FDD003型压差密度测井仪在大港油田的应用

刘印堂, 程辉建, 徐喜, 宋秋菊, 赵玉国, 侯立明

(中国石油渤海钻探工程公司测井公司, 天津 大港 300280)

0 引 言

流体密度测井用于确定井筒内轻、重相流体的体积含量。常规放射性流体密度测井以其较高的灵敏度和对气液两相准确判断在油田产液剖面测量中取得了很好的应用效果,但由于其使用放射性源,因安全、环保等因素,放射性流体密度测井受到越来越多的制约。

压差式流体密度测井仪在测井过程中不使用放射性源,是一种环保型测井仪器,可在各种油水井中测量井内混合流体的密度,成为目前替代放射性流体密度测井的一种方法。压差密度测井仪是一种新型仪器,在设计时考虑了井斜、温度以及硅油物性等外部环境因素的影响,制定了相应的控制措施,但其现场适用性、与井下流体的响应关系以及人们对测井曲线的认知和对现场地质问题的解决等方面还是一片空白[1]。本文从简单的两相流入手,对上述问题进行探讨和研究,针对压差密度测井仪在现场使用中出现的问题提出了相应的解决方案和建议,以期能更加客观、真实地反映井下流体状况,为该仪器的现场使用发挥一定的参考借鉴作用。

1 测井原理及相关影响因素的消除

压差式流体密度测井仪是通过测量井筒内2 ft*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m; 1 psi=6 894.76 Pa,下同距离的压差确定流体的平均密度。该仪器主要由上端的PA低压口、PB高压口和压电陶瓷传感器组成,PA、PB间距离为2 ft,PA、PB压力传导管内充满密度为0.95 g/cm3的硅油,将PA、PB口的压力差传递给压电陶瓷传感器[2]。

根据伯努利方程,PA、PB口的压差为

Δp=(ρ1-ρ2)×g×h

(1)

式中,Δp为PA、PB口的压差,psi*;ρ1为硅油密度,0.95 g/cm3;ρ2为井内流体密度,g/cm3;g为重力加速度,m/s2;h为PA、PB口的距离,2 ft。

式(1)是理想状态下压差与密度间的关系式,在实际测井中还要考虑相关因素。

1.1 硅油的体积系数Bso

压差密度测井仪PA、PB压力传导管中充满密度为0.95 g/cm3的硅油。硅油的物理参数参与了密度的计算,必须考虑不同温度、压力下硅油的体积系数[3]。在井下硅油的密度为

(2)

式中,ρ3为仪器在井下时硅油的密度,g/cm3;Bso为仪器内部所注硅油的体积系数。

1.2 井斜角度的影响

式(1)中的重力加速度g是垂直水平面90 °时的取值,实际井中井斜不同其重力加速度也不同,有

(3)

式中,θ为不同井斜条件下的重力加速度;FA为加速度计输出的频率,Hz;SA、OA分别为加速度计的斜率和截距。

1.3 压差密度测井仪系统误差的影响

压差密度测井仪是通过测量压差的方式计算流体的密度,测井仪器的系统误差会对计算结果带来影响,因此井内流体的密度与视密度的关系为

(4)

式中,ρ2为井内流体密度,g/cm3;ρ4为井内流体视密度,g/cm3;Sp、Op为该深度处压力的斜率和截距。

综合以上3种因素考虑,式(1)可整理为

(5)

2 压差密度与放射性流体密度测井对比

2.1 高含水井压差密度与放射性流体密度对比

港深×-×井产出剖面于2007年5月10日测井,测试产液9.3 m3/d,其中产油0.3 m3/d,含水96.88%。放射性流体密度数值基本保持在0.93 g/cm3左右;压差密度共重复测量9次,测井值均在0.91 g/cm3左右,放射性流体密度与压差流体密度基本重合(见图1)。

图1 港深×-×井压差密度与放射性流体密度对比图

2.2 产气井压差密度与放射性流体密度对比

板×××-×井于2007年5月22日测井,井口产气26 600 m3/d,产水58.74 m3/d,产油2.26 m3/d,含水96.3%。该井共重复测量8次。放射性密度显示44号层为产气层,放射性流体密度数值在该层有明显变化,由0.94 g/cm3降为0.48 g/cm3;压差密度测井值与放射性流体密度值吻合很好,压差密度数值也在44号层变化,由0.94 g/cm3降为0.47 g/cm3。测井资料见图2。

通过以上测井资料对比可以看出,在高含水和产气井中,压差密度测井数值在相应层位反映明显,与持水、 持气、井温和压力曲线相关性好,同放射性密度测井曲线契合度高。因此,在产出剖面测井施工中,可以用环保型压差密度测井仪替代传统的放射性密度测井仪。

3 压差式流体密度测井仪的地质应用

3.1 压差密度测井仪在滑套产出剖面测井中的应用

QK××-×-P20井是1口电泵生产井,测井目的是了解井下各滑套的产液状态和产液性质。为了保证施工安全,在堵塞器之上的总产段采用了压差密度与放射性密度对比的测井方式,以验证压差密度与放射性密度的一致性,在堵塞器之下的产出井段采用压差密度测井。

该井产气2 400 m3/d,产液127.0 m3/d,其中产水104.14 m3/d,产油22.86 m3/d,含水82.0%。在500～560 m处进行总流量标定时采用压差密度和放射性密度对比测量,测井曲线对比见图3。放射性密度数值在0.98 g/cm3,压差密度数值基本在0.99 g/cm3左右, 二者对比曲线形态一致,数值基本相同。

图3 QK××-×井压差密度与放射性密度的对比

在堵塞器以下的产出井段(1 700～2 040 m)进行了压差密度的测量,共重复测量10次,压差密度曲线变化一致,压差密度响应与持水率响应一致。其中,2 018.81 m滑套上下密度数值由全水的1.008 g/cm3左右降低至0.888 g/cm3左右,持水率计数率值由全水的47 626.8 cps左右升高至49 174.9 cps左右,说明该滑套有轻质相流体产出;1 856.67 m滑套上下密度数值由0.888 g/cm3左右上升至0.963 g/cm3左右,持水率计数率值由49 774.9 cps左右降低至49 505.9 cps左右,说明该滑套有重质相流体产出;1 770.46 m滑套上下密度数值由0.963 g/cm3左右上升至0.995 g/cm3左右,持水率计数率值由49 505.9 cps左右降低至48 538.6 cps左右,说明该滑套有重质相流体产出;1 697.81 m带孔管上下密度数值由0.995 g/cm3左右降至0.062 g/cm3左右,进入空气,持水率计数率值由48 538.6 cps左右升高至61 998.8 cps左右。测井曲线见图4。

图4 QK××-×井压差密度与持水率测井响应曲线

3.2 压差密度仪在高产气井中的应用

QK××-×-P4井是1口电泵生产井,该井产气12×104m3/d、产水285 m3/d、不产油。流体密度测量采用压差密度测井仪,测量井段2 500～2 910 m。从压差密度测井曲线得出,2 899.5 m滑套为产气滑套,密度数值在该滑套有明显变化,由0.967 g/cm3降为0.247 g/cm3;2 825.0 m滑套为产水滑套,压差密度数值在该滑套也有明显变化,数值由原来的0.247 g/cm3急剧上升;但在2 825.0 m滑套以上压差密度测井曲线不稳定,数值在0.866～1.45 g/cm3之间变化,其中,在4个滑套产出点的数值更是达到2 g/cm3以上。经分析,这是因为气带水进入滑套,由于空间有限,致使流体流速加快,造成流体与测井仪器间的摩阻系数增大,从而导致压差密度测井曲线数值异常(见图5)。

图5 QK××-×-P4井压差密度测井曲线图

3.3 压差密度在高产液、高含水井中的应用

HZ××-×-3是1口“Y”管柱电泵生产井,生产层位是L30、L60、M10油组,射开厚度21.8 m。测井时日产液约为1 800 m3,含水为97.2%。流体密度测井采用压差密度测井仪,测量井段2 420～2 600 m。从压差密度测井曲线可以看出,由于该井含水高达97.2%,致使流体密度数值在总液量处较高,为0.989 g/cm3左右;流体密度曲线数值在L30层以上有明显降低,说明L30层处有轻质相产出,在L30层以下流体密度数值在1.00 g/cm3左右,说明L30层以下产层产出全为水。持水率曲线在L30层数值增大,表明有轻质相产出,密度曲线与其吻合很好(见图6)。

图6 HZ×-×-3压差密度测井曲线图

通过对仪器在以上3种地质状态下应用的详细分析,压差密度测井仪的实用性得到了进一步的验证,但也暴露出该仪器在使用中的局限性。对于高产气井,在产出井段,管柱结构和尺寸将会决定产出流体的流速和流型,导致流体与仪器之间摩阻系数的急剧变化,对密度值产生很大影响,造成测井曲线异常。为了最大限度地消除这种异常,录取到更加全面的现场测井资料,进而从中确定井下流体性质,进行了相关模拟实验。

4 压差密度的模拟试验

针对压差密度在应用过程中的异常现象,使用放射性流体密度与压差密度进行对比试验。由于无法模拟高产气的生产状况,采用测井仪器进液面和出液面的模拟试验;试验井为电缆记号井;井内为静水液面,位置距井口43 m。

4.1 进液面试验

进液面时放射性流体密度曲线数值由0.05 g/cm3突变为1.01 g/cm3,液面显示明显,数值正常。压差式密度测井仪下测进液面,压差密度曲线显示进液面后密度升至1.589 g/cm3,逐渐下测至170 m降为1.03 g/cm3,密度响应滞后约130 m(见图7)。

图7 实验井压差密度和放射性密度测井曲线图(下测进液面)

4.2 出液面试验、定点测量试验

上提测井仪器距井口75 m处,压差密度值由1.040 g/cm3逐渐降低,出液面时形成反冲成为负值,至40 m处恢复到正常数值0.093 g/cm3左右(见图8)。

图8 实验井压差密度和放射性密度测井曲线图(上测出液面)

在气液界面上下进行了定点测量,空气值为0.03 g/cm3,水值为1.035 g/cm3,与正常值相符。

4.3 密度数值异常分析

通过模拟试验得到了压差密度测井仪在进、出液面时的响应曲线。定点测量时压差密度与实际密度值相符,对压差密度数值异常现象进行分析,认为在低温、低压段密度数值异常现象是由于测井仪器内部硅油的温度难以在短时间内适应井内环境温度,造成密度值增大后缓慢接近于正常值的现象。

试验中,在液面上、下采用定点测量的方式所测密度值正常。虽然进、出液面的模拟试验还不能说明大产气量、大流量井中压差密度数值异常的原因,但定点测量稳定性高于连续测量,对于在大产气量、大流量井中采用定点测量消除压差密度数值异常的方法还需要进一步验证。

5 结论及建议

(1) 经过验证,压差密度测井确实可以成为目前替代放射性流体密度测井的一种有效手段,但在实际应用中存在一定的局限性。在高产气井中,压差密度测井仪易受井下流体的流量、管柱尺寸和流型等因素的影响,导致密度数值出现异常现象;在低温、低压条件下测量气液界面时,密度数值也会产生异常。实验表明,可以在密度数值异常井段进行定点测量,以确保压差密度测井资料质量。

(2) 现场应用中,压差密度测井仪采用了精密压电陶瓷作为压力传感器,但压差超过100 psi会造成传感器的永久损坏,建议考虑用双石英压力传感器取代压电陶瓷传感器。

(3) 复杂的仪器结构及繁琐的保养也给仪器的现场使用带来极大的不便,从压差密度测井原理分析可知,压差密度计是测量2 ft距离间的压差计算流体的密度,应开展采用连续测量的石英压力测井曲线在不同深度上的取值计算流体密度,进而得到流体密度曲线的方法研究。

参考文献:

[1] 张世平. 石油测井方法与解释 [M]. 北京: 石油工业出版社, 1993.

[2] Sondex公司. 压差密度仪维修服务手册 [Z]. 2007.

[3] 郭海敏. 生产测井导论 [M]. 2版. 北京: 石油工业出版社, 2010.