龐 楊,宋玉收,許 峰,吳 珂

(1.哈爾濱工程大學 核科學與技術(shù)學院,哈爾濱 150006; 2.黑龍江省原子能研究院,哈爾濱 150006)

近年來,我國各地油田不斷開發(fā),但部分油田存在明顯的層間矛盾、層內(nèi)矛盾等問題,大孔隙通道地層和低滲透地層正朝著兩極方向發(fā)展,這些因素導致油田開發(fā)日益復雜,傳統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)難以滿足實際需要。為了解決這些問題,同位素示蹤技術(shù)的應用和優(yōu)化已成為研究熱點,需進一步探索。

1 項目概況

某油田位于我國東北部,開采始于20世紀50年代,大部分主力油層接近采空,存在注水問題,這給后續(xù)開采帶來了很大的困難。為了勘探更多的油層,需采用注氮常規(guī)剖面測井技術(shù),獲得深部油田動態(tài)變化的監(jiān)測數(shù)據(jù),但該技術(shù)的理論效果不佳,實際效果預計甚至更低。鑒于這種情況,經(jīng)研究討論,決定采用同位素示蹤法開展油田測井。

2 同位素示蹤技術(shù)的應用

2.1 同位素示蹤劑的選擇與優(yōu)化

在該油田以往的測井中,通常使用密度為0.2～0.5 g/cm3的氮氣作為氣源,臨界密度為0.3109 g/cm3?？梢钥闯?其他油田廣泛使用的固體同位素示蹤劑密度明顯過高,受重力影響明顯,不適合該油田。相反,有必要優(yōu)先考慮可由高壓氮氣攜帶的放射性同位素示蹤劑?？紤]到該油田的實際情況,選擇同位素示蹤劑的原則如下:半衰期適中,同位素及其載體的密度合理,密度分散度小于5%,避免明顯的漂浮或下沉;同位素載體應具有足夠的表面活性,不應影響井筒、相關(guān)裝置和儀器,粒徑略大于地層孔徑,以確保其能夠在射孔附近過濾和積累,不會下沉太快,具有不低于40 MPa的耐壓性和不低于120 ℃的耐溫性,以確保在高溫高壓下不會解吸。

經(jīng)研究、測試和分析,開發(fā)出適合該油田的特殊同位素示蹤劑,基本參數(shù)如表1所示。

表1 特殊同位素示蹤劑的基本參數(shù)

在確定上述參數(shù)后,優(yōu)化了示蹤劑強度,以確保其能夠滿足生產(chǎn)井檢測和連續(xù)施工的要求。根據(jù)以下公式計算示蹤劑強度的典型系數(shù):

Z=X×Y/100

式中,X表示實際示蹤劑注入量,單位為m3/h;Y是測量間隔的深度,單位為m,衰變常數(shù)Z,根據(jù)系數(shù)Z的大小,使用表2中的對應關(guān)系確定具有適當強度的示蹤劑。

表2 示蹤劑強度與衰變常數(shù)Z之間的關(guān)系

根據(jù)同位素示蹤劑的基本形狀,使用前,將其儲存在溫度為4 ℃并配備通風系統(tǒng)的儲藏室中,以確保儲藏室處于干燥環(huán)境,當它到達油田測井現(xiàn)場時,用大量冰塊保溫,以確保油田測井的最終效果。

2.2 在不同油田測井中的應用分析

2.2.1 在正注井測井中的應用

油田東側(cè)的一口油井為一般注氮井,注氮量17 000 m3/d,注入壓力20 MPa。將同位素示蹤技術(shù)應用于這口油井之前,用稀油對其進行清潔,以確保井筒清潔,為后續(xù)測試實驗做好準備。然后開始氣體注入,7 d后進行測試。考慮到本次注氣規(guī)模較大,油井地質(zhì)條件復雜,采用定點法跟蹤流量試驗,自下而上進行。在穿孔段底部放置一個點,在每個穿孔層上方和下方放置一點,在所有層位上方測量總流量。測量結(jié)果如表3所示。

表3 正注氣井測試結(jié)果

從表3可以看出,當深度達到2788.0 m以下時,該段的穿孔層不吸入,第一個穿孔層的進氣處于低水平。根據(jù)對該數(shù)據(jù)的總體分析可知,第二穿孔層是主注入層,第三穿孔層是次注入層。將注氣速率和定點同位素示蹤技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)對比,可以看出,差異不大,得出了一致的結(jié)論,即2788.0 m以下的射孔層不吸氣。說明對于一般的正注入油井來說,使用這種特殊同位素示蹤劑進行油田測井是有效且合理的,可有效滿足注氮剖面的測井要求。

2.2.2 在反注井測井中的應用

該油田7區(qū)塊有一口典型的氮氣驅(qū)反注氣井,注氣速度為22 000 m3/d,注氣壓力為32 MPa。使用特殊同位素示蹤劑進行連續(xù)追蹤示蹤劑流動測井。測井過程中發(fā)現(xiàn),追蹤流連續(xù)追蹤曲線的自然伽馬峰有明顯的追蹤和遷移,在管道中向下移動并以恒定速度遷移,可計算注入氮氣的總流量。自然伽馬峰值遷移到喇叭口,并向上進入油套的環(huán)形空間。按照油環(huán)空中的自然伽馬峰值跟蹤曲線的遷移和峰值變化,可細化目標層段單層的進氣量。具體測試結(jié)果如表4所示。

表4 反注氣井測試結(jié)果

從表4可以看出,在該油井中,3號射孔層是主要的注氣層,相對進氣量較高,而1號和2號射孔層的注氣和進氣量相對較小,低于3431 m,射孔層不呼吸。對自然伽馬峰值遷移曲線及溫度和持液率變化的分析可知,采用同位素示蹤技術(shù)的油田測井能夠準確反映反注井射孔層的進氣規(guī)律。

2.2.3 在分層注氣井測井中的應用

該油井203區(qū)塊為典型的氮氣驅(qū)分層注氣井,注氣速度為12 000 m3/d,注氣壓力設定為33 MPa。對于這口油井,使用專用同位素示蹤劑進行連續(xù)追蹤示蹤劑流動測井。采用“示蹤劑流速測試”法,在氣體注入噴嘴上方自下而上進行點測試(主要目的是盡量減少示蹤劑在管道中的擴散時間)。在每個點釋放示蹤劑,并連續(xù)跟蹤每個氣體噴嘴的進氣和相應層的進氣,直到峰值不再遷移。分配給一個氣體噴嘴的噴射間隔的跟蹤測試完成后,將其向上移動至相鄰氣體噴嘴的間隔,進行進一步測試。在測量間隔上方200 m處布置一個測量點,驗證總流量,從而完成測試。

通過該測試獲得了跟蹤峰值,如圖1所示。

圖1 示蹤峰值移動示意圖

從圖1可以看出,示蹤劑峰值在初始階段具有明顯的向下遷移趨勢,先移動到第一個氣體噴嘴,然后伽馬峰值進入油套空間并繼續(xù)向下移動。此時,示蹤劑流速仍有明顯的峰移。但最終峰值不再向下移動,表明此時穿孔層沒有空氣入口。分析發(fā)現(xiàn),當峰值停止遷移時,深度為3031 m。各層情況如表5所示。

表5 各射孔層吸氣情況分析

由于自然伽馬峰值直接遷移到油管中的第一氣體分配噴嘴中,因此不會在油管中向下遷移。根據(jù)持液率曲線分析發(fā)現(xiàn),油管液位始終處于3003.3 m的水平?？梢酝茢?自然伽馬峰偏移與持液率線反映的情況基本一致。根據(jù)表5中的數(shù)據(jù)進行分析可知,該同位素示蹤技術(shù)可準確顯示無進氣的穿孔層,獲得的數(shù)據(jù)在很大程度上能夠真實反映地下穿孔層的準確進氣情況。

3 展望

針對上述典型油井,采用特殊同位素示蹤劑開展油田測井,通過不同管柱結(jié)構(gòu)的注氮蒸汽井的測井實例,證明了其對不同油井具有良好的通用性和可靠性。但也存在一些不足:本次注入的示蹤劑劑量太小,只有60 mL,效果并不顯著,無法清晰顯示所有區(qū)域的遷移細節(jié)。雖然井筒已經(jīng)提前清洗,但仍難以完全清除雜物,導致一些示蹤劑受到污染。今后將進一步優(yōu)化和調(diào)整示蹤劑的組成與注入測量,應用專業(yè)設備進一步清潔井筒,提高同位素示蹤劑技術(shù)的測井精度。

4 結(jié)束語

結(jié)合當?shù)赜吞飳嶋H情況,采用特定同位素示蹤技術(shù),有效應用于油田測井。結(jié)果表明,基于同位素示蹤劑技術(shù)的油田測井,能夠有效發(fā)現(xiàn)目標油井的剖面數(shù)據(jù),反映更詳細的井下信息,滿足油田開發(fā)后期調(diào)整需要,有利于油田增產(chǎn)。未來,需不斷開展優(yōu)化研究,消除不利因素的影響,促進油田工程的進一步發(fā)展。