王海瑩

(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)

0 引 言

隨著示蹤相關(guān)流量測井技術(shù)在大慶油田的應(yīng)用，在現(xiàn)場測試及資料解釋方面呈現(xiàn)出越來越多的問題。示蹤相關(guān)流量測井設(shè)計中缺少測量順序、示蹤劑釋放深度及等待時間這些對現(xiàn)場測試具有重要指導(dǎo)意義的相關(guān)內(nèi)容；同時測試資料顯示的示蹤峰形狀各異，管內(nèi)介質(zhì)各不相同，就目前來說還沒有在理論上形成一套根據(jù)示蹤峰特點(diǎn)、流量、流態(tài)、介質(zhì)等參數(shù)來有效識別讀值方式以準(zhǔn)確解釋計算流量的方法。因此，示蹤相關(guān)流量測井設(shè)計及解釋方法亟須優(yōu)化，以滿足“精細(xì)設(shè)計、精細(xì)施工、精細(xì)解釋”的要求，從而進(jìn)一步提高示蹤相關(guān)流量測井的測試效果和解釋精度。

1 基本原理

1.1 數(shù)學(xué)模型

示蹤相關(guān)流量測井的基本原理[1]，就是把具有一定聚合性的示蹤劑在油管或套管內(nèi)相關(guān)位置釋放，通過探測和計算被示蹤劑標(biāo)記的向上或向下流動的水流流動速度，來獲取各個配注層段的配注量和各吸水層的注入量的一種方法。利用示蹤相關(guān)流量測井技術(shù)，通過縱向上劃分不同測量單元，采用速度法測量(點(diǎn)測法、追蹤法)以及重復(fù)測井工藝，根據(jù)實際測井曲線的形態(tài)特征、選取合適的讀值方法和校正系數(shù)，準(zhǔn)確求取水流速度。

模擬油管、套管、油套環(huán)形空間內(nèi)的流量、示蹤劑段塞運(yùn)移距離與時間的關(guān)系，建立理論模型：均勻流體在油管、套管、油套環(huán)形空間中勻速運(yùn)動，使用Φ38 mm儀器在油管內(nèi)測量，其中套管外徑139.7 mm，壁厚7.72 mm；油管內(nèi)徑62 mm，壁厚5.5 mm。

當(dāng)注入井的注入量為100 m3/d時，示蹤劑隨流體在油管內(nèi)運(yùn)移7 m所用的時間為0.2 min，在套管內(nèi)運(yùn)移7 m所用時間為0.8 min，在油套環(huán)形空間內(nèi)運(yùn)移7 m所用時間為1.2 min左右。

1.2 影響因素分析

1.2.1 示蹤劑選擇(水溶性、油溶性)

實際應(yīng)用中，示蹤劑一般可分為水溶性和油溶性兩類[2]，在水驅(qū)、聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)都有廣泛的應(yīng)用。

水溶性示蹤劑由水溶性液體放射源和水溶性載體組成，易擴(kuò)散，適應(yīng)廣泛，可應(yīng)用于水驅(qū)、聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)，但是示蹤峰顯示不明顯，解釋難度大，解釋精度低。

油溶性示蹤劑由不溶于水的輕質(zhì)有機(jī)液和重質(zhì)有機(jī)液摻混制備而成，穩(wěn)定性高，不易擴(kuò)散，溶液中擴(kuò)散不均勻，適應(yīng)廣泛，對水驅(qū)、聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)都有較好的效果，示蹤峰顯示明顯，解釋精度高。

1.2.2 釋放器位置選擇

根據(jù)井下管柱結(jié)構(gòu)選擇釋放器的位置，也是準(zhǔn)確錄取測試資料的重要因素之一。井下管柱類型一般分為三種：籠統(tǒng)正注、籠統(tǒng)返注、分層配注。

籠統(tǒng)正注時釋放器位置選擇在探頭上部；籠統(tǒng)返注時釋放器位置選擇在探頭上部、下部均可；分層配注時根據(jù)水嘴位置選擇，當(dāng)水嘴在層上或居中時釋放器位置選擇在探頭上部，水嘴在層下時釋放器位置選擇在探頭上部、下部均可。需要注意示蹤劑釋放后，減少儀器移動對示蹤劑的沖擊，以降低示蹤劑的分散程度(特別是對油溶性示蹤劑影響較大)。

2 測井設(shè)計及解釋方法優(yōu)化

2.1 示蹤相關(guān)流量測井設(shè)計優(yōu)化

考慮到示蹤相關(guān)流量測井精度的影響因素有很多，結(jié)合測井現(xiàn)場施工工作的經(jīng)驗總結(jié)，主要從靜止點(diǎn)測與追蹤法測量的選擇，示蹤劑釋放、點(diǎn)測位置及順序選擇，點(diǎn)測等待時間確定，扶正器的使用，釋放器位置的選擇，測井文件生成問題等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，這些因素是影響示蹤相關(guān)流量測井資料錄取工作質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

2.1.1 靜止點(diǎn)測與追蹤法測量的選擇優(yōu)化

靜止點(diǎn)測法是在油管，套管及油套環(huán)形中靜止測量，對示蹤劑沖擊相對較小，識別精度高，但是測量時間相對較長。

追蹤法測量時間短，通過追蹤示蹤劑的趨勢，可以定性判斷該層有無吸水，但是對示蹤劑沖擊相對較大，精確度低,不適用于精確解釋。

示蹤相關(guān)流量測井以靜止點(diǎn)測為主，追蹤法測試為輔。當(dāng)需要精確解釋時，采用靜止點(diǎn)測法，同時采用追蹤法進(jìn)行輔助測量。當(dāng)需要定性判斷有無吸水時，采用追蹤法。當(dāng)油套環(huán)形空間內(nèi)某示蹤峰移動較緩慢時，可單獨(dú)采用連續(xù)追蹤的方式測量，儀器在油管內(nèi)上下移動，對油套環(huán)型空間內(nèi)的示蹤劑穩(wěn)定運(yùn)動干擾較小[3]。

2.1.2 示蹤劑釋放、點(diǎn)測位置及順序選擇優(yōu)化

速度法測井時，儀器通過釋放器向井筒中噴射示蹤劑，當(dāng)兩伽馬探頭均位于兩射孔層位之間時測量示蹤劑通過這兩個伽馬探頭時間，由此確定每一個解釋層的視速度，進(jìn)一步確定流量。表1為示蹤劑釋放、點(diǎn)測位置及順序選擇優(yōu)化表[4]。

2.1.3 點(diǎn)測等待時間確定

正常情況下，當(dāng)兩探測器準(zhǔn)確測量到示蹤劑段塞并能計算流量后，即可結(jié)束該點(diǎn)的測量，但是當(dāng)流量較小或沒有流量時，我們點(diǎn)測時等待的時間如何確定呢？原則上，我們按目前示蹤相關(guān)儀器的測量下限3 m3/d來反推我們需要等待的時間。比如，在油套環(huán)形空間內(nèi)，移動4 m所用的理論時間約為12 min，那么我們點(diǎn)測時需要測量12 min，以判斷有無流量。

2.1.4 其它

1)扶正器的使用

速度法測井受示蹤劑在井內(nèi)釋放情況的影響，需要有明顯的段塞脈沖峰值。示蹤流量計在噴射時從儀器進(jìn)入儀器與油管的環(huán)形空間，如果儀器不居中，噴射可能正對著井壁，很可能導(dǎo)致示蹤劑的分布相當(dāng)不均勻，不能與流體很好的混合。但是，對于注聚、注三元井，結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，若在測試過程中使用扶正器，扶正器刮削油管內(nèi)壁，導(dǎo)致垢屑隨注入液流經(jīng)配水器或進(jìn)入層位，導(dǎo)致配水器或?qū)游环舛拢瑢?dǎo)致測試過程中出現(xiàn)“憋壓”現(xiàn)象，注入量時大時小，使測試結(jié)果無法正常反映注入井的注入狀況。因此，在示蹤相關(guān)流量測井中，扶正測井工具很重要，但是對于注聚或注三元井則需謹(jǐn)慎考慮[5]。

2)釋放器位置的選擇

釋放器易造成儀器對示蹤劑的沖擊，導(dǎo)致示蹤劑被沖散，對測試效果及解釋精度都有較大影響，特別是對油溶性示蹤劑影響較大，沖散后，該示蹤劑在溶液內(nèi)分布雜亂，對資料的解釋工作造成了很大困難。如圖1所示為油溶性示蹤劑沖散后的示蹤峰峰型，不利于后期的解釋工作。

圖1 油溶性示蹤劑沖散后的示蹤峰峰型

3)測井文件生成問題

測試時，先監(jiān)測曲線，后釋放示蹤劑，便于資料解釋時判斷示蹤劑釋放的深度及時間；同時，每次釋放示蹤劑所測的所有點(diǎn)測資料應(yīng)在同一測井文件內(nèi)，中間無間隔、無暫停，便于分析測井過程。

2.2 測井?dāng)?shù)據(jù)解釋方法優(yōu)化

2.2.1 示蹤峰特征及分類

通過對東區(qū)薩葡二類三元復(fù)合區(qū)130井次示蹤相關(guān)流量測試資料的統(tǒng)計整理，示蹤峰的特征形態(tài)顯示各異，特別是油溶性與水溶性示蹤劑所測得示蹤峰特點(diǎn)更是極不相同，主要原因是油溶性示蹤劑在注入液中不易擴(kuò)散，峰型顯示效果相對較好，而水溶性示蹤劑受擴(kuò)散作用的影響較大，對注入量較低的井影響尤為嚴(yán)重。表2與表3分別就油溶性與水溶性示蹤劑所測得示蹤峰特點(diǎn)進(jìn)行分類描述。

2.2.2 讀值方法確定

如何獲取兩個峰間的ΔH及Δt值將直接影響Vi的精度，關(guān)系到資料解釋的準(zhǔn)確性，因此，需要根據(jù)實際測井曲線的形態(tài)特點(diǎn)，選取合適的讀值方法[6]。

1)峰尖取值法

對示蹤峰峰尖顯示明顯(水管Ⅱ、Ⅲ，水環(huán)Ⅳ，油管Ⅰ、Ⅱ，油環(huán)Ⅰ)，可直接讀取峰尖的深度-時間(hi，ti)來計算，進(jìn)而確定流量[7]。

表2 水溶性示蹤劑示蹤峰特征

續(xù)表

表3 油溶性示蹤劑示蹤峰特征

2)互相關(guān)法

互相關(guān)法是利用時間軸上兩相關(guān)示蹤峰之間的相似性來確定示蹤劑段塞通過兩探測器時間的方法。通過移動某一曲線上的示蹤峰，并計算兩相關(guān)示蹤峰的相似系數(shù)，當(dāng)相似性最高，相關(guān)系數(shù)最大時，該曲線上示蹤峰的移動距離即代表了兩相關(guān)示蹤峰的移動時間，進(jìn)而也就確定了總流量。該方法對于兩峰型相似的情況具有較好的果，相似性越高效果越好。

3)質(zhì)心法

質(zhì)心法是一種模擬方法，它將時間軸上示蹤劑段塞強(qiáng)度所形成的示蹤峰看作一種平面有質(zhì)量的物質(zhì)，物質(zhì)的質(zhì)心作為該示蹤峰的最佳設(shè)置點(diǎn)，通過求質(zhì)心的方法來確定兩相關(guān)示蹤峰的移動時間，進(jìn)而確定通過兩探測器的總流量。該方法要求兩示蹤峰曲線的基線基本處在同一平面上，同時在將兩示蹤峰都選上的前提下，盡可能縮小選擇區(qū)間，以提高解釋精度。適用峰型水管Ⅱ、Ⅲ，水環(huán)Ⅱ、Ⅲ[8]。

4)半幅點(diǎn)取值法

由于受到注入量、釋放時間、運(yùn)移時間等諸多因素的影響，示蹤劑會出現(xiàn)擴(kuò)散現(xiàn)象，示蹤峰不明顯。這種情況下，可讀取前沿切線半幅點(diǎn)的深度-時間(hi，ti)來計算。適用峰型水管Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，水環(huán)Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ，油管Ⅰ，油環(huán)Ⅰ、Ⅱ。

5)前沿點(diǎn)取值法

前沿點(diǎn)取值法是把伽馬基線視為直線，與示蹤峰前沿(運(yùn)移方向)切線做一個交點(diǎn)，該點(diǎn)是伽馬射線開始偏離伽馬基線的點(diǎn)，讀取該點(diǎn)的深度-時間坐標(biāo)(hi，ti)進(jìn)行計算。但是隨著示蹤劑運(yùn)移距離的增大，大部分進(jìn)入地層或者擴(kuò)散進(jìn)一步加劇時，示蹤峰的幅度會逐漸減小，前緣點(diǎn)變得模糊不清，這個時候讀值會產(chǎn)生較大的誤差。因此，該方法對水管Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，水環(huán)Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ，油管Ⅰ，油環(huán)Ⅰ、Ⅱ都有較好的適應(yīng)性。

2.2.3 速度系數(shù)確定

示蹤相關(guān)流量測井是測量管子內(nèi)被示蹤劑標(biāo)記的向上或向下流動的水流流動速度，進(jìn)而確定流量，因此，管子內(nèi)流體的流態(tài)(層流、過渡流、紊流)對測量結(jié)果有較大的影響，而流態(tài)取決于流體流動時的一個無因次組合值(雷諾數(shù)NRe)，與管子內(nèi)徑、平均流速、流體密度、粘度有關(guān)[9]。如圖2所示反映了內(nèi)徑、流量、流體粘度下的雷諾數(shù)。

對于高粘度流體，如聚合物溶液、三元液，在很高的流速情況下也保持著層流的特性。如圖2所示，在12.7 mm內(nèi)徑套管內(nèi)，注入粘度為10 mPa·s的流體，當(dāng)流體達(dá)到160 m3/d時，依然是層流狀態(tài)。

圖2 內(nèi)徑、流量、流體粘度下的雷諾數(shù)

在示蹤相關(guān)流量測井中，求得體積流量是我們的最終目的，而體積流量只與平均流速有關(guān)，如何利用測試資料計算平均流速是關(guān)鍵。

因此在資料解釋過程中，要準(zhǔn)確根據(jù)實際測井曲線的形態(tài)特征，選取合適的讀值方法，最好是多種方法同時解釋，相互驗證以提高測試資料的解釋精度；此外，還要考慮流態(tài)對流速的影響，通過注入液粘度，注入量等因素判斷流態(tài)，合理選擇速度系數(shù)，綜合多方面影響(如套變、結(jié)垢等)，以準(zhǔn)確分析測井資料[10]。

3 結(jié) 論

1)在示蹤相關(guān)流量測井施工前，應(yīng)準(zhǔn)確根據(jù)井況，判斷扶正工具使用及確定釋放器位置。

2)測點(diǎn)順序、示蹤劑釋放深度及等待時間都是現(xiàn)場測試施工中非常重要的參數(shù)，因此示蹤相關(guān)流量測井設(shè)計中必須有所體現(xiàn)。

3)如何根據(jù)示蹤峰的峰型特點(diǎn)選擇合適讀取方法，是提高解釋精度的最有效方法，最好是多種方法同時解釋，互相驗證，以確定最優(yōu)值；同時，合理選擇速度系數(shù)，綜合考慮，以準(zhǔn)確分析測井資料。