NST噪声测井在塔里木油田的应用

宋秋菊,李国红,刘闯,马世彪,刘晨峰,陈开意

(中国石油集团测井有限公司塔里木分公司,新疆库尔勒841000)

0 引 言

噪声测井是在井内测定自然噪声的一种方法。当井内液体或气体运动时,由于摩擦作用可以产生具有特征频谱的声音。因此,根据噪声测井可以在裸眼井中划分出产气层位、流体吸收层位,在套管井可以检测管外流体窜槽位置、流体类型,以及管内流量和射孔眼的流量等。

在油、气井的生产过程中,由于地层压差,往往造成井漏、窜槽、倒灌、出沙等工程问题。这些问题在安全上和经济上都给工程人员带来潜在的麻烦。由于井下油、气、水泄漏而产生出的噪声频谱分布各自集中在一定频率区域,为了找出并纠正这些泄漏,需要一种能检测由于泄漏而产生的噪声的装置,根据所测量的井下噪声频谱分布而定性判断流体的性质并对泄漏点进行定位。目前,塔里木油田使用测试单一方法已经不能满足需求,NST噪声作为配套的测试系列已经投入应用,与相应的测井方法结合能更可靠地反映井下情况。

1 NST噪声测量原理

井内流体通过阻流位置时将产生压力降,流体的动能在阻流部位转换成热能和声能,因此,在阻流位置附近可探测到声音。这种声音称为井内噪声,噪声强度的大小随着流体流速变化而变化,通常,流度变化可以发生在流体产出口、泄漏口、注水位置、窜槽或套管缩径等处。通过对井内这种非人工激发的、由流体流动而产生的自然声场的测量,研究其频率和幅度特征,同时结合井筒管柱、射孔位置等相关信息,可以确定地质参数和井筒的工程状况。通过对流体在管外水泥环孔道或地层流动时产生的噪声幅度和频率谱的测量判断流体的类型和位置;并根据噪声频率对地层结构进行一定判断;结合井温、流量等仪器大大提高了找漏、找窜测井的精度和成功率。

1.1 井内噪声的分类

(1)井筒垂直流产生的噪声。这种类型的噪声是由管/套管的振动引起的井筒流量产生的,并且通常占用低于1 kHz的频率范围。动荡的井筒流动也产生低频率的噪音。如果井眼压力低于泡点的饱和气体开始释放,产生5 kHz频率的声音并逐渐降低至1 kHz。

(2)完井工具产生的噪声。这种类型的噪声是由完井部件引起的噪声,包括流体经过射孔、配水器、封隔器、套管鞋、气心轴、喇叭口、和套管破损等产生的噪声。这些原因产生的噪声通常1～3 kHz,直接完井噪声可以在竖直的井筒中作为了一个独立的高音量而被定位。而在实际中,由于流体发出的井筒噪声与其频率接近,所以往往无法明确的定位。有时完井工具产生异常的高频噪声,比如一个破损的孔道或封隔器/套管漏,在频谱上的显示会非常明显。同时,也会影响储层测量数据。

(3)套管漏失、管外窜槽产生的噪声。指发生在套管外裂缝水泥或裂缝油藏的流动。管外窜有明显的界限(顶部和底部),并在频谱上以一条独立的窄条进行显示。管外窜噪声的音高变化可以判断通道孔的规模和结构的改变。当通过大孔道时(如没有水泥),噪声频谱从高频转成低频,就会掩盖井眼噪声。

(4)储层流体流动产生的噪声。储层流体噪声是由颗粒、孔喉和裂缝储层流体流动产生。它有明显的垂直边界(顶部和底部),但没有轴向定向。储层裂缝流体通常频率为3～5 kHz,但大的裂缝和孔道可能产生1 kHz以下的噪声从而和完井噪声混杂。一些储层的噪声频谱显示出2个相邻裂缝存在不同频率的值。常规涡流会产生10～15 kHz的噪声,但这个频率范围也有可能更大。在致密地层产生超声波的噪声范围>20 kHz。在特别致密的地层,只有小于1 mD(1)非法定计量单位,1 mD=0.987×10-3 μm2,下同的渗透性,气体可以通过这些岩石渗透,同时产生一个宽频率范围的噪声(包括上述的30 kHz)。与井筒流动噪声不同,储层流动噪声具有低音量和高音调,大多是人耳听不到的,这为噪声谱测井提供了方法。

1.2 NST噪声测试技术的施工工艺

NST仪器不需接扶正器,因为扶正器与井壁的摩擦会带来非常强的噪声干扰,从而影响测量结果。若加扶正器,噪声仪器的最好距离扶正器远一些,因为扶正器在滚动过程中会产生声音,干扰噪声测井。NST噪声测试技术的施工工艺如下。

NST噪声测量时可以连续测量,也可进行点测。测试时一般采用连续测量+点测进行。连续测量用于校深、温度、压力的测量以及噪声的粗略测量;点测用于噪声信号的详细测量。禀持“粗连续、细点测”原则,根据所测井的具体情况、温度、流量以及噪声连续测量的异常段,先确定待测点,把仪器下到待测点后,停顿数十秒,待仪器及电缆完全静止后,进行噪声的点测。

连续测量测速不得高于300 m/h,否则可能导致电缆及仪器串强烈振动而带来过高的噪声,影响测量结果。点测间隔一般以1 m为宜,可根据实际情况灵活调节。

连续下测。根据需要测量的井段进行连续下测,连续测速为600 m/h,然后根据所测的连续数据找到井温等曲线的异常点和井结构的特殊点确定点测位置。

点测。在所选点测位置上下10 m都需要进行测量,每个点测位置测量20 s,一般点测间隔为2 m。如果连续测量没有发现异常位置,井结构也没有特殊点,没有怀疑漏失的位置等情况,那么就需要对全井段进行点测,这时点测间隔可以为5 m。点测文件需要有产层的点测,也需要有静态位置的点测作为参考。

1.3 NST噪声测井解释方法

噪声解释时必须要有井况信息,包含套管、管柱、射孔等信息,然后依据噪声解释模型进行综合分析解释。NST噪声仪器的接收频率为100 Hz～12.8 kHz,2 kHz以内的噪声信号为通道产生的噪声(一般为管内大空间流动产生),2～6 kHz的噪声信号为缝隙噪声(管外地层裂缝、窜槽等产生),6 kHz以上的噪声信号为地层内噪声(储层流动产生)。

井漏、窜槽、倒灌、出沙点会产生井下噪声,不同性质的井下泄漏(出水、出沙、出气等)产生出的噪声频谱分布有各自的频率区域,通过噪声仪器分析井下噪声频谱,定性判断流体的性质并对泄露点进行定位,结合井温、流量等资料综合分析,可提高找漏、找窜测井的精度和成功率。一般情况下,井内产气的噪声相对产水和产油的噪声频率要高,其噪声幅度也大,因此,产气与产水、产气与产油比较好区分,而产油与产水的噪声频谱范围相邻;幅度相当,不太好区分。对于流体流量,在同样的压力下,流量与产生的噪声幅度成正比。

图1 ×井的产出剖面和NST噪声测井解释成果对比图

2 NST噪声测试技术应用

2.1 判断井产出情况

×井是轮古油田1口碳酸盐岩产出井,产出剖面测井时出现涡轮流量交叠现象,无法准确解释,影响测试解释精度。该井为斜井,测量井段最大斜度为47.82°,井筒中流型复杂,井内出现回流,油气向上流动,水相沿井壁向下流动,无法准确判断产出位置及产量。因此,增加噪声测量,很好地反映出各产层的产出情况。根据噪声幅度及成像图可以看出,主要产出层为5 270～5 277.5 m井段,次要产出层为5 257.0～5 266.0 m井段,5 283.0～5 289.0 m井段为第3产出段(见图1)。图1中,红色表示最高的噪音,然后随着噪声的减小逐渐降为黄色、绿色、蓝色(低音)和紫罗兰色,白色表示仪器响应阈值之外的噪声(无噪音)。

2.2 寻找管外窜槽

轮南×井是塔里木轮南油田的1口采油井,射开1个层,自喷生产,含水21%,为了解井下产层的生产情况及是否有窜槽、管漏,为下一步措施收集资料进行生产测试。因此,测量项目定为七参数产出剖面测井同时又加测了NST噪声,进行综合分析判断。七参数测试结果显示4 799～4 802 m射孔段出液,但射孔层以下井温曲线有异常显示。噪声资料显示4 799～4 802 m射孔段噪声明显,射孔段以下到4 815 m也都有较弱的噪声。综合分析说明4 799～4 802 m射孔段与下部23+24+25层管外窜槽,下部水层的水上窜通过射孔层产出,该井解释结论与地质分析吻合很好(见图2)。

图2 轮南×井的产出剖面和NST噪声测井解释成果对比图

2.3 寻找套管破损

热普×井是塔里木哈拉哈塘油田的1口开发井,该井气举生产,产水280 m3/d,含水100%,怀疑有窜槽和套损,因此,进行生产测井。根据该井生产情况和管柱结构,测试主要采用能谱水流+噪声测井方法进行全井段检查,找到套损位置,为下一步措施收集资料。测试时由于产水很不稳定,导致能谱水流测井无法准确判断出水位置。测试井温在4 249～4 254 m处出现异常变化,噪声测量显示有明显噪声,综合分析后认为,该处套管破损,流体由下部管外窜槽至该位置产出。该井封窜封堵后初期产油95.87 m3/d,含水9.56%,后稳产56.61 m3/d,含水23.5%,收到了很好的地质应用效果(见图3)。

图3 热普×井的井温压力和NST噪声测井解释成果对比图

3 结 论

(1)NST噪声测井可单独使用解决地质问题,也可与其他项目组合配套进行测井有着互补的作用,使测试资料更全面、更真实反映出井下窜槽、管子破损、射孔段产出等的情况。

(2)NST噪声测井完善了资料的综合录取和综合分析评价,结合使用使测井资料更加完整。经过在塔里木油田的实际应用,效果非常明显,解释结果更加真实可信,提高了解释符合率。