油田测井中同位素示踪技术的应用

庞 杨,宋玉收,许 峰,吴 珂

(1.哈尔滨工程大学 核科学与技术学院,哈尔滨 150006; 2.黑龙江省原子能研究院,哈尔滨 150006)

近年来,我国各地油田不断开发,但部分油田存在明显的层间矛盾、层内矛盾等问题,大孔隙通道地层和低渗透地层正朝着两极方向发展,这些因素导致油田开发日益复杂,传统的开发技术难以满足实际需要。为了解决这些问题,同位素示踪技术的应用和优化已成为研究热点,需进一步探索。

1 项目概况

某油田位于我国东北部,开采始于20世纪50年代,大部分主力油层接近采空,存在注水问题,这给后续开采带来了很大的困难。为了勘探更多的油层,需采用注氮常规剖面测井技术,获得深部油田动态变化的监测数据,但该技术的理论效果不佳,实际效果预计甚至更低。鉴于这种情况,经研究讨论,决定采用同位素示踪法开展油田测井。

2 同位素示踪技术的应用

2.1 同位素示踪剂的选择与优化

在该油田以往的测井中,通常使用密度为0.2～0.5 g/cm3的氮气作为气源,临界密度为0.3109 g/cm3。可以看出,其他油田广泛使用的固体同位素示踪剂密度明显过高,受重力影响明显,不适合该油田。相反,有必要优先考虑可由高压氮气携带的放射性同位素示踪剂。考虑到该油田的实际情况,选择同位素示踪剂的原则如下:半衰期适中,同位素及其载体的密度合理,密度分散度小于5%,避免明显的漂浮或下沉;同位素载体应具有足够的表面活性,不应影响井筒、相关装置和仪器,粒径略大于地层孔径,以确保其能够在射孔附近过滤和积累,不会下沉太快,具有不低于40 MPa的耐压性和不低于120 ℃的耐温性,以确保在高温高压下不会解吸。

经研究、测试和分析,开发出适合该油田的特殊同位素示踪剂,基本参数如表1所示。

表1 特殊同位素示踪剂的基本参数

在确定上述参数后,优化了示踪剂强度,以确保其能够满足生产井检测和连续施工的要求。根据以下公式计算示踪剂强度的典型系数:

Z=X×Y/100

式中,X表示实际示踪剂注入量,单位为m3/h;Y是测量间隔的深度,单位为m,衰变常数Z,根据系数Z的大小,使用表2中的对应关系确定具有适当强度的示踪剂。

表2 示踪剂强度与衰变常数Z之间的关系

根据同位素示踪剂的基本形状,使用前,将其储存在温度为4 ℃并配备通风系统的储藏室中,以确保储藏室处于干燥环境,当它到达油田测井现场时,用大量冰块保温,以确保油田测井的最终效果。

2.2 在不同油田测井中的应用分析

2.2.1 在正注井测井中的应用

油田东侧的一口油井为一般注氮井,注氮量17 000 m3/d,注入压力20 MPa。将同位素示踪技术应用于这口油井之前,用稀油对其进行清洁,以确保井筒清洁,为后续测试实验做好准备。然后开始气体注入,7 d后进行测试。考虑到本次注气规模较大,油井地质条件复杂,采用定点法跟踪流量试验,自下而上进行。在穿孔段底部放置一个点,在每个穿孔层上方和下方放置一点,在所有层位上方测量总流量。测量结果如表3所示。

表3 正注气井测试结果

从表3可以看出,当深度达到2788.0 m以下时,该段的穿孔层不吸入,第一个穿孔层的进气处于低水平。根据对该数据的总体分析可知,第二穿孔层是主注入层,第三穿孔层是次注入层。将注气速率和定点同位素示踪技术获得的数据对比,可以看出,差异不大,得出了一致的结论,即2788.0 m以下的射孔层不吸气。说明对于一般的正注入油井来说,使用这种特殊同位素示踪剂进行油田测井是有效且合理的,可有效满足注氮剖面的测井要求。

2.2.2 在反注井测井中的应用

该油田7区块有一口典型的氮气驱反注气井,注气速度为22 000 m3/d,注气压力为32 MPa。使用特殊同位素示踪剂进行连续追踪示踪剂流动测井。测井过程中发现,追踪流连续追踪曲线的自然伽马峰有明显的追踪和迁移,在管道中向下移动并以恒定速度迁移,可计算注入氮气的总流量。自然伽马峰值迁移到喇叭口,并向上进入油套的环形空间。按照油环空中的自然伽马峰值跟踪曲线的迁移和峰值变化,可细化目标层段单层的进气量。具体测试结果如表4所示。

表4 反注气井测试结果

从表4可以看出,在该油井中,3号射孔层是主要的注气层,相对进气量较高,而1号和2号射孔层的注气和进气量相对较小,低于3431 m,射孔层不呼吸。对自然伽马峰值迁移曲线及温度和持液率变化的分析可知,采用同位素示踪技术的油田测井能够准确反映反注井射孔层的进气规律。

2.2.3 在分层注气井测井中的应用

该油井203区块为典型的氮气驱分层注气井,注气速度为12 000 m3/d,注气压力设定为33 MPa。对于这口油井,使用专用同位素示踪剂进行连续追踪示踪剂流动测井。采用“示踪剂流速测试”法,在气体注入喷嘴上方自下而上进行点测试(主要目的是尽量减少示踪剂在管道中的扩散时间)。在每个点释放示踪剂,并连续跟踪每个气体喷嘴的进气和相应层的进气,直到峰值不再迁移。分配给一个气体喷嘴的喷射间隔的跟踪测试完成后,将其向上移动至相邻气体喷嘴的间隔,进行进一步测试。在测量间隔上方200 m处布置一个测量点,验证总流量,从而完成测试。

通过该测试获得了跟踪峰值,如图1所示。

图1 示踪峰值移动示意图

从图1可以看出,示踪剂峰值在初始阶段具有明显的向下迁移趋势,先移动到第一个气体喷嘴,然后伽马峰值进入油套空间并继续向下移动。此时,示踪剂流速仍有明显的峰移。但最终峰值不再向下移动,表明此时穿孔层没有空气入口。分析发现,当峰值停止迁移时,深度为3031 m。各层情况如表5所示。

表5 各射孔层吸气情况分析

由于自然伽马峰值直接迁移到油管中的第一气体分配喷嘴中,因此不会在油管中向下迁移。根据持液率曲线分析发现,油管液位始终处于3003.3 m的水平。可以推断,自然伽马峰偏移与持液率线反映的情况基本一致。根据表5中的数据进行分析可知,该同位素示踪技术可准确显示无进气的穿孔层,获得的数据在很大程度上能够真实反映地下穿孔层的准确进气情况。

3 展望

针对上述典型油井,采用特殊同位素示踪剂开展油田测井,通过不同管柱结构的注氮蒸汽井的测井实例,证明了其对不同油井具有良好的通用性和可靠性。但也存在一些不足:本次注入的示踪剂剂量太小,只有60 mL,效果并不显著,无法清晰显示所有区域的迁移细节。虽然井筒已经提前清洗,但仍难以完全清除杂物,导致一些示踪剂受到污染。今后将进一步优化和调整示踪剂的组成与注入测量,应用专业设备进一步清洁井筒,提高同位素示踪剂技术的测井精度。

4 结束语

结合当地油田实际情况,采用特定同位素示踪技术,有效应用于油田测井。结果表明,基于同位素示踪剂技术的油田测井,能够有效发现目标油井的剖面数据,反映更详细的井下信息,满足油田开发后期调整需要,有利于油田增产。未来,需不断开展优化研究,消除不利因素的影响,促进油田工程的进一步发展。