超聲波流量計在注水剖面中的應用

0引言
　　
　　通過(guò)分析近幾年國內注水開(kāi)發(fā)油田的三參數注水剖面測井資料，表現出來(lái)的主要問(wèn)題是：伽馬本底高、沾污嚴重、測試遇阻情況多、地層大孔道、井筒及管柱漏失等等，另外，由于注水管柱復雜，井下水流方面認識不清，無(wú)法分析配水器、封隔器等工具的工作狀況，影響了資料的應用情況[1、2]。針對復雜的注水井，必須開(kāi)展多參數、多樣化的吸水部面測井技術(shù)，滿(mǎn)足油田的開(kāi)發(fā)需要。
　　
　　1超聲波流量計測井技術(shù)
　　
　　1.1測量原理
　　
　　采用超聲波相位差原理，設計了A、B兩個(gè)特征相似的超聲波傳感器，距離為L(cháng)，如圖1所示，設超聲波頻率為f，波長(cháng)為λ，則聲速V=f×λ，波數N=L/λ=L×f/V，由于L、f為常量，則N與V成反比。
　　
　　圖1流量傳感器的測量模型示意圖
　　
　　當流體沿A→B方向以速度U流動(dòng)時(shí)，順流聲速Va=V+U，逆流聲速Vb=V-U，則順流時(shí)波數Na=V×n/（V+U），逆流時(shí)波數Nb=V×n/（V-U），則順、逆流發(fā)射超聲波時(shí)，L距離內正逆流波數差為：△n=Nb-Na=n×2U×V/（V2-U2），其中n=L×f/V，則△n=2L×f×U/（V2-U2）。
　　
　　相位差△b=△n×360o=720oL×f×U/（V2-U2），因為V>>U，則△b»720oL×f×U/V2，由于L、f、V為常量，則相位差△b和流體流速U之間為近似線(xiàn)性關(guān)系。
　　
　　因此測出超聲波相位差△b，即可計算出流體流速U，進(jìn)而可以計算出已知管子內徑的流量。
　　
　　1.2儀器特點(diǎn)
　　
　　測井項目：磁定位、伽馬、井溫、壓力和超聲波流量計五參數組合測井。
　　
　　儀器指標：外徑38mm，總長(cháng)度4.5m，耐溫150°C，耐壓70MPa，在2.5in（1in=25.4mm）的油管內測量范圍0~370m3/d左右，在5.5in的套管內測量范圍0~1800m3/d左右。
　　
　　適用范圍：適用管柱內徑大于40mm的分層注水井、空井筒及喇叭口在射孔層段上部的籠統注水井。
　　
　　1.3施工方法
　　
　　將超聲波流量計與磁定位、伽馬、井溫、壓力組合后下入井內，關(guān)井2h~4h左右，測量注水井相對靜止時(shí)的井溫、伽馬、磁定位、壓力，然后恢復正常注水，穩定后在射孔層上部200m左右釋放同位素，待同位素分配好后，測量至少兩條重復性較好的同位素、井溫、壓力、磁定位以及超聲波連續曲線(xiàn)；再根據測量的超聲波連續曲線(xiàn)以及注水管柱，分別在距離井口200m左右、在各配水器的上、下10m左右、超聲波連續曲線(xiàn)有異常的井段上、下10m左右、射孔層段上、下2m左右、遇阻點(diǎn)上5m左右等測量超聲波定點(diǎn)流量，定點(diǎn)測量時(shí)間不少于120s。如果超聲波定點(diǎn)流量曲線(xiàn)有明顯波動(dòng)，或者根據超聲波定點(diǎn)流量值查圖版計算的水流量出現異常情況，要重復定點(diǎn)驗證。
　　
　　2解釋方法
　　
　　2.1解釋圖版
　　
　　在儀器出廠(chǎng)投入使用前，在規范的油管和套管中進(jìn)行流量刻度和標定，根據標定值制作解釋圖版，并用最小二乘法回歸流量與相位差之間的計算公式，如圖2所示。如果儀器使用時(shí)間過(guò)長(cháng)，出現零漂和誤差較大時(shí)，要重新進(jìn)行刻度和標定。
　　
　　圖2超聲波流量計在2.5in油管內標定圖版
　　
　　2.2計算評價(jià)井段內的流量
　　
　　根據測量超聲波定點(diǎn)流量相或連續流量的相位差值，代入如圖2中的回歸公式均可計算該處流量，根據定點(diǎn)相位差計算的流量不含測井速度的影響，計算出來(lái)的流量直接反應定點(diǎn)深度處管子內流體的實(shí)際流量；而根據連續相位差計算的流量包含測井速度的影響，需要減去測速相同時(shí)在死水區連續相位差計算的流量，才能反應該深度處管子內流體的實(shí)際流量。
　　
　　2.3計算分層吸水量[3]
　　
　　首先選出射孔層上下、配水器上下等評價(jià)井段，再根據超聲波定點(diǎn)或連續相位差，按3.2的方法計算各評價(jià)井段管子內的流量，其上下評價(jià)井段內流量的差值就是射孔層的吸水量或配水器的進(jìn)水量。
　　
　　對于分層注水井，若封隔器密封完好，按配注井段將各射孔層分為若干個(gè)解釋單元，先根據超聲波流量曲線(xiàn)計算各配水器實(shí)際注水量的大小，然后將其按同位素吸水面積的大小，精確評價(jià)各小層的吸水量。其特點(diǎn)：可以檢查并精確計算各配水器的實(shí)際配注情況；結合多參數分析，可以準確判斷封隔器的密封情況。
　　
　　對于籠統注水井，若射孔層之間的間隔較大（一般大于2m），超聲波流量曲線(xiàn)在層間有明顯的變化，可直接根據流量計曲線(xiàn)進(jìn)行定量解釋。若射孔層之間的間隔較小，流量計曲線(xiàn)在層間變化不明顯，則可將這些射孔層劃分為一個(gè)解釋單元，根據流量曲線(xiàn)計算該單部分同位素沿大孔道進(jìn)行地層元的總吸水量，然后將其按同位素吸水面積的大小，精確評價(jià)各小層的吸水量。對于有竄槽現象的，將竄槽井段內各層劃分為一個(gè)解釋單元，用流量曲線(xiàn)計算該單元總的吸水量，再將其按同位素吸水面積的大小，精確評價(jià)各小層的竄吸量。
　　
　　3應用實(shí)例分析
　　
　　1）識別大孔道地層
　　
　　當地層存在大孔道時(shí)，常規的同位素載體粒徑比孔道直徑小，會(huì )隨注入水進(jìn)入地層深部，導致測量同位素曲線(xiàn)與伽馬本底對比時(shí)差異較小甚至沒(méi)有差異，僅依據同位素曲線(xiàn)解釋小層吸水量，會(huì )得出與實(shí)際情況相差較大的結論。如果結合超聲波流量計，則能很好地反映地層的真實(shí)吸水情況。如GX110-7井2009年10月21日測的吸水剖面如圖3所示，該井的注水層段為13號層，射孔井段1886.0m~1902.0m，厚度16.0m，注水管柱下至1859.4m，注水油壓9.0MPa，注水量約100m3/d，所用同位素載體粒徑300μm~600μm，粒密度1.02g/cm3。從圖中可以看出，同位素示蹤曲線(xiàn)在13號層頂部（1885.3m~1887.3m）有較弱吸水顯示，解釋的吸水量占23.52%，但是超聲波流量曲線(xiàn)在此處有大幅度異常，解釋的吸水量占68.98%，說(shuō)明此處存在大孔道，大深部。
　　
　　圖3GX110-7井超聲波流量計注水剖面成果圖
　　
　　2）檢查封隔器的封隔效果
　　
　　在分層配注井中，測量超聲波流量計曲線(xiàn)，可以準確判斷封隔器的封隔效果。如L15-**井是一口注水井，注水層位Es33，注水井段3079.6m~3082.3m，40.0m/8層。該井為一級兩段分注，上段投80m3/d的定量水嘴，下段未投水嘴。2010年4月9日進(jìn)行超聲波流量計注水剖面測井，如圖4所示，從同位素曲線(xiàn)分析，封隔器上下兩段均有吸水顯示，與設計的配注情況基本吻合。但超聲波流量曲線(xiàn)顯示，注入水全部從上段水嘴進(jìn)入，一部分水進(jìn)入封隔器上部的射孔層，另一部分水通過(guò)封隔器進(jìn)入下部射孔層，下段水嘴未進(jìn)水，充分驗證了封隔器失效。
　　
　　圖4L15-**井超聲波流量計注水剖面成果圖
　　
　　3）提高遇阻井注水剖面解釋精度
　　
　　在長(cháng)期的注水剖面測井施工中，常常會(huì )遇到套管變形、油管未下到位、井下工具堵塞、井底有落物或沉砂等現象，同位素注水剖面測井解釋時(shí)，有些井不能定性分析遇阻層是否吸水，更無(wú)法定量解釋遇阻層的吸水量，常規處理方法是：定量解釋時(shí)不考慮遇阻層的吸水量，從而影響本井吸水層的定量解釋精度。如果進(jìn)行超聲波流量計測井，不僅能準確分析遇阻層的吸水情況，而且能提高該井的定量解釋精度。
　　
　　L90-**井是一口注水井，注水層位Es2+3，注水井段2629.0m~2666.8m，13.2m/4層。該井為籠統注水，全井日配注量100m3/d。2010年4月11日對該井進(jìn)行了同位素注水剖面測井，施工過(guò)程中測井儀器在2662.0m遇阻，最后一個(gè)層未測出，從監測曲線(xiàn)分析遇阻層吸水。于是，現場(chǎng)施工人員及時(shí)與地質(zhì)人員聯(lián)系，改用超聲波流量計測井，如圖5，根據超聲波流量曲線(xiàn)計算的遇阻層吸水量占全井注水量的95.49%，充分發(fā)揮了超聲波流量計的優(yōu)勢，為采油廠(chǎng)提供了可靠的測井資料。
　　
　　圖5L90-**井超聲波流量計注水剖面成果圖
　　
　　4）檢查配水器的實(shí)際配注情況
　　
　　在分層配注井中，對不同的層系設計了不同大小的配水器水嘴希望按計劃注水，如果想檢查各配水器的實(shí)際注水情況，可進(jìn)行超聲波流量計測井。L1-*井是一口注水井，注水層位Es32+3，注水井段2516.0m~2646.8m，目前注水方式為兩級三段分注，有三個(gè)配水器和兩個(gè)封隔器，井口注水量為106m3/d左右，設計配水器1為死嘴，配水器2未投水嘴，配水器3投60m3/d的水嘴。2010年4月11日進(jìn)行超聲波流量計測井，配水器1不吸水，配水器2進(jìn)水量為58.27m3/d，配水器3進(jìn)水量為48.00m3/d，測試結果與實(shí)際配注情況基本吻合。
　　
　　4結束語(yǔ)
　　
　　超聲波流量計在注水剖面測井中，能識別大孔道及微裂縫地層、揭示層間矛盾、檢查井下注水管柱工作情況、判斷淺部套管漏失、提高自然伽馬本底高的井測井成功率及遇阻井注水剖面解釋精度等，解決了普通的同位素注水剖面測井技術(shù)存在的諸多難題。