及时捕获到。经西安奥华公司研究,中子管高控电路由以往的调宽方式改为调压方式,使高压在多方面获得了突出的改进效果,克服了调宽式高压的一系列缺点。高压由“准备”方式转入“测井”方式,不再有上冲;活化谱无须电路作任何补偿,即为矩形,这对于水流测量的解释结果很有帮助。如果发生器内使用1042A中子管,由于该中子管带有二次电子抑制设计,同样的中子产额,对应的靶流较小,这无疑对于高压电路是非常有利的。另外,同样的中子产额,要求加载的靶压比MZ-30中子管要低,这也有利于高压电路的稳定。

通过上述部分进行改进完善后,发生器工作效率得到了大大提高,进行了发生器工作状态评价试验,试验记录数据如下:

试验目的:评价发生器中子产额情况、仪器耐温性能。

试验记录:常温:靶压控制 U=66kV,Ia=70 μA,产额基本在2400左右;高温(135℃):靶压控制U=70kV,Ia=76μA,产额基本在2400左右。

从试验数据可以看出,发生器的中子产额完全能够满足水流窜漏识别的要求。温度在高温135℃,近探头计数也在2400左右,仪器工作状态稳定。

2.2 小流量水流识别与计算方法研究

对于油管内流量低于6m3/d,环空内流量低于12 m3/d或套管内低于15m3/d的水量,经过理论计算及多次现场试验,可以采取相对运动的方法,进行定性定量判别,如果定量计算,误差较大。

对测得的水流时间谱进行解析,根据计算模型利用计算软件自动计算与人工计算方法相结合,分析得出正确结果。

2.2.1 人工与软件计算相结合

如果测点处有油管,首先确定相对运动产生的油管峰与环空峰,谱曲线图如图2所示,测速是200m/h的普曲线,采取与水流运动方向相反的运动速度测量。

图2 谱曲线图

利用谱曲线进行计算软件和手工结合计算:

1、2号峰利用油管计算,水流量均为9m3/d;

3、4、5 号油管计算是 3m3/d。

根据相对流量值计算表分析:

1、2号峰是油管峰 ,而 3、4、5号峰是环空峰。

选择环空参数进行计算:

3、4、5号峰计算结果在43.5m3/d左右。

如果环空水流是静止的,从相对运动测井产生的流量表中可以查出:流量应是35.96m3/d;人工计算环空内水流量:43.5-35.96=7.54m3/d。

2.2.2 小流量测量原则

流量低,采取反向运动时,可以将最小测量值提高,同理流量高时,可以采取同向运动方法,将最高流量值降低。对于无法判别流量流向的,可以根据现场的管柱情况,合理判断后选择测量的方向,如果不能测到数据就选择相反的方向再测量。选择不同的速度,以可以测到异常峰为准,从而提升仪器的测量范围。

3 现场应用情况与典型井例分析

3.1 生产过程中含水上升,氧活化确定漏、窜部位

新卫2-41是中原油田卫城油田的一口油井,该井生产层位是沙二下2-3沙三上1-3,生产井段为2 292.6m～2492.9m,生产过程中含水上升。应用氧活化测试进行窜漏监测,测试结果:在2050.7m～2 057.2m之间套管漏失,有窜槽现象存在。测井成果图如图3所示。

图3 测井成果图

3.1.1 窜漏识别测试工艺

模拟注水井,下一根油管,下端接喇叭口,采用笼统正注方式,进行测试。泵压7.0MPa,日注水量164 m3/d。

①连接井口,启泵注水。②下放仪器,同时测量四参数(压力、温度、磁定位、伽马),伽马用于校深;温度用来确定大致漏窜位置;压力用来观察注水压力的稳定性。③注水压力稳定在7MPa时,日注水量为164 m3/d,点测温度变化量较大位置的流量。

3.1.2 测试结果分析

由图3可知:①2050m～2070m之间,温度变化明显,但此段没有层位存在,可以初步确定此位置存在漏失,从温度反应来看漏点应在2052m处。②点测流量2057.2m处流量为67m3/d,2050.7m处流量为163m3/d,漏失水量为:163-67=97m3/d。③在2 261m处(层位上端)点测流量为 67m3/d。说明2 057.2m至层位上端(2261m)不存在漏点。

3.2 注水过程中压力下降,两处套管漏失

卫95-154是中原油田卫城油田的一口水井,该井生产层位是沙三下6-7,射孔井段1691.8m～1 757.0m,注水过程中压力下降。应用氧活化测试进行了氧活化窜漏监测,测试结果:在1323.9m～1335.4 m,1445.6m～1455.6m两处存在套管漏失。

3.2.1 窜漏识别测试工艺

1)保持原来的注水状态,进行定点水流时间谱测试;

2)根据管柱结构确定点测的位置、方向,在喇叭口(1735m)以上采用环空内上水流测试,1740m以下采用套管内下水流测试。

3.2.2 测试结果分析

测井成果图如图4所示,从水流时间谱分析:该井存在两处套管漏失。漏失水量占总水量的70%。

3.2.3 措施应用效果

根据氧活化测试结果进行挤堵,取得了良好的效果。油压8.7MPa上升到19.2MPa,套压由8.5MPa上升到18.6MPa,注水恢复正常。

4 结束语

利用微电子控制技术实现了对仪器的改进和完善,提高了仪器工作的稳定性和漏窜识别能力,确保了资料的可靠性;对小流量的识别取得了一定的成果;针对不同的井身结构,不同地质条件的油水井,形成了系列测试工艺,为油水井漏窜精细识别提供了新的技术手段。

通过氧活化找漏找窜测试资料在中原油田的应用情况分析,证实了该技术在监测油井未射孔层,如水层或水淹层,同已射孔层之间存在窜槽,套管漏失上,资料直观准确,解决了长期以来漏窜识别难题,为油水井封窜堵漏措施提供可靠的依据。

图4 测井成果图

[1] 黄隆基.放射性测井原理[M].北京:石油工业出版社,1985

[2] 大港油田科技丛书编委会编.测井技术[M].北京:石油工业出版社,1999

[3] 李 婧.能谱测井仪及其在油田开发中的应用[A],油田开发测试技术新进展[C].北京:石油工业出版社,2002

P631.8+17

B

1004-9134(2010)02-0058-04

2009-07-24 编辑:高红霞)

蒋国栋,男,1973年生,工程师,1992年毕业于大港石油学校地球物理测井专业,现在中原油田分公司采油工程技术研究院从事测井技术研究工作。邮编:457001