连续相关流量测井技术在低渗透油田的应用

张金海,贾建涛,桂鹏飞,周锦钟,李震,李栋

(1.中国石油集团测井有限公司生产测井中心,陕西西安710200;2.中国石油技术开发有限公司,北京100028;3.中国石油青海油田勘探开发研究院,甘肃敦煌736202;4.中国石油集团测井有限公司测井应用研究院,陕西西安710077)

0 引 言

注入剖面测井在油田开发后期起着至关重要的作用,部分油井过早见水并快速水淹等问题越发严重,调剖调驱技术作为重要的稳油控水技术被广泛应用[1]。刘晓磊等[2]针对低液量井油水两相流量测量提出了相关流量的相关研究,谢荣华等[3]介绍了相关流量在国内外的技术进展情况,朱波等[4]针对注入剖面测井技术优选方法提出了技术选取原则,韩春苓等[5]在注入剖面测井中结合示踪流量测井提高测井解释成果质量,裴阳等[6]、张秋平等[7]对相关流量测井方法和工艺问题都做了相关研究。

图2 相关流量测井仪器结构示意图

目前常用的注入剖面测试方法有3种:同位素测井、氧活化测井和相关流量测井。放射性同位素测井将放射性同位素以一定的方式吸附或结合于固相载体的物质上,形成放射性同位素示踪剂[8],再与水配置成一定浓度的活化悬浮液注入井内,当载体颗粒直径大于地层孔隙时,载体就滤积在井壁上;井壁上附着的载体带有放射性同位素,测井仪探测器通过检测这些同位素释放的信号,以某种差值的形式反映给地面系统,这种差值的大小反映了地层的吸水能力。但该方法受井眼环境因素影响大,在克服大孔道、深穿透射孔、沾污、窜槽、漏失、流体物性的影响等环境下,无法进行有效测量和准确解释[9]。氧活化测井主要通过井下中子发生器产生14 MeV的高能中子活化水中的氧,被活化后的氧原子处于不稳定状态,在短时间内发生非弹性散射,释放出具有强穿透能力的高能快中子和伽马射线,可穿过油管、套管甚至水泥环,从而测得井筒内或套管外水流动的氧活化伽马信号,通过解析测得的伽马时间谱计算相应的水流速度,并在已知流动截面面积时进一步算出水流量[10]。该技术不失为一种可选的测试方法,但其成本昂贵及应用相对较少[11]。

针对以上情况,本文通过对某低渗透油田注入剖面数据的分析整理,对相关流量测井做了适应性分析和研究。

1 测量原理与仪器介绍

1.1 测量原理

连续相关流量吸水剖面测井的原理是同位素示踪剂由井口注水管道加入或由井下释放器释放,与水混合成悬浮液,由后续注入水推向油套环形空间,同时示踪剂发生放射性衰变,当放射性示踪剂靠近探测器时,探测器会产生相应的输出信号。通过探测器接收的信号处理,将流体的流动速度测量转化为间距内时间间隔测量,从而计算出井筒内流体的速度,根据井筒的横截面积,即可计算出流体流量[见式(1)]。相关流量测井原理示意图见图1。

Q=Pcva

(1)

(2)

式中,Q为流体流量,m3/d;Pc为管子常数,(m3·d-1)/(m·min-1);va为流体速度,m/s;Δh为连续2次追踪到的示踪峰距离,m;Δt为连续2次追踪到的峰值经过时间,s;n为Δh和Δt的取值次数。

图1 相关流量测井原理示意图

1.2 仪器介绍

连续相关流量测井仪器结构见图2。主要包括:①井温+压力+磁定位短节三参数;②流量计+释放器(流量计一般有涡轮流量、超声流量、电磁流量)等组成部分。

该仪器外径38 mm,长度2.15 m,耐温区间在-40 ℃～150 ℃,耐压值为80 MPa,释放器容量为50 mL,喷射器行程为155 mm,测量范围为0.30～600 m3/d,测量误差±2%。

2 解释方法

2.1 加权平均法

加权就是考虑到不同因子在总体中的权重,利用过去若干个按时间顺序排列起来的同一变量的离散观测值并以时间顺序数为权数,计算出观测值的加权算术平均数,以这一数值作为预测未来期间该变量预测值的一种趋势预测法。相关流量测井仪的伽马探测器探测到的是一系列离散的计数率时间谱数据,在这些离散的计数率里,把时间权值考虑进去,以及伽马光子的统计涨落与矩形中子脉冲发射产生的时间延迟影响,渡越时间可由式(3)求得

(3)

式中,tm为计数时间道址,即目标时间,s;f(t)为时间区间内总时间t的加权平均函数;tb为活跃时间,s。

加权平均法在离散观测值不对称情况下,计算结果会发生偏移;离散观测值对称时,计算结果较为准确,因此,该算法对模型观测值要求较高[12]。

2.2 曲线拟合法

单纯的加权平均法在非对称观测值下已不能满足计算精度的需求,提高非对称观测值解释精度而提出的曲线拟合法已经逐渐被人们所接受,该方法经常需要根据观测数据寻求2个物理量之间的近似解析关系式或曲线方程。

相关流量谱峰是基于该统计的基础之上,剔除伽马射线计数存在统计涨落引起误差而产生的异常值,在时间谱上计数最大的位置附近选取一时间区间。利用非线性最小二乘法对伽马射线计数数据进行处理,重新拟合并校正出新的近似解析关系式或曲线方程函数代表谱峰数据,达到寻找峰位、峰宽、不对称因子等参数的目的。

本文在加权及拟合法的基础上,对渡越时间模型进行了优化,提出了tb的特殊处理方法。根据伽马计数数据变化的接收时间不同,每个计数信号数据的计数点会呈现在不同的阶段:当计数信号时间为1 s时,谱数据的计数高点值分布在第1～28个计数率点之间;当计数信号时间为2 s时,谱数据的计数高点值分布在第2～56个计数率点之间,以此类推,得出计数信号接收时间与之对应的计数率高点降落值比值接近1∶28。依据该规律,找出在不同信号接收时间下的谱数据的计数高点值分布区间,通过区间来确定渡越时间tb。

Yh=28ti

(4)

(5)

式中,ti为对应的计数信号接收时间,s;Yh为计数率高点降落值;yi为目标区域内离散型随机计数率函数;tb为渡越时间,s。

改进后的拟合法在渡越时间的确定上更简单,在低流量状态下谱峰计数率的高点值更容易获取,结合实测资料,计算出的流量都非常接近于现场提供的注水数据。

3 应用实例

3.1 与同位素吸水剖面对比

×井是一口分层配注井,注量为10 m3/d,井组内采油井含水率大都处于高含水状态,其测试目的是了解目的层剖面精细吸水状况,提高油井采收率。该井共有2个封隔器(封隔器1位于2 067.72 m,封隔器2位于117.4 m),2个配水器(配水器1位于2 088.0 m,配水器2位于2 137.28 m),2个射孔段(射孔段1位于2 114.0～2 118.0 m,射孔段2位于2 141.0～2 149.0 m)(见图3)。

该井在2016年6月测试同位素吸水剖面[见图3(a)],2017年3月测试相关流量吸水剖面[见图3(b)]。对比图4可知,射孔段层二均不吸水,同位素测井解释主要上部射孔段2段均匀吸水,相关流量测井解释在上部射孔段细分为4段吸入层,其中第2段吸入层的吸水量为3.27 m3/d(见图4),注入强度为4.67 m3/d/m,相比其他3段较高,怀疑该段存在裂缝或优势通道。×井同位素测井解释成果表和连续相关流量测井解释成果表分别见表1、表2。

表1 ×井同位素测井解释成果表(2016年6月)

表2 ×井连续相关流量测井解释成果表(2017年3月)

图3 ×井同位素测井与相关流量测井解释成果对比图

图4 ×井相关流量谱峰追踪解释图(2017年3月)

图5 ×井相关流量测井解释成果图(2017年7月)

根据该井2017年3月相关流量测试结果,对上部射孔层吸水强度较强段(2 116～2 117 m井段)进行工艺封堵,措施后于2017年7月再次进行相关流量测试。该井相关流量测井解释成果图见图5。

从图5可看出,措施后的上部射孔层第3段吸入层(2 116～2 117 m井段)吸水量已经下降,井组内对应层位的采油井生产效果如×井井组开采现状图(见图6)。图6中注水井×井井组内各采油井(×1井～×8井)下半圆表示2017年上半年开采状况,上半圆表示2017年下半年开采状况,分别标有对应的日产油和含水数据,以及生产层位。可看出,主线上的×3、×6井效果最明显,井组内对应层位的采油井含水率都有下降,措施效果较好。

3.2 低渗透油田低流量精细化统计分析

图6 ×井井组开采现状图

图7 某油区水井注入量与测井系列展布直方图

图8 某油区水井小层解释厚度与测井系列展布直方图

根据近年来某油田相关流量、同位素、氧活化测井的应用情况,收集了近5年内的测试数据,统计该油田某区块水井开井数2 002口,注水剖面中有12 334个解释层位,根据测井系列的应用分布,绘制统计直方图(见图7、图8)。连续相关流量测井在注入量为0～30 m3/d情况下应用较广,同位素吸水剖面测井在日注入量为30～50 m3/d情况下应用较广,氧活化测井在注入量大于50 m3/d情况下应用较广;相比其他注入剖面测井系列,解释层在厚度为0.3 m左右等薄层时相关流量测井应用较广,能较好反映地层注水的真实情况,实现地层剖面的精细化解释。

4 结 论

(1)优化后的渡越时间模型,在低流量状态下谱峰计数率的高点值更容易获取,计算出的流量更准确。

(2)与同位素吸水剖面相比,相关流量测井能实现地层剖面精细化解释,有效判断裂缝或优势通道,指导调剖等工艺措施,提高油井采收率,完善注采系统。

(3)连续相关流量测井在注入量为0～30 m3/d情况下应用较广,同位素吸水剖面测井在注入量为30～50 m3/d情况下应用较广,氧活化测井在注入量大于50 m3/d情况下应用较广。