齊占奎

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163153)

·儀器設(shè)備與應(yīng)用·

二氧化碳驅(qū)注入剖面氧活化測試技術(shù)和現(xiàn)場試驗

齊占奎

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163153)

目前大慶油田擁有多個投入生產(chǎn)的二氧化碳驅(qū)油試驗區(qū)，但由于二氧化碳流體在井下以超臨界流體的形式存在，同時具有較強的腐蝕性，對儀器設(shè)備損害較大，缺少相關(guān)防二氧化碳腐蝕的儀器，不能有效進行注入剖面測井。針對這種現(xiàn)狀，通過二氧化碳腐蝕性試驗，優(yōu)選了防二氧化碳腐蝕材料，利用氧活化測井方法克服了由于二氧化碳流體的特殊性帶來測試難題，改進脈沖中子氧活化儀器，并且建立了氧活化二氧化碳驅(qū)注入剖面相關(guān)的解釋方法。在二氧化碳注入井開展了大量的現(xiàn)場試驗，取得了較好的效果。

二氧化碳驅(qū)生產(chǎn)井;二氧化碳驅(qū)注入剖面測井方法;二氧化碳流體

0 引 言

隨著大慶油田二氧化碳驅(qū)油試驗區(qū)不斷增加，二氧化碳驅(qū)注產(chǎn)剖面的測試需求越來越迫切；由于二氧化碳流體的特殊性，在井筒和地層中相態(tài)變化比較復(fù)雜，并且井下流體具有較強的腐蝕性，常規(guī)的測試技術(shù)和施工工藝無法滿足測試需求，從國內(nèi)外文獻來看[1]，對于二氧化碳注入井，通常是根據(jù)溫度壓力來進行推算流量，沒有儀器能對相關(guān)的參數(shù)進行直接測量,而大慶油田自主研發(fā)的二氧化碳驅(qū)注氣剖面五參數(shù)儀器采用非集流測量方式，啟動排量需要在15 m3/d以上，無法識別流量低于15 m3/d以下層位的吸液量，不適合低注入籠統(tǒng)井的測試，無法在配注井中測井；同時在普通剖面測井中的氧活化儀器不適合在二氧化碳注入井中使用。從大慶油田注二氧化碳提高采收率技術(shù)現(xiàn)場試驗開展的研究情況看，證明低滲透油田二氧化碳驅(qū)油技術(shù)是可行的。針對上述的狀況，對現(xiàn)有氧活化儀器進行改進，并對解釋方法進行了研究，通過對儀器現(xiàn)場試驗。證明此儀器方法適合二氧化碳注入井的測試需求。

1 氧活化二氧化碳注入剖面測井方法

目前的多數(shù)二氧化碳注入井井下管柱都為分層配注或喇叭口下入目的層位以下，而且在目的層位二氧化碳相態(tài)均為超臨界流體，其物理性質(zhì)密度與液體相似，粘彈性與氣體相近。常規(guī)注入剖面測井技術(shù)中的同位素、電磁流量、示蹤、渦輪等方法，無法滿足二氧化碳驅(qū)測井的需求，具體情況見表1，注入剖面的測井方法只能采用脈沖中子氧活化測井方式。氧活化測井技術(shù)在水驅(qū)注入剖面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了很好效果[2,3]。但是在二氧化碳注入井中應(yīng)用的可行性還需要驗證。

表1 常規(guī)注入剖面測井方法在二氧化碳注入剖面測量中存在的問題

氧活化方法克服了以上常規(guī)測井方法的缺點，能夠滿足二氧化碳注入井的特殊情況，進行注入剖面的測量。

1.1 氧活化測井方法在二氧化碳測井中的可行性分析

在二氧化碳注入井，二氧化碳流體在井下目的層為超臨界流體，超臨界流體二氧化碳分子中有氧原子存在，其濃度是否滿足是實施該方法測井的基礎(chǔ)。由二氧化碳物性參數(shù)計算可以得到在井筒內(nèi)測量井段其密度在0.7 g/cm3以上，則在密度為0.7 g/cm3條件下單位體積內(nèi)氧原子的數(shù)量為：

0.7÷44×6.02×1023×2=0.193×1023(g/cm3)

同樣可得水中的單位體積內(nèi)氧原子的數(shù)量為0.337×1 023個/cm3，由此可知二氧化碳中氧原子的濃度是水的0.572倍。其他條件相同儀器在二氧化碳流體中氧活化伽馬計數(shù)率最小為水的0.572倍。在水流量5 m3/d時，氧活化后伽馬的計數(shù)率78左右，如圖1所示，按密度比折算在二氧化碳中的伽馬計數(shù)率約為45，遠遠高于未活化時的伽馬背景值(通常在10以下)。因此儀器在二氧化碳井中可以測得氧的活化伽馬示蹤峰，滿足測井的基本要求。

圖1 氧活化二氧化碳注入井測井響應(yīng)

1.2 二氧化碳注入剖面氧活化測井解釋方法研究

對于大慶油田，二氧化碳流體目的層中，以超臨界流體形式存在，其密度為壓力和溫度的函數(shù)，而氧活化測井實測為流體的體積流量，因此要把體積流量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量，才能得到準(zhǔn)確的判斷出層位的吸入量。二氧化碳密度方程為：

(1)

式中: ρco2為氣態(tài)二氧化碳密度, g/cm3; γg為氣態(tài)二氧化碳相對密度; Z為偏差系數(shù)、無量綱;T為溫度, ℃; Rco2為氣體常數(shù)、無量綱。利用密度就可以計算出質(zhì)量流量。

方程(1)中計算的難點為Z系數(shù)確定，氣體偏差系數(shù)確定方法較多,常見有查表法、查圖法、經(jīng)驗公式法、狀態(tài)方程法等。查圖或查表法不適合計算機程序運算,對多種經(jīng)驗公式法和擬合法進行對比分析后再確定最佳方法，利用P-R狀態(tài)方程可以計算出滿足油田需要的參數(shù)[4-9]。

2 脈沖中子氧活化儀器的改進設(shè)計

由于二氧化碳流體在井筒中以超臨界流體的形式存在，對儀器的密封、防腐能力提出了較高的要求。因此對原有的脈沖中子氧活化儀器進行了機械改造。主要開展了以下幾個方面的工作：

1)通過室內(nèi)二氧化碳條件下的高溫高壓材料耐腐蝕試驗，確定儀器耐腐外殼和密封器件的材料，儀器外殼采用鈦鋼材質(zhì)，儀器密封部件試驗結(jié)果見表2?？梢钥闯鲈?0℃時，二氧化碳對密封圈的腐蝕性大于溫度100℃的腐蝕。而大慶地區(qū)井下溫度通常在100℃以下，因此選用進口氟膠圈來進行儀器密封。同時在儀器內(nèi)部密封部分采用多重密封技術(shù)。保證井下儀器內(nèi)部不與井下流體接觸。確保儀器安全工作，提高儀器的可靠性。

表2 非金屬材料(膠圈)實驗結(jié)果數(shù)據(jù)表

2)中子發(fā)生器高壓絕緣充氣密封是另一項技術(shù)關(guān)鍵。中子發(fā)生器高壓絕緣采用充氣(SF6)方式，如果密封不好(SF6)絕緣氣體泄漏將會導(dǎo)致中子發(fā)生器高壓絕緣出現(xiàn)問題，不能發(fā)射中子無法完成測井，因此在選用耐腐蝕密封器件的基礎(chǔ)上，在儀器結(jié)構(gòu)方面重新設(shè)計，采用中子發(fā)生器內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，即中子發(fā)生器整體放在儀器外殼內(nèi)，使中子發(fā)生器密封器件不直接接觸二氧化碳，確保中子發(fā)生器高壓絕緣氣不泄露，提高儀器的可靠性。這就要求中子發(fā)生器直徑較小，在直徑小的情況下解決100 kV靶壓絕緣問題。關(guān)于尺寸短的倍加器，采用體積小的耐高壓、高溫電容；在高壓絕緣方面，優(yōu)化高壓倍加器設(shè)計，減小高壓倍加器體積，增大絕緣空間。

儀器采用模塊化設(shè)計思路，兩端都可以與測試分公司標(biāo)準(zhǔn)注入剖面測井電纜頭連接。設(shè)計中用到的中子發(fā)生器的離子源陽極電路與燈絲電路為成型技術(shù)；探測器組由NaI晶體與光電倍增管、光電倍增管高壓電路、信號處理電路等部分組成，也是成型技術(shù)；井溫、壓力、CCL傳感器部分采用目前38 mm注入剖面五參數(shù)測井儀標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

測井儀有兩種工作模式，模式一為氧活化測井模式，采用分公司原有氧活化儀器工作方式，中子發(fā)射時間是1～10 s(1s、2s、5s、10s)，后續(xù)測量時間是30～60 s，5個探測器同時記錄伽馬信號，通過速度計算流量；模式二為其他參數(shù)測井模式，記錄井溫、壓力、CCL、自然伽馬等資料。

儀器的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。采用一個中子發(fā)生器，5個探測器。其中兩個探測器放在中子發(fā)生器上部，在氧活化方式時測量向上方向的水流，兩個伽馬探測器的源距以450 mm、750 mm左右為佳。另外三個探測器置于中子發(fā)生器下方，在氧活化方式時用于測量向下方向的水流，其中一個探頭兼測GR。

圖2 儀器總體結(jié)構(gòu)圖

3 注產(chǎn)剖面測井實例

目前已經(jīng)開展了高可靠耐腐蝕脈沖中子氧活化儀器現(xiàn)場試驗60余井次，測井成功率100%。驗證了測井儀器的可靠性，同時測井成果也得到了地質(zhì)的認可，能夠滿足測試任務(wù)的需求。

注入剖面測井實例：

××-××井，注入量為40 t/d，該井為配注井。全井射開4個層段，有效厚度5.1 m，采用脈沖中子氧活化測井。利用其實測的溫度壓力數(shù)據(jù)，進行密度計算，解釋質(zhì)量流量，本井共有3個層段有吸入量，分別為F31相對吸入量31%、F15相對吸入量12.7%、F16相對吸量56.3%。其測井解釋結(jié)果(圖3)與地質(zhì)實際符合較好，解決了二氧化碳注入井剖面測量的問題。

4 結(jié) 論

1)通過二氧化碳腐蝕性試驗，確定了儀器關(guān)鍵材料的選擇，同時對脈沖中子氧活化儀器進行改進設(shè)計，克服二氧化碳對儀器的腐蝕影響，使得儀器能夠適應(yīng)二氧化碳注入井的測試條件；

2)針對二氧化碳驅(qū)井的特殊性，提出了對應(yīng)的注入剖面測井解釋方法；攻克了二氧化碳流體井下相態(tài)變化情況下流體密度計算的技術(shù)難題，滿足測試資料解釋的需求。

圖3 ××-××井中子氧活化測井曲線

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Oxygen Activation Test Technology of CO2Flooding Injection Profile and Field Test

QI Zhankui

(DaqingLoggingandTestingServicesCompany,Daqing,Heilongjiang163153,China)

There are a lot of CO2flooding production test areas in Daqing Oilfield. The injection profile logging can not be carried out effectively due to lack of relevant anti CO2corrosion instrument because CO2existed in the form of super critical fluid underground with strong corrosive damage to the equipment. In view of this situation, the anti CO2corrosion material is optimized out by means of CO2corrosion test. Using oxygen activation logging method to overcome the particularity of CO2fluid result in test problem, the pulse neutron oxygen activation tool is improved and the oxygen activated CO2injection profile interpretation is established related to the method. A lot of field tests have been carried out in CO2injection well with good results.

carbon dioxide flooding production well； carbon dioxide flooding injection profile logging method； carbon dioxide fluid

齊占奎，男，1976年生，2001年畢業(yè)于西南石油學(xué)院應(yīng)用地球物理專業(yè)，現(xiàn)在主要從事測井、試井解釋方法研發(fā)工作。E-mail: dlts_qizk@petrochina.com.cn

TE358

A

2096-0077(2016)06-0063-04

2016-03-29 編輯：馬小芳)