時(shí)新磊，崔云江，李興麗，汪瑞宏

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452)

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脈沖氧活化測(cè)井在水平井生產(chǎn)測(cè)井中的研究及應(yīng)用

時(shí)新磊，崔云江，李興麗，汪瑞宏

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452)

目前，渤海油田水平井在開發(fā)生產(chǎn)中會(huì)經(jīng)常遇到產(chǎn)層出水，注水井吸水層位難以確定，層間、層內(nèi)矛盾突出等難題，如何確定水平井出水層位或吸水層位直接影響了水平井的開發(fā)效果。脈沖氧活化測(cè)井具有測(cè)量范圍寬、精度高、受井斜影響小且能夠直觀測(cè)量水流方向與速度等優(yōu)勢(shì)，是了解水平井注采動(dòng)態(tài)的重要監(jiān)測(cè)手段。根據(jù)脈沖氧活化測(cè)井原理，針對(duì)海上斜井、水平井的特點(diǎn)，利用水平井水力輸送式氧活化測(cè)井工藝，確定了水平井出水或吸水層位。該技術(shù)在渤海油田水平生產(chǎn)井中首次獲得成功應(yīng)用，準(zhǔn)確找出了水平井出水層位，揭示了地質(zhì)油藏矛盾，為油藏開發(fā)方案的制定提供了科學(xué)依據(jù)。

脈沖氧活化測(cè)井；水平井；水力輸送式測(cè)井工藝；測(cè)井找水

隨著油田開發(fā)程度的不斷深入，在水平井開發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)經(jīng)常會(huì)遇到產(chǎn)層出水、注水井吸水不均勻等一系列問(wèn)題。目前，渤海部分油田主力油層含水呈上升趨勢(shì)，層間、層內(nèi)矛盾日益突出。因此，盡早著手治理油田出水，弄清出水原因，是決定油田能否穩(wěn)產(chǎn)的一個(gè)迫切問(wèn)題。如何準(zhǔn)確確定水平生產(chǎn)井出水層位和水平注水井吸水層位是進(jìn)行“穩(wěn)油控水”的重要環(huán)節(jié)[1]。

脈沖氧活化測(cè)井找水技術(shù)是根據(jù)管柱結(jié)構(gòu)來(lái)判斷水流方向，同時(shí)通過(guò)分析對(duì)比儀器測(cè)量記錄的伽馬計(jì)數(shù)率信號(hào)在有流動(dòng)水情況下與靜水流情況下所呈現(xiàn)的水流時(shí)間峰譜的不同來(lái)確定產(chǎn)層出水、竄槽層位。在有流動(dòng)水情況下，探測(cè)器會(huì)記錄到一個(gè)完整的峰位；在靜水流條件下，由于沒(méi)有流動(dòng)氧信號(hào)，探測(cè)器測(cè)到的總計(jì)數(shù)率明顯呈指數(shù)衰減形態(tài)而記錄不到峰位。

脈沖氧活化測(cè)井能直觀地測(cè)量水流方向與速度，已經(jīng)在油田動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中大規(guī)模應(yīng)用。該方法可測(cè)量油管內(nèi)外甚至套管外水流的速度與位置，并且具有不受射孔孔道大小、地層巖性、孔隙度和滲透率等參數(shù)限制的優(yōu)點(diǎn)。特別針對(duì)在水平井中，由于儀器偏心、油水重力分異現(xiàn)象而造成的測(cè)量誤差偏大問(wèn)題，脈沖氧活化測(cè)井技術(shù)由于具有測(cè)量范圍寬、受井斜影響小的特點(diǎn)，不但能定性識(shí)別出水或吸水層位，而且能夠定量或半定量地計(jì)算出其流量大小[2，3]。為此，筆者根據(jù)脈沖氧活化測(cè)井原理，針對(duì)海上斜井、水平井的特點(diǎn)，利用水平井水力輸送式氧活化測(cè)井工藝，確定了水平井出水或吸水層位，為油藏開發(fā)方案的制定提供了可靠的依據(jù)。

1　脈沖氧活化測(cè)井原理及解釋方法

1.1測(cè)井原理

快中子與物質(zhì)元素原子核發(fā)生(n,a)、(n,p)、(n,r)核反應(yīng)，產(chǎn)生不穩(wěn)定的新原子核，新原子核按一定的半衰期衰變，放射出γ粒子，該種新原子核叫作活化核，該種反應(yīng)叫作活化核反應(yīng)。

脈沖氧活化測(cè)井采用能量為14.1MeV的快中子照射氧原子核，使氧核轉(zhuǎn)化成氮的活化核，氮核通過(guò)β-衰變釋放出高能量γ射線而回到基態(tài)。其核反應(yīng)公式如下：

1.2加權(quán)平均解釋方法

被活化的水流流經(jīng)儀器時(shí)，探測(cè)器接收到的伽馬射線計(jì)數(shù)先是增大，而后又減小，形成一個(gè)峰。要想求準(zhǔn)渡越時(shí)間，就要定準(zhǔn)該峰在時(shí)間譜上的位置。時(shí)間譜上計(jì)數(shù)最大的位置不一定與被活化水流流經(jīng)探測(cè)器中央的時(shí)刻嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。為了降低計(jì)數(shù)率統(tǒng)計(jì)漲落的影響，根據(jù)放射性計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，采用加權(quán)平均法計(jì)算渡越時(shí)間。

脈沖氧活化測(cè)井技術(shù)是基于較短的激發(fā)期(1～15s)、之后較長(zhǎng)的采集期(20～60s)的一種測(cè)量管內(nèi)及管后水流技術(shù)。由于其激發(fā)期較短，所以可以探測(cè)到當(dāng)水流經(jīng)過(guò)探測(cè)器時(shí)的信號(hào)。流速由源距(中子發(fā)生器到探測(cè)器間的距離)和渡越時(shí)間(水流經(jīng)中子源到達(dá)探測(cè)器的時(shí)間)決定[5]：

(1)

式中：Tm為渡越時(shí)間，s；f(T)為測(cè)量得到的流動(dòng)信號(hào)；T為采集時(shí)間，s；Ta為中子脈沖時(shí)間寬度，s。

有渡越時(shí)間，根據(jù)儀器的源距和套管、油管或環(huán)形空間的截面積，便可求出水流流量：

(2)

式中：Q為計(jì)算水流流量，m3/d；L為源距，cm；S為流體空間截面積，cm2。

2　水力輸送式氧活化測(cè)井工藝

渤海油田水平井氧活化測(cè)試主要采用水力輸送式氧活化測(cè)井工藝，主要由 “Y”型電泵測(cè)試管柱、水力輸送工藝和電泵生產(chǎn)測(cè)試工藝組成。

一般為了達(dá)到水平井測(cè)試的目的，原有生產(chǎn)管柱更換為“Y”型電泵測(cè)試管柱；水力輸送工藝主要是當(dāng)儀器串在下井自然遇阻后，打開油管進(jìn)水閘門和套管出口閘門，地面啟動(dòng)注水泵從油管往井內(nèi)注水,輸送儀器串下行至井底；水力輸送儀器串到目的層段后，上提儀器測(cè)量伽馬和磁定位曲線進(jìn)行深度校正，然后再次將測(cè)井儀器串輸送到井底。為避免下井儀器串輸送過(guò)程中出現(xiàn)遇卡，氧活化儀器下井前通常先進(jìn)行通井。儀器串進(jìn)入水平段后，每推進(jìn)100m上提10～15m，并隨時(shí)觀察張力的變化情況。當(dāng)儀器下入井底后，停止井口注水，啟泵生產(chǎn)，當(dāng)電泵生產(chǎn)穩(wěn)定及注入水反排完畢后，上提儀器串對(duì)目的層段進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)量，進(jìn)而確定水平井出水層位[6]。

3　實(shí)例分析

圖1　X井井眼軌跡圖示意圖

X井為渤海油田一口水平生產(chǎn)井，完井方式為礫石充填，篩管防砂。該井防砂段為2274.48～2630.0m，防砂管柱長(zhǎng)度402.5m，防砂篩管長(zhǎng)度353.4m。井眼結(jié)構(gòu)如圖1所示。自2006年4月投產(chǎn)以來(lái)，日產(chǎn)液100m3，含水率始終100%，分析認(rèn)為該井產(chǎn)水的原因可能有3種：①目前水平產(chǎn)層段上方有一大段水層(812.3～1212.9m)，存在套管破裂；②水平產(chǎn)層段與大段水層間固井質(zhì)量不好，套管外存在串槽；③水平產(chǎn)層段出水。根據(jù)上述3種可能引起油井產(chǎn)水的原因分析，并結(jié)合水平井特殊的生產(chǎn)測(cè)井施工工藝要求，為達(dá)到確定出水位置的目的，滿足脈沖氧活化測(cè)井的要求，提出原有的生產(chǎn)管柱，下入能滿足測(cè)井的測(cè)試管柱(油管至水平段)。

由于該井井斜大、水平段長(zhǎng)，因此采用了水力輸送式氧活化測(cè)井工藝，先注水、后起泵的生產(chǎn)方式來(lái)判斷出水層位及管外竄槽情況。在井口注水輸送儀器下井過(guò)程中，利用脈沖氧活化測(cè)量油套(篩)環(huán)形空間上水流，以判斷管外是否竄槽。儀器下入到井底后，隨即啟動(dòng)電泵生產(chǎn)，并使井筒充分排液。當(dāng)日產(chǎn)液量穩(wěn)定時(shí)，上提氧活化測(cè)井工具串，進(jìn)行電泵生產(chǎn)過(guò)程中的氧活化上、下水流譜峰的測(cè)量，判斷管外是否竄槽及出水層位。

3.1注水過(guò)程中氧活化測(cè)量

注水過(guò)程中對(duì)油套環(huán)空上水流進(jìn)行了6個(gè)點(diǎn)測(cè)量，其中4個(gè)測(cè)點(diǎn)的水流時(shí)間譜如圖2所示。通過(guò)油套環(huán)空上水流氧活化測(cè)井解釋，測(cè)點(diǎn)1400.0、1410.0、1420.0、2255.0、2260.0、2265.0m深度處所測(cè)上水流時(shí)間譜均呈指數(shù)衰減形式而未測(cè)到明顯峰譜，流量為0.0m3/d，說(shuō)明在1400.0～2265.0m沒(méi)有向上的水流流動(dòng)。因該井套管鞋位置在2274.48m，因此可以證實(shí)在1400.0～2265.0m套管外不存在竄槽現(xiàn)象。

圖2　油套環(huán)空上水流4個(gè)測(cè)點(diǎn)水流時(shí)間譜

注水過(guò)程中對(duì)油篩環(huán)空上水流進(jìn)行了6個(gè)點(diǎn)測(cè)量，其中4個(gè)測(cè)點(diǎn)的水流時(shí)間譜如圖3所示。篩管防砂段2276.0～2630.0m，注水過(guò)程氧活化測(cè)點(diǎn)有2309.8、2360.0、2410.0、2470.0、2540.0、2611.0m共6個(gè)點(diǎn)，測(cè)井解釋的流量分別為51.88、222.23、380.02、485.06、542.59、698.49m3/d，證實(shí)了該防砂段為注水時(shí)的吸水位置，反映出水平段層內(nèi)的非均質(zhì)性。

3.2起泵生產(chǎn)過(guò)程中氧活化測(cè)量

電泵生產(chǎn)時(shí)油套環(huán)空的氧活化下水流測(cè)點(diǎn)為1405.0、2205.0、2255.0、2260.0、2320.0m，5個(gè)測(cè)點(diǎn)水流時(shí)間譜均呈指數(shù)衰減形式(其中4個(gè)測(cè)點(diǎn)的水流時(shí)間譜如圖4所示)，說(shuō)明沒(méi)有流動(dòng)水，所有下水流測(cè)點(diǎn)流量均為0.0m3/d，再次證實(shí)起泵生產(chǎn)井段(1405～2320m)油套環(huán)空間并未有流動(dòng)水，管外未發(fā)現(xiàn)有竄槽現(xiàn)象。

圖4　油套環(huán)空下水流4個(gè)測(cè)點(diǎn)水流時(shí)間譜

氧活化上水流測(cè)量是在穩(wěn)定的生產(chǎn)條件下，即在油壓1.2MPa、日產(chǎn)液量365m3的條件下進(jìn)行的。共有測(cè)點(diǎn)52個(gè)，其中在水平產(chǎn)層段2276～2630m之間，每10m間隔測(cè)量一點(diǎn)。起泵生產(chǎn)時(shí)的部分油套、油篩環(huán)空上水流時(shí)間譜如圖5所示，可以看出，起泵生產(chǎn)時(shí)，在2613.0m以上的油套、油篩環(huán)空均測(cè)到了上水流時(shí)間譜。52個(gè)測(cè)點(diǎn)的流量均在290m3/d左右，說(shuō)明在2613.0m以上的篩管防砂段是不產(chǎn)液的，與井口總流量標(biāo)定295m3/d是相符的。

圖5　起泵生產(chǎn)時(shí)油套、油篩環(huán)空上水流時(shí)間譜

綜上所述，注水過(guò)程和起泵生產(chǎn)時(shí)，脈沖氧活化測(cè)井解釋結(jié)論可以證實(shí)600.0～2276.48m井段(套管鞋深度)套管外沒(méi)有竄槽現(xiàn)象，800.3～1212.9m(水層段)套管也未發(fā)現(xiàn)有破損，出水的位置靠近水平井底部2613.0m以下。

4　結(jié)論

1)脈沖氧活化測(cè)井具有測(cè)量范圍寬、精度高、受井斜影響較小等特點(diǎn)，可克服傳統(tǒng)渦輪流量計(jì)在水平井中由于儀器偏心、油水重力分異現(xiàn)象造成的測(cè)量誤差偏大問(wèn)題，從而可以準(zhǔn)確地找出水平井出水層位或吸水層位，并定量或半定量地計(jì)算出水量或吸水量大小。

2)脈沖氧活化測(cè)井技術(shù)在渤海油田水平井測(cè)井找水方面應(yīng)用效果較好，經(jīng)實(shí)際資料證實(shí)，可以準(zhǔn)確找出出水層位，反映地層的非均質(zhì)性，為地質(zhì)油藏方案的確定提供充分的理論依據(jù)。

3)應(yīng)用效果表明，水力輸送式水平井氧活化測(cè)井找水工藝比井下爬行器輸送工藝更加經(jīng)濟(jì)適用，測(cè)試成本較低，同時(shí)滿足了測(cè)試需求。

[1]李德信，郭海敏，時(shí)新磊，等.脈沖氧活化測(cè)井在澀北氣田測(cè)井找水技術(shù)中的應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào))，2011，33(10): 89～93.

[2]李瑛，張薇，張?jiān)虑?脈沖氧活化測(cè)井解釋中的一些具體問(wèn)題[J].測(cè)井技術(shù)，2004，28(6)：258～261.

[3]田祖紅，路培毅，遲彥華，等.復(fù)雜條件下脈沖中子氧活化水流測(cè)井資料的分析方法[J].國(guó)外測(cè)井技術(shù)，2009，(5)：36～39.

[4]黃隆基.放射性測(cè)井原理[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1985.

[5]郭海敏.生產(chǎn)測(cè)井導(dǎo)論[M].北京：石油工業(yè)出版社，2003.

[6]董福印，李貴川，王立群，等.水力輸送式水平井氧活化測(cè)井工藝技術(shù)[J].測(cè)井技術(shù)，2007，31(3)：293～294.

[編輯]龔丹

2015-06-04

時(shí)新磊(1982-)，男，碩士，工程師，主要從事裸眼井測(cè)井、生產(chǎn)測(cè)井解釋及儲(chǔ)量評(píng)價(jià)等研究工作，shixl3@cnooc.com.cn。

P631.84

A

1673-1409(2016)14-0031-05

[引著格式]時(shí)新磊，崔云江，李興麗，等.脈沖氧活化測(cè)井在水平井生產(chǎn)測(cè)井中的研究及應(yīng)用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2016,13(14):31～35.