氧活化测井技术在塔里木油田应用中存在的问题及对策研究

揭志军,郭海敏,邓瑞 (长江大学地球物理与石油资源学院,湖北武汉 430100)

张金海,冯志勇,霍勇,冯婷婷 (中国石油集团测井有限公司,陕西西安 710077)

氧活化测井技术在塔里木油田应用中存在的问题及对策研究

揭志军,郭海敏,邓瑞 (长江大学地球物理与石油资源学院,湖北武汉 430100)

张金海,冯志勇,霍勇,冯婷婷 (中国石油集团测井有限公司,陕西西安 710077)

氧活化测井技术是近年来发展并规模应用的一种监测井下流体流动状态的一种测井方法,为各大油田注采剖面监测提供了大量可靠的资料。塔里木油田以往皆采用同位素示踪法了解注水井吸水情况,现在引入氧活化测井技术测取注水剖面资料,应用优势明显,但在应用过程中不可避免出现了一系列问题。在阐述氧活化测井基本原理的基础上,对塔里木油田氧活化测井技术使用存在的问题进行了分析(深度归位和双峰问题),并提出相应的解决方法。建议采用合理的测井工艺和施工保证测井资料质量,并总结了一系列资料采集整改措施和建议:在测井时必须重视测前设计和测井过程控制2项工作和坚持水流追踪、异常验证、仪器适用3项原则,从而最大限度减少资料录取问题,避免低效甚至无效的动态监测费用投入,提高解释精度。

塔里木油田;氧活化测井技术;深度归位;双峰问题;测井资料

脉冲中子氧活化水流测井是由美国Schlumberger公司于1991年提出,用于探测垂直井中注水井或高含水产出井的水流状况,确定水流速度、方向和流量的一种测井方法。脉冲中子氧活化水流测井(简称氧活化测井)的物理基础是脉冲中子与氧元素发生作用,使活化后的氧原子放射出特征伽马射线,继而被探头探测来确定仪器周围含氧流体流动情况,由于氧活化测井不使用任何放射性示踪剂,没有污染,也不像同位素示踪容易受到沾污、沉降以及大孔道、裂缝发育等因素影响,故在注水井吸水剖面测井中氧活化测井技术得到了规模应用。由于特征伽马射线可以穿透井眼流体、油套管及固井水泥环辐射20～30cm,故氧活化测井可以探测到油管内、油套环形空间以及套管外含氧流体的流动状况,因此,该方法既可在油套管内测注采剖面,又可监测油-套环空水流量,还可监测可能存在的管外窜槽情况;同时,氧活化测井技术测量油套管或环形空间水流时不受水流矿化度、黏度等的影响,在部分注聚合物井中依然适用。由于氧活化测井具有以上的众多优点,自仪器研究生产以来,普遍受到用户的欢迎。随着该技术的不断完善,氧活化测井已经成为了测注水剖面的主要技术手段,为各大油田提供了大量可靠的测井资料。但氧活化测井在油田推广应用过程中,依然有其适用范围与局限性,为使该技术更好为各大油田服务,笔者介绍了氧活化测井技术在塔里木油田解释应用过程中遇到的问题及相应的解决经验。

1 氧活化测井基本原理

氧活化测井是一种测量水流速度的测井方法[1]。中子源发射14MeV的快中子可以和水中的氧核发生反应,反应产生的16N以7.13s的半衰期进行衰变,16N衰变发射γ射线[1],通过对16N发射的γ射线进行探测,可以知道仪器周围16O的分布,从而判断出仪器周围水流动情况。氧活化测井是一种示踪流量测井,示踪剂是被高能中子活化的水[2-10]。反应式为:

当中子发生器发射后,仪器周围的氧元素被活化,含活化氧原子的水随水流流动。在水流动方向上设置伽马探测器,当活化水流经探测器时,该探测器伽马计数率增大,通过测量活化时间谱,可以计算出水流从中子源流到探测器的时间tm。计算公式为:

式中,tm为计数时间道址,即目标时间;ta为爆发时间,看作中子发射时间的宽度;f(t)是探测器计数率随时间变化的函数。若以L表示源距,水流速度v为:

因为发射器到探测器的距离已知,流经时间测出后,可以计算水流速度。在已知流动截面的情况下,通过水流速度便可计算出水的流量Q:

式中,Q为流量;v为水流速度;A为流管横截面积。

2 塔里木油田氧活化技术应用现状

目前塔里木油田使用氧活化测井技术主要应用于测注水井注水剖面以及工程找水找窜,其管柱大多为∅28 in(壁厚5.51mm)和∅3r2 in(壁厚6.45mm)油管及∅5r2 in(壁厚9.17mm)和∅7in(壁厚10.36mm)套管,注水方式为笼统注水和分层配注2种,采用的仪器有四探头和九探头。图1所示为塔里木油田生产区块使用的氧活化水流九探头仪器源距示意简图。

图1 九探头氧活化能谱水流测井仪仪器源距示意图

2.1 深度归位分析

氧活化水流测井采用点测方式测取解释资料,每个测点对应一个深度,记录测点深度流量,划分吸入量,因而测点深度尤为重要,若测点深度有误,小则造成生产井主吸水层发生变化,重则造成完全错误的解释结果,引发错误的施工,增加施工作业费用,给整个开发井组造成较大的负面影响,延缓塔里木油田2014年底实现3000×104t油气当量的步伐。

以塔里木油田目前使用的九探头仪器为例,探头间的距离在0.735～5.747m,小队测井时以U4探头深度作为测点深度,因此可看出测点深度跟下测探头相距较远,这足以造成错误的解释结果,当两吸水层间距较远时对解释结果无影响,但当间距较小时,必须做深度归位分析。HD-XXX井为塔里木地区一口注水井,实际注水量为165m3/d,能谱水流监测全流量为156.96m3/d。由图2可知,该井三射孔层相隔较近,如按小队测点深度进行解释,可看出底部射孔层没有吸水。遇此情况,解释人员应对测点深度做归位分析,归位到探头深度进行解释。图3为深度归位分析后的成果图,可看出底部射孔层吸水66.19m3,吸水占比42.17%,为该井主吸水层之一,结论符合生产自然伽马和温度曲线的定性指示。故进行氧活化测井解释时,定要考虑小队测点深度与探头深度之间的距离差,尤其在2射孔间距较小时,必须要做深度归位分析,以保证解释精度。

图2 HD-XXX井能谱水流归位前解释成果图

图3 HD-XXX井能谱水流归位后解释成果图

2.2 双峰问题分析

氧活化测井探测的是活化氧原子,记录氧原子被活化到被探头探测所经过的时间(渡越时间),由于距离已知,计算水流速度,从而算出流管流量,因此只要有流动活化氧原子,就可能被探测到,在配注井中,水从油管注入,部分水经由配水器进入油套环空,剩余的水继续在油管中向下流动,油套环空和油管中的水流就有可能在流速相差不大时,同时被探测器探测到,形成2个流水峰,即油管峰和环空峰。图4为同一口井相邻测点探测到的谱峰图,从图4中可以看出,后谱峰水流量变小,指示该谱峰为油套环空谱峰,因为当油管完好,在未遇到下一配水器前,油管流量不变,而环空流量则因进入吸水层而减少。同时,环空直径比油管内径大多了,在流量相差不大时,油管中的流速会比环空大,因而到达同一探头的时间相对较短,因此油管峰通常在前,而且油管内活化水流离探测器近,油套空间中离探测器远,并且从油管空间中出发的伽马射线在到达探测器前要经历油管的散射过程,因此油管谱峰的形状瘦高,油套环空谱峰呈现矮胖特征。

图4 DH-XXX井氧活化水流谱峰显示图

3 措施

塔里木油田引进氧活化测井技术一年多以来,由于测井经验尚在慢慢积累阶段,使得测井资料经常出现测点偏少,测点深度不合理,未追踪至零流量,有水流无谱峰等等问题,使得测井资料质量欠佳,给解释带来不确定性,降低解释精度。为此,根据出现的这些问题,笔者建议采用合理的测井工艺和施工保证测井资料质量,并总结了一系列资料采集整改措施和建议:

1)重视测前设计工作。根据历年注水井监测资料和油藏分析需求,确定合理的采样点和采集方式。

2)重视测井过程控制工作。及时沟通,油藏把关,以取全取准满足油藏分析需求的资料为指导思想。

3)水流追踪原则。只要有上、下水流,必须坚决追踪,直到水流速度为零。

4)异常验证原则。只要发现套损、窜槽、封隔器等井下工具失效,必须在合适的深度增加测点,现场即时落实验证,避免重复施工,降低测量成本。

5)仪器适用原则。必须根据不同的井口注入量优化仪器配置,当流速大于1m/s时,必须配备D4、D5探头。

只要测井小队现场坚持以上工作及原则,就能最大限度减少资料录取问题,从而避免低效甚至无效的动态监测费用投入,同时提高解释精度。

4 建议

处理氧活化测井资料时,须注意以下几方面:

1)查看每一口井的井身结构图,了解其管柱结构,遇到射孔层相隔较近时,要采用经过深度归位后的探头深度,养成每口井都深度归位的习惯,以便更好的了解吸水层位的吸水量。

2)结合管柱情况,综合分析各水流谱峰响应规律,通常油管峰位在前,形状瘦高;油套空间峰位在后,形状矮胖。

3)加强测井小队施工人员技术培训,熟悉了解测井过程会影响测井资料质量的每一个细节,坚持以上一系列措施及建议,操作规范,一次取全取准满足油藏分析需求的资料,减少作业成本,提高测井效率。

4)应用氧活化测井技术除会出现以上较普遍问题,很多小细节都需注意,如注水井沾污严重,校深困难,需小队在测井过程中严格校深好;两射孔层间需增加测点,细分吸水层,配注井中,每个封隔器处都要加设测点,了解封隔器是否失效;无谱峰时,注意对照井温曲线是否恢复地温梯度,以此验证水流是否为零等等。

[1]郭海敏.生产测井导论[M].北京:石油工业出版社,2003:470-476.

[2]李凤,金山,李婧.注入剖面中超高渗透层测试方法的优化选择[J].油气井测试,2004,13(5):238-243.

[3]任晓荣,鲁保平,黄剑雄.脉冲氧活化测井技术[J].测井技术,1999,23(5):385-388.

[4]龚杰,李凤.MZY-DD1脉冲中子氧活化测井仪[J].石油仪器,2002,16(2):24-26.

[5]韩玉堂,林梁,李婧.能谱水流测井技术的研究和推广[J].测井技术,2002,26(4):306-310.

[6]刘振生,罗建平.氧活化测井技术在低渗透油田的应用[J].油气井测试,2003,12(3):44-46.

[7]王建民,姜亦忠,严青伍,等.氧活化测井技术在聚合物注入剖面中的应用[J].测井技术,1999,23(3):214-217.

[8]Chace D M,Trcka D E.Application and interpret ation of continuous Oxygen Activation Logs for measuring complex water flow profiles in injection well[J].SPE28412,1994.

[9]刘国良,刘宪伟.脉冲氧活化测井水流速度计算方法研究[J].测井技术,2006,30(6):548-550.

[10]尤立忠,常文莉,褚冠求,等.脉冲中子氧活化测井技术及其在大港油田的应用[J].油气井测试,2005,14(4):125-129.

[编辑] 洪云飞

P631.84

A

1673-1409(2014)32-0046-04

2014-06-28

油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)开放基金资助项目(K2013-02)。

揭志军(1988-),男,硕士生,现主要从事套管井测井相关方面的研究工作。

[作者简介]郭海敏(1964-),男,博士(后),教授,博士生导师,现主要从事油藏动态监测方面的教学与研究工作;E-mail: ghm38@yangtzeu.edu.cn。