孫勞武 夏竹君 潘克靜 孟 軍 李宏亮

(中原石油勘探局地球物理測井公司 河南濮陽)

超聲波流量計在注水剖面中的應用

孫勞武 夏竹君 潘克靜 孟 軍 李宏亮

(中原石油勘探局地球物理測井公司 河南濮陽)

文章介紹了超聲波流量計的測井原理、儀器特點、施工工藝及解釋方法,分析了該技術(shù)在識別大孔道地層、檢查井下管柱情況、判斷套管漏失、提高注水剖面解釋精度等方面的應用情況,大量的實際測井資料表明,超聲波流量計解決了注水剖面測井的許多疑難問題。

注水剖面;流量計;超聲波;生產(chǎn)測井;測井技術(shù)

0 引 言

通過分析近幾年國內(nèi)注水開發(fā)油田的三參數(shù)注水剖面測井資料,表現(xiàn)出來的主要問題是:伽馬本底高、沾污嚴重、測試遇阻情況多、地層大孔道、井筒及管柱漏失等等,另外,由于注水管柱復雜,井下水流方面認識不清,無法分析配水器、封隔器等工具的工作狀況,影響了資料的應用情況[1、2]。針對復雜的注水井,必須開展多參數(shù)、多樣化的吸水部面測井技術(shù),滿足油田的開發(fā)需要。

1 超聲波流量計測井技術(shù)

1.1 測量原理

采用超聲波相位差原理,設計了A、B兩個特征相似的超聲波傳感器,距離為L,如圖1所示,設超聲波頻率為f,波長為λ,則聲速V=f×λ,波數(shù)N=L/λ=L×f/V,由于L、f為常量,則N與V成反比。

圖1 流量傳感器的測量模型示意圖

當流體沿A→B方向以速度U流動時,順流聲速Va=V+U,逆流聲速Vb=V-U,則順流時波數(shù)Na=V×n/(V+U),逆流時波數(shù)Nb=V×n/(V-U),則順、逆流發(fā)射超聲波時,L距離內(nèi)正逆流波數(shù)差為:Δn=Nb-Na=n×2U×V/(V2-U2),其中n=L×f/V,則Δn=2L×f×U/(V2-U2)。

相位差Δb=Δn×360°=720°L×f×U/(V2-U2),因為V?U,則Δb≈720°L×f×U/V2,由于L、f、V為常量,則相位差Δb和流體流速U之間為近似線性關(guān)系。

因此測出超聲波相位差Δb,即可計算出流體流速U,進而可以計算出已知管子內(nèi)徑的流量。

1.2 儀器特點

測井項目:磁定位、伽馬、井溫、壓力和超聲波流量計五參數(shù)組合測井。

儀器指標:外徑38 mm,總長度4.5 m,耐溫150℃,耐壓70 MPa,在2.5 in(1 in=25.4 mm)的油管內(nèi)測量范圍0～370 m3/d左右,在5.5 in的套管內(nèi)測量范圍0～1 800 m3/d左右。

適用范圍:適用管柱內(nèi)徑大于40 mm的分層注水井、空井筒及喇叭口在射孔層段上部的籠統(tǒng)注水井。

1.3 施工方法

將超聲波流量計與磁定位、伽馬、井溫、壓力組合后下入井內(nèi),關(guān)井2 h～4 h左右,測量注水井相對靜止時的井溫、伽馬、磁定位、壓力,然后恢復正常注水,穩(wěn)定后在射孔層上部200 m左右釋放同位素,待同位素分配好后,測量至少兩條重復性較好的同位素、井溫、壓力、磁定位以及超聲波連續(xù)曲線;再根據(jù)測量的超聲波連續(xù)曲線以及注水管柱,分別在距離井口200 m左右、在各配水器的上、下10 m左右、超聲波連續(xù)曲線有異常的井段上、下10 m左右、射孔層段上、下2 m左右、遇阻點上5 m左右等測量超聲波定點流量,定點測量時間不少于120s。如果超聲波定點流量曲線有明顯波動,或者根據(jù)超聲波定點流量值查圖版計算的水流量出現(xiàn)異常情況,要重復定點驗證。

2 解釋方法

2.1 解釋圖版

在儀器出廠投入使用前,在規(guī)范的油管和套管中進行流量刻度和標定,根據(jù)標定值制作解釋圖版,并用最小二乘法回歸流量與相位差之間的計算公式,如圖2所示。如果儀器使用時間過長,出現(xiàn)零漂和誤差較大時,要重新進行刻度和標定。

圖2 超聲波流量計在2.5 in油管內(nèi)標定圖版

2.2 計算評價井段內(nèi)的流量

根據(jù)測量超聲波定點流量相或連續(xù)流量的相位差值,代入如圖2中的回歸公式均可計算該處流量,根據(jù)定點相位差計算的流量不含測井速度的影響,計算出來的流量直接反應定點深度處管子內(nèi)流體的實際流量;而根據(jù)連續(xù)相位差計算的流量包含測井速度的影響,需要減去測速相同時在死水區(qū)連續(xù)相位差計算的流量,才能反應該深度處管子內(nèi)流體的實際流量。

2.3 計算分層吸水量[3]

首先選出射孔層上下、配水器上下等評價井段,再根據(jù)超聲波定點或連續(xù)相位差,按3.2的方法計算各評價井段管子內(nèi)的流量,其上下評價井段內(nèi)流量的差值就是射孔層的吸水量或配水器的進水量。

對于分層注水井,若封隔器密封完好,按配注井段將各射孔層分為若干個解釋單元,先根據(jù)超聲波流量曲線計算各配水器實際注水量的大小,然后將其按同位素吸水面積的大小,精確評價各小層的吸水量。其特點:可以檢查并精確計算各配水器的實際配注情況;結(jié)合多參數(shù)分析,可以準確判斷封隔器的密封情況。

對于籠統(tǒng)注水井,若射孔層之間的間隔較大(一般大于2 m),超聲波流量曲線在層間有明顯的變化,可直接根據(jù)流量計曲線進行定量解釋。若射孔層之間的間隔較小,流量計曲線在層間變化不明顯,則可將這些射孔層劃分為一個解釋單元,根據(jù)流量曲線計算該單元的總吸水量,然后將其按同位素吸水面積的大小,精確評價各小層的吸水量。對于有竄槽現(xiàn)象的,將竄槽井段內(nèi)各層劃分為一個解釋單元,用流量曲線計算該單元總的吸水量,再將其按同位素吸水面積的大小,精確評價各小層的竄吸量。

3 應用實例分析

1)識別大孔道地層

當?shù)貙哟嬖诖罂椎罆r,常規(guī)的同位素載體粒徑比孔道直徑小,會隨注入水進入地層深部,導致測量同位素曲線與伽馬本底對比時差異較小甚至沒有差異,僅依據(jù)同位素曲線解釋小層吸水量,會得出與實際情況相差較大的結(jié)論。如果結(jié)合超聲波流量計,則能很好地反映地層的真實吸水情況。如GX110-7井2009年10月21日測的吸水剖面如圖3所示,該井的注水層段為13號層,射孔井段1 886.0 m～1 902.0 m,厚度16.0 m,注水管柱下至1 859.4 m,注水油壓9.0 MPa,注水量約100 m3/d,所用同位素載體粒徑300μm～600μm,粒密度1.02 g/cm3。從圖中可以看出,同位素示蹤曲線在13號層頂部(1 885.3 m～1 887.3 m)有較弱吸水顯示,解釋的吸水量占23.52%,但是超聲波流量曲線在此處有大幅度異常,解釋的吸水量占68.98%,說明此處存在大孔道,大部分同位素沿大孔道進行地層深部。

圖3 GX110-7井超聲波流量計注水剖面成果圖

2)檢查封隔器的封隔效果

在分層配注井中,測量超聲波流量計曲線,可以準確判斷封隔器的封隔效果。如L15-＊＊井是一口注水井,注水層位Es33,注水井段3 079.6 m～3 082.3 m,40.0 m/8層。該井為一級兩段分注,上段投80 m3/d的定量水嘴,下段未投水嘴。2010年4月9日進行超聲波流量計注水剖面測井,如圖4所示,從同位素曲線分析,封隔器上下兩段均有吸水顯示,與設計的配注情況基本吻合。但超聲波流量曲線顯示,注入水全部從上段水嘴進入,一部分水進入封隔器上部的射孔層,另一部分水通過封隔器進入下部射孔層,下段水嘴未進水,充分驗證了封隔器失效。

圖4 L15-＊＊井超聲波流量計注水剖面成果圖

3)提高遇阻井注水剖面解釋精度

在長期的注水剖面測井施工中,常常會遇到套管變形、油管未下到位、井下工具堵塞、井底有落物或沉砂等現(xiàn)象,同位素注水剖面測井解釋時,有些井不能定性分析遇阻層是否吸水,更無法定量解釋遇阻層的吸水量,常規(guī)處理方法是:定量解釋時不考慮遇阻層的吸水量,從而影響本井吸水層的定量解釋精度。如果進行超聲波流量計測井,不僅能準確分析遇阻層的吸水情況,而且能提高該井的定量解釋精度。

L90-＊＊井是一口注水井,注水層位Es32+3,注水井段2 629.0 m～2 666.8 m,13.2 m/4層。該井為籠統(tǒng)注水,全井日配注量100 m3/d。2010年4月11日對該井進行了同位素注水剖面測井,施工過程中測井儀器在2 662.0 m遇阻,最后一個層未測出,從監(jiān)測曲線分析遇阻層吸水。于是,現(xiàn)場施工人員及時與地質(zhì)人員聯(lián)系,改用超聲波流量計測井,如圖5,根據(jù)超聲波流量曲線計算的遇阻層吸水量占全井注水量的95.49%,充分發(fā)揮了超聲波流量計的優(yōu)勢,為采油廠提供了可靠的測井資料。

圖5 L90-＊＊井超聲波流量計注水剖面成果圖

4)檢查配水器的實際配注情況

在分層配注井中,對不同的層系設計了不同大小的配水器水嘴希望按計劃注水,如果想檢查各配水器的實際注水情況,可進行超聲波流量計測井。L1-＊井是一口注水井,注水層位Es32+3,注水井段2 516.0 m～2 646.8 m,目前注水方式為兩級三段分注,有三個配水器和兩個封隔器,井口注水量為106 m3/d左右,設計配水器1為死嘴,配水器2未投水嘴,配水器3投60 m3/d的水嘴。2010年4月11日進行超聲波流量計測井,配水器1不吸水,配水器2進水量為58.27 m3/d,配水器3進水量為48.00 m3/d,測試結(jié)果與實際配注情況基本吻合。

4 結(jié)束語

超聲波流量計在注水剖面測井中,能識別大孔道及微裂縫地層、揭示層間矛盾、檢查井下注水管柱工作情況、判斷淺部套管漏失、提高自然伽馬本底高的井測井成功率及遇阻井注水剖面解釋精度等,解決了普通的同位素注水剖面測井技術(shù)存在的諸多難題。

[1] 李俊舫,夏竹君.復雜注水井吸水剖面流量計測井技術(shù)[J].石油儀器,2005,19(6)

[2] 王 祥,夏竹君.利用注水剖面測井資料識別大孔道的方法研究[J].測井技術(shù),2002,26(2)

[3] 夏竹君.利用脈沖中子氧活化測井技術(shù)評價管外竄槽[J].天然氣技術(shù),2008,23(2)

P631.8+3

B

1004-9134(2011)01-0080-03

孫勞武,男,1972年生,工程師,1993年畢業(yè)于重慶石油學校鉆井工程專業(yè),現(xiàn)在中原油田測井公司從事測井技術(shù)工作。郵編:457001

2010-06-30編輯:高紅霞)