時新磊，崔云江，李興麗，汪瑞宏

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

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脈沖氧活化測井在水平井生產(chǎn)測井中的研究及應(yīng)用

時新磊，崔云江，李興麗，汪瑞宏

(中海石油(中國)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。脈沖氧活化測井具有測量范圍寬、精度高、受井斜影響小且能夠直觀測量水流方向與速度等優(yōu)勢，是了解水平井注采動態(tài)的重要監(jiān)測手段。根據(jù)脈沖氧活化測井原理，針對海上斜井、水平井的特點，利用水平井水力輸送式氧活化測井工藝，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)。

脈沖氧活化測井；水平井；水力輸送式測井工藝；測井找水

隨著油田開發(fā)程度的不斷深入，在水平井開發(fā)生產(chǎn)過程中會經(jīng)常會遇到產(chǎn)層出水、注水井吸水不均勻等一系列問題。目前，渤海部分油田主力油層含水呈上升趨勢，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)的一個迫切問題。如何準確確定水平生產(chǎn)井出水層位和水平注水井吸水層位是進行“穩(wěn)油控水”的重要環(huán)節(jié)[1]。

脈沖氧活化測井找水技術(shù)是根據(jù)管柱結(jié)構(gòu)來判斷水流方向，同時通過分析對比儀器測量記錄的伽馬計數(shù)率信號在有流動水情況下與靜水流情況下所呈現(xiàn)的水流時間峰譜的不同來確定產(chǎn)層出水、竄槽層位。在有流動水情況下，探測器會記錄到一個完整的峰位；在靜水流條件下，由于沒有流動氧信號，探測器測到的總計數(shù)率明顯呈指數(shù)衰減形態(tài)而記錄不到峰位。

脈沖氧活化測井能直觀地測量水流方向與速度，已經(jīng)在油田動態(tài)監(jiān)測中大規(guī)模應(yīng)用。該方法可測量油管內(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。特別針對在水平井中，由于儀器偏心、油水重力分異現(xiàn)象而造成的測量誤差偏大問題，脈沖氧活化測井技術(shù)由于具有測量范圍寬、受井斜影響小的特點，不但能定性識別出水或吸水層位，而且能夠定量或半定量地計算出其流量大小[2，3]。為此，筆者根據(jù)脈沖氧活化測井原理，針對海上斜井、水平井的特點，利用水平井水力輸送式氧活化測井工藝，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　脈沖氧活化測井原理及解釋方法

1.1測井原理

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，探測器接收到的伽馬射線計數(shù)先是增大，而后又減小，形成一個峰。要想求準渡越時間，就要定準該峰在時間譜上的位置。時間譜上計數(shù)最大的位置不一定與被活化水流流經(jīng)探測器中央的時刻嚴格對應(yīng)。為了降低計數(shù)率統(tǒng)計漲落的影響，根據(jù)放射性計數(shù)統(tǒng)計分布規(guī)律，采用加權(quán)平均法計算渡越時間。

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

(1)

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

有渡越時間，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井工藝

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

一般為了達到水平井測試的目的，原有生產(chǎn)管柱更換為“Y”型電泵測試管柱；水力輸送工藝主要是當(dāng)儀器串在下井自然遇阻后，打開油管進水閘門和套管出口閘門，地面啟動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，上提儀器測量伽馬和磁定位曲線進行深度校正，然后再次將測井儀器串輸送到井底。為避免下井儀器串輸送過程中出現(xiàn)遇卡，氧活化儀器下井前通常先進行通井。儀器串進入水平段后，每推進100m上提10～15m，并隨時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，上提儀器串對目的層段進行逐點測量，進而確定水平井出水層位[6]。

3　實例分析

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，防砂管柱長度402.5m，防砂篩管長度353.4m。井眼結(jié)構(gòu)如圖1所示。自2006年4月投產(chǎn)以來，日產(chǎn)液100m3，含水率始終100%，分析認為該井產(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)測井施工工藝要求，為達到確定出水位置的目的，滿足脈沖氧活化測井的要求，提出原有的生產(chǎn)管柱，下入能滿足測井的測試管柱(油管至水平段)。

由于該井井斜大、水平段長，因此采用了水力輸送式氧活化測井工藝，先注水、后起泵的生產(chǎn)方式來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程中，利用脈沖氧活化測量油套(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，隨即啟動電泵生產(chǎn)，并使井筒充分排液。當(dāng)日產(chǎn)液量穩(wěn)定時，上提氧活化測井工具串，進行電泵生產(chǎn)過程中的氧活化上、下水流譜峰的測量，判斷管外是否竄槽及出水層位。

3.1注水過程中氧活化測量

注水過程中對油套環(huán)空上水流進行了6個點測量，其中4個測點的水流時間譜如圖2所示。通過油套環(huán)空上水流氧活化測井解釋，測點1400.0、1410.0、1420.0、2255.0、2260.0、2265.0m深度處所測上水流時間譜均呈指數(shù)衰減形式而未測到明顯峰譜，流量為0.0m3/d，說明在1400.0～2265.0m沒有向上的水流流動。因該井套管鞋位置在2274.48m，因此可以證實在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個測點水流時間譜

注水過程中對油篩環(huán)空上水流進行了6個點測量，其中4個測點的水流時間譜如圖3所示。篩管防砂段2276.0～2630.0m，注水過程氧活化測點有2309.8、2360.0、2410.0、2470.0、2540.0、2611.0m共6個點，測井解釋的流量分別為51.88、222.23、380.02、485.06、542.59、698.49m3/d，證實了該防砂段為注水時的吸水位置，反映出水平段層內(nèi)的非均質(zhì)性。

3.2起泵生產(chǎn)過程中氧活化測量

電泵生產(chǎn)時油套環(huán)空的氧活化下水流測點為1405.0、2205.0、2255.0、2260.0、2320.0m，5個測點水流時間譜均呈指數(shù)衰減形式(其中4個測點的水流時間譜如圖4所示)，說明沒有流動水，所有下水流測點流量均為0.0m3/d，再次證實起泵生產(chǎn)井段(1405～2320m)油套環(huán)空間并未有流動水，管外未發(fā)現(xiàn)有竄槽現(xiàn)象。

圖4　油套環(huán)空下水流4個測點水流時間譜

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

圖5　起泵生產(chǎn)時油套、油篩環(huán)空上水流時間譜

綜上所述，注水過程和起泵生產(chǎn)時，脈沖氧活化測井解釋結(jié)論可以證實600.0～2276.48m井段(套管鞋深度)套管外沒有竄槽現(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)脈沖氧活化測井具有測量范圍寬、精度高、受井斜影響較小等特點，可克服傳統(tǒng)渦輪流量計在水平井中由于儀器偏心、油水重力分異現(xiàn)象造成的測量誤差偏大問題，從而可以準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算出水量或吸水量大小。

2)脈沖氧活化測井技術(shù)在渤海油田水平井測井找水方面應(yīng)用效果較好，經(jīng)實際資料證實，可以準確找出出水層位，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井找水工藝比井下爬行器輸送工藝更加經(jīng)濟適用，測試成本較低，同時滿足了測試需求。

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

[2]李瑛，張薇，張月秋.脈沖氧活化測井解釋中的一些具體問題[J].測井技術(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井資料的分析方法[J].國外測井技術(shù)，2009，(5)：36～39.

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

[5]郭海敏.生產(chǎn)測井導(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井工藝技術(shù)[J].測井技術(shù)，2007，31(3)：293～294.

[編輯]龔丹

2015-06-04

時新磊(1982-)，男，碩士，工程師，主要從事裸眼井測井、生產(chǎn)測井解釋及儲量評價等研究工作，shixl3@cnooc.com.cn。

P631.84

A

1673-1409(2016)14-0031-05

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