音叉密度计在塔里木高压气田的应用

肖承文, 柳先远, 张璋, 田隆梅, 李新城, 王华伟

(1.中国石油塔里木油田分公司, 新疆 库尔勒 841000;2.中海油田服务股份有限公司油田技术事业部, 河北 燕郊 065201)

0 引 言

X气田构造为东西向展布南北基本对称长轴背斜,整体呈向南凸出的弧形构造。X气田主要含气地层为古近系白云岩、砂砾岩、白垩系大套砂岩,气柱高度达468 m,总体上属于中孔隙度中渗透率和低孔隙度中低渗透率储层,储层中部温度100 ℃,甲烷含量高达95.198%～99.687%,非烃气体含量低,相对密度0.557～0.582,原始地层压力74.35 MPa,属于正常的块状底水异常高压干气气藏。生产气井基本具有温度高、压力高、产量高的特点;产气剖面监测主要采用Sondex八参数测井。出于安全环保的考虑,测井不允许采用放射性密度计[1]。应用实践中压差密度计受流体密度低,纵向分辨率低等因素影响,应用效果不佳[2]。这些因素直接导致了X气田产气剖面测井缺少密度资料。在纯气井中不影响利用产气剖面测井资料判断主次产层,但是在见水气井(怀疑见水气井)中严重制约了利用产气剖面测井资料识别流体性质和判断产水层位的能力。为此,塔里木油田针对井筒内流体识别技术进行调研,了解到Sondex等测井公司发明的不具放射性的音叉密度计可以识别井筒内的流体性质,并在海上油气田进行了初步的应用。塔里木油田引进了Sondex公司生产的FDI音叉密度计,进行了规模化的推广应用,累计应用30余井次,在6口纯气井中应用了7井次,在4口见水气井(怀疑见水气井)中应用了27井次。本文主要是在30余井次实测资料分析对比的基础之上对音叉密度仪的优缺点进行客观评价。

1 FDI音叉密度计的原理

音叉密度计由音叉体、固支体、压电晶体管和温度传感器等部分组成。音叉是“Y”型的不锈钢发生器,如图1所示,其两臂对称,振动相反,中心杆处于振动的节点位置,静受力为0,不振动,因此在固支体上贴装温度传感器,实时检测被测液体温度,用于补偿调谐叉体的弹性模量变化。压电晶体管包括压电激励器和压电拾振器,均贴装在固支体上,压电激励器将产生的交变力通过固体支体传导到调谐叉体,使调谐叉体按照自身固有的频率产生简谐振动,当调谐叉体侵入到被测液体中,调谐叉体的附加质量发生了变化,导致调谐叉体的振动频率发生变化,通过压电拾振器拾取该振动信号实现调谐叉体的振动频率的检测[3-4]。根据振动原理[5],音叉振动频率f与其质量mg和被测介质质量mc成关系式

(1)

式中,k为比例因子。当音叉在真空中,mc=0,mg为音叉的质量,固有频率的谐振频率相等,可以得到比例因子k;当被测对象质量mc≠0时,得到谐振频率f,音叉的体积为V,通过公式变化,则有

(2)

式中,ρ为介质流体密度。

外界温度和压力都会轻微影响音叉探头的振动频率响应。仪器本身自带温度探头,利用实验的刻度模板进行温度校正;在测井操作系统Warrior中一般采用石英压力计测量值进行压力校正[6]。

图1 FDI仪器探头部分结构示意图

FDI仪器主要参数见表1。其温度、压力、测量范围等都基本满足X气田动态监测的需求,测量精度不高,可能会影响见水气井出水量的判断和准确计算。

表1 音叉密度计与放射性密度计参数对比表

2 FDI音叉密度计的应用

推广应用音叉密度计的过程中重点关注3个问题:①音叉密度仪工作需要稳定,否则测量密度曲线没有任何应用价值;②音叉密度计实际精度如何,测量值能否用于出水量的定量计算;③音叉密度计的实际分辨率如何,能否用于判断见水气井的出水点。

2.1 FDI音叉密度计在纯气井中的应用

音叉密度计在6口纯气井应用了7井次,应用效果表明,在纯气井中,FDI音叉密度计仪器工作稳定,重复性好,重复测量误差能控制在0.005 g/cm3以内。X1井产气剖面测井8种不同测速条件下音叉密度曲线平均误差小于0.003 g/cm3。

由于无法获得井底天然气的真实密度,因此无法对音叉密度的精度做出可靠的评价。音叉密度计的精度误差为±0.03 g/cm3,在X气田目前的储层条件下,根据产出剖面测井定量解释原理[7]会造成3.3%持水率误差。例如,一口日产气25×104m3的纯气井,音叉密度误差为+0.03 g/cm3,采用滑脱模型定量计算,日产水15 m3左右,由此可见,对于持水率为4%以内的气井,音叉密度计对见水量的计算不可靠。

根据理论计算不同压力条件下井底天然气的密度[7],并与音叉密度测量值对比,间接评价音叉密度的分辨率。

(3)

式中,ρg为气体密度,g/cm3;γg为天然气相对密度,无量纲;Bg为天然气体积系数,无量纲。X气田干气PVT实验中,式(3)中天然气相对密度γg基本为一常数,天然气体积系数Bg与压力呈幂函数关系

Bg=0.07174p(-0.807)R2=0.982

(4)

式中,Bg为天然气气体体积系数,无量纲;p为压力,MPa。

由式(3)、式(4)可知,随着压力的降低,天然气体积系数逐渐升高,天然气密度逐渐降低。对比分析X气田纯气井音叉密度和理论计算密度统计(见表2),理论密度下降超过0.01 g/cm3,音叉密度计均能正确反映,说明音叉密度计具有较高的分辨率。此外,随着深度的减小,井底流压的降低,音叉密度值反映出了密度随压力变小而变小的趋势,也说明了音叉密度计具有较高的分辨率。

表2 不同压力条件下井底音叉密度和理论计算密度对比表

注:根据PVT实验结果,γg=0.566。

2.2 FDI音叉密度计在见水井中的应用

2.2.1 FDI音叉密度计在见水井中的测井响应特征

音叉密度计在4口见水气井应用了27次,在井底气水两相流动的情况下,音叉密度计整体变化趋势一致,但是重复性变差,重复测量误差整体分布在0.1～0.2 g/cm3之间,说明音叉密度计的分辨率受到了一定的影响,但是根据实测曲线的趋势统计和分析,超过0.03 g/cm3的密度变化在不同测速下的音叉密度计均能准确反映出来(见图2)。图2中的速度曲线是指仪器与井筒流体两者之间的相对速度,虽然不同速度下的密度曲线重复误差较大,但是密度曲线的变化趋势是一致的。

图2 X14井产气剖面测井曲线回放图

见水气井中重复测量密度曲线具有一个显著的特征:下测与上测密度值明显不同,在井筒积液面以下尤为明显,一般下测密度都大于上测密度(见图2);而在井底静液柱,音叉密度与测速具有很好的相关性,测速越大,密度越大(见图3)。

图3 X12井静液柱音叉密度曲线回放图

2.2.2 FDI音叉密度计在见水井中速度校正

通过大量的实测数据分析表明,深度、温度、压力等测量环境基本不变的情况下井下,流体和仪器的相对速度越大,音叉密度测量值越大,音叉密度测量值与测速呈线性关系(见图4);拟合曲线与纵坐标的截距即速度为0时的音叉密度值,校正了速度对音叉密度值的影响,相对真实地反映了流体密度,与气藏地层水密度1.03～1.07 g/cm3的规律基本一致,其中速度为流体和仪器之间的相对速度的绝对值。根据上述关系,采用最小二乘法[8-10]对音叉密度曲线进行逐点校正计算(见图2、图3),校正密度与测量相对速度最小的音叉密度值接近。

要准确校正音叉密度,还需要模拟地层条件进行实验。采用不同的测速针对不同的流体性质(气、水)进行音叉密度测量,利用实验数据总结规律,研究音叉密度校正方法,或者指出音叉密度计的适用范围。

图4 X12井静液柱音叉密度与测速回归关系图

2.2.3 FDI音叉密度计在见水井中的应用

X14井2014年生产稳定,井口计量日产气量12.89万m3,无水,油压15.5 MPa。2014年3月30日进行产气剖面测井,与2013年产气剖面测井响应一致的是涡轮曲线交叠严重,电容持水率几乎为1条直线,为全水显示,资料不可信,井底流压为28 MPa。与2013年产气剖面测井响应不一致的有3处:①井筒积液面由×747.0 m上升至×724.0 m;②井底流温有3处高温异常,对应的密度都有明显增加的趋势,为明显的出水显示;③井筒油管内流体密度重复性变差,在流压基本没有发生变化的情况下油管内密度由0.184 g/cm3增加至0.296 g/cm3左右(校正后密度),流体密度明显增加。根据音叉密度在纯气井和见水气井中的不同的测井响应,综合判断井口产水,据此产出剖面测井解释×815 m、×785.0 m、×755.0 m为该井出水点,估算日产水量40 m3左右(音叉密度校正前计算日产水60 m3左右),日产气15×104m3左右。2014年4月10日,X14井上地面计量,7 mm油嘴生产, 日产水24 m3,

日产气

7.89×104m3,证实了音叉密度计对本井出水的判断是正确的。

3 结 论

(1) 在纯气井中,音叉密度计具有测量稳定、重复测量误差小、测井分辨率高的优点。

(2) 在见水气井中,音叉密度的测量重复性变差,精度降低,上测下测曲线值明显不同,井筒积液面以下尤为明显。分析认为音叉密度计可能受仪器与流体之间的相对速度影响,建议模拟地层条件进行实验,采用不同测速针对不同流体性质(气、水)进行音叉密度测量,利用实验数据总结规律,校正音叉密度。

(3) 在见水气井中,虽然音叉密度计精度差,但是重复曲线变化趋势一致,分辨率高,在高压气田已经是产气剖面测井识别出水点不可或缺的重要资料。

(4) 出于安全和环保的考虑,放射性密度计的应用越来越受到限制,由于稳定性好,分辨率高的优点,音叉密度测井一定会成为油气藏动态监测产出剖面测井的一项重要补充技术。

参考文献:

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