二氧化碳驱注入剖面氧活化测试技术和现场试验

齐占奎

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163153)

·仪器设备与应用·

二氧化碳驱注入剖面氧活化测试技术和现场试验

齐占奎

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163153)

目前大庆油田拥有多个投入生产的二氧化碳驱油试验区，但由于二氧化碳流体在井下以超临界流体的形式存在，同时具有较强的腐蚀性，对仪器设备损害较大，缺少相关防二氧化碳腐蚀的仪器，不能有效进行注入剖面测井。针对这种现状，通过二氧化碳腐蚀性试验，优选了防二氧化碳腐蚀材料，利用氧活化测井方法克服了由于二氧化碳流体的特殊性带来测试难题，改进脉冲中子氧活化仪器，并且建立了氧活化二氧化碳驱注入剖面相关的解释方法。在二氧化碳注入井开展了大量的现场试验，取得了较好的效果。

二氧化碳驱生产井;二氧化碳驱注入剖面测井方法;二氧化碳流体

0 引 言

随着大庆油田二氧化碳驱油试验区不断增加，二氧化碳驱注产剖面的测试需求越来越迫切；由于二氧化碳流体的特殊性，在井筒和地层中相态变化比较复杂，并且井下流体具有较强的腐蚀性，常规的测试技术和施工工艺无法满足测试需求，从国内外文献来看[1]，对于二氧化碳注入井，通常是根据温度压力来进行推算流量，没有仪器能对相关的参数进行直接测量,而大庆油田自主研发的二氧化碳驱注气剖面五参数仪器采用非集流测量方式，启动排量需要在15 m3/d以上，无法识别流量低于15 m3/d以下层位的吸液量，不适合低注入笼统井的测试，无法在配注井中测井；同时在普通剖面测井中的氧活化仪器不适合在二氧化碳注入井中使用。从大庆油田注二氧化碳提高采收率技术现场试验开展的研究情况看，证明低渗透油田二氧化碳驱油技术是可行的。针对上述的状况，对现有氧活化仪器进行改进，并对解释方法进行了研究，通过对仪器现场试验。证明此仪器方法适合二氧化碳注入井的测试需求。

1 氧活化二氧化碳注入剖面测井方法

目前的多数二氧化碳注入井井下管柱都为分层配注或喇叭口下入目的层位以下，而且在目的层位二氧化碳相态均为超临界流体，其物理性质密度与液体相似，粘弹性与气体相近。常规注入剖面测井技术中的同位素、电磁流量、示踪、涡轮等方法，无法满足二氧化碳驱测井的需求，具体情况见表1，注入剖面的测井方法只能采用脉冲中子氧活化测井方式。氧活化测井技术在水驱注入剖面已经得到了广泛的应用，并且取得了很好效果[2,3]。但是在二氧化碳注入井中应用的可行性还需要验证。

表1 常规注入剖面测井方法在二氧化碳注入剖面测量中存在的问题

氧活化方法克服了以上常规测井方法的缺点，能够满足二氧化碳注入井的特殊情况，进行注入剖面的测量。

1.1 氧活化测井方法在二氧化碳测井中的可行性分析

在二氧化碳注入井，二氧化碳流体在井下目的层为超临界流体，超临界流体二氧化碳分子中有氧原子存在，其浓度是否满足是实施该方法测井的基础。由二氧化碳物性参数计算可以得到在井筒内测量井段其密度在0.7 g/cm3以上，则在密度为0.7 g/cm3条件下单位体积内氧原子的数量为：

0.7÷44×6.02×1023×2=0.193×1023(g/cm3)

同样可得水中的单位体积内氧原子的数量为0.337×1 023个/cm3，由此可知二氧化碳中氧原子的浓度是水的0.572倍。其他条件相同仪器在二氧化碳流体中氧活化伽马计数率最小为水的0.572倍。在水流量5 m3/d时，氧活化后伽马的计数率78左右，如图1所示，按密度比折算在二氧化碳中的伽马计数率约为45，远远高于未活化时的伽马背景值(通常在10以下)。因此仪器在二氧化碳井中可以测得氧的活化伽马示踪峰，满足测井的基本要求。

图1 氧活化二氧化碳注入井测井响应

1.2 二氧化碳注入剖面氧活化测井解释方法研究

对于大庆油田，二氧化碳流体目的层中，以超临界流体形式存在，其密度为压力和温度的函数，而氧活化测井实测为流体的体积流量，因此要把体积流量转换为质量流量，才能得到准确的判断出层位的吸入量。二氧化碳密度方程为：

(1)

式中: ρco2为气态二氧化碳密度, g/cm3; γg为气态二氧化碳相对密度; Z为偏差系数、无量纲;T为温度, ℃; Rco2为气体常数、无量纲。利用密度就可以计算出质量流量。

方程(1)中计算的难点为Z系数确定，气体偏差系数确定方法较多,常见有查表法、查图法、经验公式法、状态方程法等。查图或查表法不适合计算机程序运算,对多种经验公式法和拟合法进行对比分析后再确定最佳方法，利用P-R状态方程可以计算出满足油田需要的参数[4-9]。

2 脉冲中子氧活化仪器的改进设计

由于二氧化碳流体在井筒中以超临界流体的形式存在，对仪器的密封、防腐能力提出了较高的要求。因此对原有的脉冲中子氧活化仪器进行了机械改造。主要开展了以下几个方面的工作：

1)通过室内二氧化碳条件下的高温高压材料耐腐蚀试验，确定仪器耐腐外壳和密封器件的材料，仪器外壳采用钛钢材质，仪器密封部件试验结果见表2。可以看出在60℃时，二氧化碳对密封圈的腐蚀性大于温度100℃的腐蚀。而大庆地区井下温度通常在100℃以下，因此选用进口氟胶圈来进行仪器密封。同时在仪器内部密封部分采用多重密封技术。保证井下仪器内部不与井下流体接触。确保仪器安全工作，提高仪器的可靠性。

表2 非金属材料(胶圈)实验结果数据表

2)中子发生器高压绝缘充气密封是另一项技术关键。中子发生器高压绝缘采用充气(SF6)方式，如果密封不好(SF6)绝缘气体泄漏将会导致中子发生器高压绝缘出现问题，不能发射中子无法完成测井，因此在选用耐腐蚀密封器件的基础上，在仪器结构方面重新设计，采用中子发生器内置式结构，即中子发生器整体放在仪器外壳内，使中子发生器密封器件不直接接触二氧化碳，确保中子发生器高压绝缘气不泄露，提高仪器的可靠性。这就要求中子发生器直径较小，在直径小的情况下解决100 kV靶压绝缘问题。关于尺寸短的倍加器，采用体积小的耐高压、高温电容；在高压绝缘方面，优化高压倍加器设计，减小高压倍加器体积，增大绝缘空间。

仪器采用模块化设计思路，两端都可以与测试分公司标准注入剖面测井电缆头连接。设计中用到的中子发生器的离子源阳极电路与灯丝电路为成型技术；探测器组由NaI晶体与光电倍增管、光电倍增管高压电路、信号处理电路等部分组成，也是成型技术；井温、压力、CCL传感器部分采用目前38 mm注入剖面五参数测井仪标准设计。

测井仪有两种工作模式，模式一为氧活化测井模式，采用分公司原有氧活化仪器工作方式，中子发射时间是1～10 s(1s、2s、5s、10s)，后续测量时间是30～60 s，5个探测器同时记录伽马信号，通过速度计算流量；模式二为其他参数测井模式，记录井温、压力、CCL、自然伽马等资料。

仪器的总体结构如图2所示。采用一个中子发生器，5个探测器。其中两个探测器放在中子发生器上部，在氧活化方式时测量向上方向的水流，两个伽马探测器的源距以450 mm、750 mm左右为佳。另外三个探测器置于中子发生器下方，在氧活化方式时用于测量向下方向的水流，其中一个探头兼测GR。

图2 仪器总体结构图

3 注产剖面测井实例

目前已经开展了高可靠耐腐蚀脉冲中子氧活化仪器现场试验60余井次，测井成功率100%。验证了测井仪器的可靠性，同时测井成果也得到了地质的认可，能够满足测试任务的需求。

注入剖面测井实例：

××-××井，注入量为40 t/d，该井为配注井。全井射开4个层段，有效厚度5.1 m，采用脉冲中子氧活化测井。利用其实测的温度压力数据，进行密度计算，解释质量流量，本井共有3个层段有吸入量，分别为F31相对吸入量31%、F15相对吸入量12.7%、F16相对吸量56.3%。其测井解释结果(图3)与地质实际符合较好，解决了二氧化碳注入井剖面测量的问题。

4 结 论

1)通过二氧化碳腐蚀性试验，确定了仪器关键材料的选择，同时对脉冲中子氧活化仪器进行改进设计，克服二氧化碳对仪器的腐蚀影响，使得仪器能够适应二氧化碳注入井的测试条件；

2)针对二氧化碳驱井的特殊性，提出了对应的注入剖面测井解释方法；攻克了二氧化碳流体井下相态变化情况下流体密度计算的技术难题，满足测试资料解释的需求。

图3 ××-××井中子氧活化测井曲线

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[3] 王 波，李 丽，武清钊.脉冲中子氧活化测井在工程监测中的应用[J]. 中国石油大学胜利学院学报,2013,27(1):34-37.

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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

齐占奎，男，1976年生，2001年毕业于西南石油学院应用地球物理专业，现在主要从事测井、试井解释方法研发工作。E-mail: dlts_qizk@petrochina.com.cn

TE358

A

2096-0077(2016)06-0063-04

2016-03-29 编辑：马小芳)