生产测井组合仪在气井产出剖面评价中的应用

李瑞丰

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163453)

0 引 言

近年来，中国石油天然气集团公司努力加快天然气的开发及利用步伐，以气补油成为油田发展的重要战略，且逐步形成规模化发展趋势。为给油田气井产能评价及措施提供可靠依据，需要进行产气剖面测试。对于气井产出剖面测试，常规的剖面测试技术无法满足现场需求。生产测井组合仪在确定气井产出剖面方面有独特的优势，该仪器既可连续测量确定流动剖面也可进行点测确定主要产层。但不是在所有气井中应用情况都很明确，在一些特殊井中应用情况有待做进一步考察研究[1]。为更好满足油田开发需要，确保为油气田开发提供准确的动态监测资料，有必要对生产测井组合仪在气井产出剖面测试方面的适用性进行系统分析评价，特别是弄清生产测井组合仪在一些高压气井产气剖面监测方面的应用情况意义尤为重要。

1 生产测井组合仪简介

1.1 测井原理

当前油田服务市场有多种生产测井组合仪用于产出剖面监测。主要区别在于密度参数的测量方法不同。密度参数的测量是三相流测井中很重要的一个环节，可以说密度测量结果的准确与否，直接关系到流量、含水等参数的解释精度。目前密度参数的测量方法有放射源、压差、音叉等。深层气井、二氧化碳产出井等特殊井具有产水低、压力高、产量高的特点。从安全环保方面考虑，高压气井产气剖面监测普遍不允许采用放射性密度计，而实践中压差密度计受流体密度低、纵向分辨率低等因素影响，应用效果不佳。为了更好服务于油田，给采油厂提供翔实可靠的数据，我们采用了带有音叉密度计的生产测井组合仪进行测井。音叉密度计不受流体速度变化、管柱摩擦影响，测量精度更高；不受流体温度影响，能真实反映流体的密度，能为气井生产动态监测提供准确的依据[2-3]。组合仪由磁性定位器、自然伽马、涡轮流量计、含水率计、音叉密度计、井温仪、压力计等组成。仪器可任意组合，一次下井可同时测得多个参数。采用遥测技术实现了多参数同时测量和传输；仪器结构采用模块化结构。仪器在通过油管时，支架自动收缩，带动连杆、滑套使叶轮收拢；进入套管后，支架自动张开，连杆、滑套也自动收回，弹簧驱动叶轮收回并自动张开[4-5]。测量时，流体带动叶轮及芯轴一起转动，在芯轴的另一端的磁芯也随之一起转动； 通过布置在磁芯周围的5个磁敏传感器接收磁感应信号，叶轮每转动一圈，5 个磁敏传感器共输出 10 个脉冲信号；测量传感器输出的脉冲数可计算出叶轮的转速，进而根据标定数据可计算出流体的流速[6]。测井施工可采用连续测量和点测两种方式。为保证测量结果准确，连续测量以不同的测速录取不少于8条合格的流量曲线(上测4条、下测4条)，这种方法可以在井内条件下对流量进行现场刻度。测速也可视具体产液情况进行调整，但要求测速间隔应大于30 ft/min，且测速稳定。最后根据选择的解释方法对资料进行全井段解释，得到分层分相的产量，并生成产出剖面[7-8]。

1.2 主要技术指标

外径：38 mm

最大工作压力： 100 MPa

最大工作温度： 175 ℃

长度：837.5 mm

重量：3 kg

测量点长度：328 mm(从尖端起)

工作电压：34 VDC

启动排量：液体25 m3/d

最大流量：液体300 m3/d

外壳材料：钛合金

含水率计测量范围：0～40%，±2%

含气率计测量范围：0～100%，±3%

输出信号：10脉冲/圈

2 测井实例分析

2.1 在深层气井产出剖面中的应用

AAA井是2017年6月完钻的XXXX油田第一口深层气井。2017年7月对2 827～2 860 m、2 908～2 929 m、2 960～2 980 m、3 034～3 054 m、3 097～3 116 m层采用套管分簇射孔+复合桥塞方式进行了大规模压裂。为进一步落实该井试气压裂层段产气(液)能力，以达到为后期地质评价提供有力依据的目的，对本井进行了生产测井组合仪产气剖面测试作业。

2.1.1 点测数据解释分析

为了更好地掌握目标井目的层段的产出情况。根据本井实际情况，在测井施工设计中设计了以下7个常规点测测点，各测点的涡轮流量计记录到的转速见表1。表2为常规点测解释结果。解释准则是将12.80 rps看做全井总产气量的涡轮转数。第一、二两段涡轮转数为零，并不是说明此两段不产气，而是产气量小没有达到涡轮的启动排量。因此第一、二两段产气情况只能给出预估值。具体各层段的绝对产气量要结合连续曲线的解释结果最后给出。

表1 AAA井现场点测结果

表2 AAA井现场点测解释结果

此外，为了更好了解该井各层段内部产气情况，现场临时加测了一些测点。临时加测点测的涡轮流量计记录到的转速见表3，解释结果见表4。

表3 AAA井现场临时加测点测结果

表4 AAA井点测综合解释结果

由点测结果综合分析知该井主要产气层段为第四、三、五段，第二、一两段产气量较少。其中第三段2 961.0～2 960.0 m为该段主要产气层段；2 909.0～2 908.0 m为第四段主要产气层段。

2.1.2 连续测井数据解释分析

表5为AAA井连续测井解释结果表。由表5可知，该井主要产气段为第四、三、五段，约为全井的80%左右，第一、二两段为次产气段，约为全井的20%左右，其中第二段产气量为最少。这与现场点测结果有很好的一致性。此外表中各层段加粗处为各段的主要产气层段，也与点测解释结果基本一致。

同时，通过对连续测井曲线解释给出了该井总产气量为25 549.8 m3/d，产水11.0 m3/d。该井主要产水层段为第一段的3 111.0～3 112.0 m层段，出水7.8 m3/d占全井出水量的70.9%。此外根据试采公司提供的井口测量数据计算出连续测井期间(测井时间11:07～15:47)井口计量该井产气量平均值为25 768.6 m3/d。二者差值仅为218.8 m3/d。通过与甲方地质人员沟通获知，该解释结果得到了甲方认可，且此井的测试结果为该区域后续即将开钻的其他几口深层气井方案编制提供了重要的参考依据。

表5 AAA井连续测井解释结果

2.2 在水平产气井剖面测试中的应用

BBB井是2015年12月完钻的一口水平产气井。根据地质设计要求和本井实际情况，对本井进行生产测井组合仪产气剖面测试作业。图1为该井连续测量解释成果图，表6为解释结果。由图1及表6可知：

1)该井总产气量为10.8×104m3/d；3 158～3 187 m为主产气层段，该段总产气量为8.3×104m3/d，占全井的76.9%，其中主产气层为37号层，产气量为3.7×104m3/d，占全井的34.3%；41、40号层为次产气层，产气量分别为2.5×104m3/d、2.1×104m3/d，分占全井的23.1%、19.4%。

2)3 202～3 242 m为次产气层段，该层段仅上部44、45为产气层，该段总产气量为1.2×104m3/d，占全井的11.1%。

3)3 653～3 690 m仅79号层产气，产气量为0.4×104m3/d占全井的3.7%。

4)3 746～3 781 m仅83号层产气，产气量为0.8×104m3/d占全井的7.4%。

此外，根据甲方提供的井口测量数据，计算出连续测井期间该井产气量平均值为10.9×104m3/d。这与生产测井组合仪测井解释结果差值仅为1 000 m3/d，误差约为1%。甲方根据测试结果对该井开采层位进行了相应调整。

图1 BBB井连续测井解释成果图

表6 BBB井连续测井解释结果

2.3 在二氧化碳产出井中的应用

CCC井是一口二氧化碳产出井。为了明确各层产出状况，为后续措施提供技术支持，准备进行产气剖面测井。目前关于二氧化碳产出井的测试，国内外还没有相应的合适技术。鉴于此本井决定采用生产测井组合仪与氧活化测井两种方式进行测试。由于此两种测井方式都从未用于二氧化碳产出井测试。因此对两种方式进行了对比分析。

2.3.1 二氧化碳的流体特性

二氧化碳流体与水、三元溶液不同，其相态随着温度压力的变化呈现出一种比较复杂的流体状态，了解二氧化碳流体在井下的流体状态对于油田的开发测试有着十分重要的意义。二氧化碳气体相对密度为1.519 2，比空气重，二氧化碳液体的密度随温度升高而降低, 变化范围为463.9～1 177.9 kg/m3；气态二氧化碳的密度随温度的升高而增大,变化范围为13.8～463.9 kg/m3；固态二氧化碳(干冰)的密度范围为1 512.4～1 595.2 kg/m3，其密度随温度的变化不大[9]。

图2为 CO2饱和蒸气压曲线, 它是分析 CO2相态的最直观、最简便的相图之一[10]。由图2可知,当温度高于临界温度31.19 ℃时, 在任何压力下CO2都为一种超临界气体, 不会变为液体或固体;当温度低于临界温度, 且压力高于临界压力7.383 MPa时, CO2将为液态; 当温度低于临界温度, 且压力低于临界压力时, CO2可能为汽态、液态或汽液混合状态。

图2 二氧化碳气体饱和蒸汽压曲线图

2.3.2 目的层位处井筒流体相态分析

表7为目标井所在区域温度及压力范围,并据此结合图2给出的流体相态结果。

表7 CCC井流体相态分析结果

由上表知，所有目的层处的压力小于临界压力7.383 MPa，且温度远高于临界温度31.19 ℃。因此得出目的层处CO2流体将为超临界气体状态。满足氧活化测井条件。利用温度、压力参数可以计算出二氧化碳流体的密度，求取其质量流量。可以为测井解释提供正确的结果[11-12]。

2.3.3 两种测井结果对比

表8为目标井氧活化测井解释结果表。由表8知： 氧活化结果显示该井总产气量为78.85 t/d。其中1 649.4～1 652 m为主产气层段，该段总产气量为32.8 t/d，占全井的42.8%；1 676～1 681 m为次产气层段，产气量为25.46 t/d，占全井的32.3%；1 671.4～1 673.2 m为第三产气层段，产气量15.9 t/d，占全井的15.9%；1 643～1 647.6 m产气2.73 t/d，占全井的2.2%。

表8 CCC井氧活化测井解释结果

表9为目标井生产测井组合仪测井解释结果表。由表9知：生产测井组合仪测井显示该井总产气量为666.71 m3/d。其中1 649.4～1 652 m为主产气层段，该段总产气量为271.85 m3/d，占全井的40.7%。1 676～1 681 m为次产气层段，产气量为199.13 m3/d，占全井的29.9%；1 671.4～1 673.2 m为第三产气层段，产气量146.34 m3/d，占全井的22%。1 643～1 647.6 m不产气。

表9 CCC井生产测井组合仪测井解释结果

图3为生产测井组合仪与氧活化解释成果综合图。由图3及综合表8、9结果可知：本井1 649.4～1 652 m为主产气层段，1 676～1 681 m为次产气层段，1 671.4～1 673.2 m为第三产气层段。生产测井组合仪与氧活化测井解释结果符合得非常好。1 643～1 647.6 m处生产测井组合仪与氧活化测井解释结果稍有不符，可能是生产测井组合仪自身指标所限，待测产量低于涡轮启动排量所造成的。表10为利用本次测井所录取的温度、压力资料求取的目的层段处CO2密度值。由此可求得生产测井组合仪测井的质量流量为：666.7×0.123=82 t/d。生产测井组合仪与氧活化测井解释结果差值约为3 t/d，误差约为4%。可见两种测井结果有很好的一致性。此外，该井为YYY油田一口气源井，井口罐车计量平均产气量为3.95×104m3/d，由经验公式[13]可求得生产测井组合仪地面测量结果为3.92×104m3/d，二者差值约为300 m3/d，证明两种测井结果是可信的。

图3 CCC井两种方法综合解释成果图

表10 CCC井目的层段处CO2 密度值

4 结 论

1)带音叉流体密度计的生产测井组合仪对气井产出剖面进行评价效果较好。

2)为了快速给出解释结果，现场可根据情况进行适当点测；定点测量与连续测量相结合，综合解释结果更可靠。

3)两种测井方法的对比证明，生产测井组合仪也可对二氧化碳产出井进行评价。