噪声频谱测井在注水井中的应用

邱金权, 张洪, 雷刚, 王盛强, 谢飞, 甘常建

(1.青海油田测试公司, 青海 茫崖 816499; 2.青海油田采油二厂, 青海 茫崖 816499)

0 引 言

流体在一定压差下不论由地层流入井筒或由井筒流入地层以及油套管漏失、封隔器漏失或管外窜槽等工程问题都将产生一定频率的噪声。注水井频谱噪声测井技术利用井中流体流动所产生的自然声场,通过现代声音传感监测技术获取自然声场信息[1]。通过对这种信息的分析,达到检测套管外流体窜槽位置、油套管漏失位置、流体相类型、管内流量或射孔层位流量以及注水井注入剖面等目的。

1955年曾用测声仪在井下探测从漏失点传出的噪声峰值,以后又用噪声探测器估测气井的分层产量[2-3]。近年来各油田引进了俄罗斯的TSH型噪声测井仪[4]。大庆、中原油田同其他研究单位合作,在高分辨率小直径环空测试噪声仪器研制方面进行了尝试。中原油田开发了GZC-1型高分辨率噪声测井仪[5-6];大庆油田开发了TPH型环空噪声测井仪并在青海油田应用了9井次[7]。2种噪声测井仪都首次采用频谱测井技术,可实现过油套环空测试,能检测到压差低、流量小的噪声。通过测量井下噪声及对噪声频谱进行分析,可以有效解决诸多工程问题,但缺点是均采用测井绞车下放仪器,存在噪声信号的衰减;同时,测量井段不能过长,其噪声探测器采用自动记录100 m的数值计算,如超过100 m继续测量,仪器将会自动复位重新计算。

青海油田针对油田动态监测需求,从国外引进了噪声频谱测井技术,首次采用存储式噪声测井技术,井下仪器中自带电源,测量井段长,可测量频率235 Hz～30 kHz的声波数据,分辨率非常高。与传统噪声测井技术不同,采用了成像显示,结果更加清晰直观。通过现场22井次应用,准确诊断了注水井井下生产状况,为全面掌握注水井存在的油套管漏失、管外窜槽、封隔器漏失等工程问题提供了丰富的数据信息,丰富了油田工程测井系列。

1 测井原理及仪器

湍流流动所产生的噪声强弱与流体的动能损耗成正比,即与流量q以及流体经过位置的压差Δp成正比。可以用噪声幅度的大小定性确定流量,根据噪声频率确定流体流动的类型。线性低频率噪声是液体沿油管和套管流动的结果,该频率噪声级的相对变化取决于液体流速;流体流经射孔段炮眼、油套管损坏部位和固井水泥中的裂缝通道一般将出现中等频率噪声;储层流动的噪声频率属于高频带[8-9](见表1、图1)。

表1 各类型流动噪声频率范围表

图1 各类型噪声的频率及幅度响应图

仪器结构由连接帽、外管接头、保护外壳、电池筒、连接座、电路部分、接收探头、减震器等部分组成。仪器性能指标见表2。

仪器响应是噪声频谱仪分析的关键要素,不同的岩石类型、不同的流体类型、不同的流速分别有不同的噪声结构[10]。

表2 仪器性能指标

仪器特点[10]:①可捕获储层流动噪声深度2～3 m,通过油管、套管和水泥胶结而捕获储层流动噪声;②可区分致密和裂缝性储层流动所产生的噪声;③可清晰直观地通过噪声频率和幅度图颜色判断流动类型和流量大小;④钢丝存储式测井可避免电缆传输信号所引起的信号衰减;⑤存储容量大,一次下井测试时间长。

2 测井工艺

噪声频谱测井采用钢丝下放仪器;井下仪器自带电源;测试数据采用井下存储模式。测井工艺分为关井测试、环空压力释放测试以及注水测试。测井时以连续稳定速度下测温度曲线和磁定位曲线,目标层段测井速度控制在5 m/min;再采用定点静止测量方式进行噪声测井,依据测试目的确定深度采样间隔,一般为1～3 m,仪器下到目的测点静止一段时间(一般2 min),待仪器和钢丝完全静止进行噪声测量,每点采集时间至少40 s。

3 注水井各流动类型噪声频率及幅度特征

(1) 油套管流动及漏失。图2中,520 m处注水测试以及环空压力释放测试均有明显油管泄漏噪声,判断为油管接箍处泄露。

图2 油管泄露噪声测井图

(2) 封隔器及配水器流动。注水测试在顶封及一封处均采集到0.1～8 kHz的高幅度(红色)频率流体噪声,表明该井顶封及一封不密封(见图3)。

图3 封隔器漏失噪声测井图

(3) 套管外流动及窜槽。关井/环空压力释放/注水测试在1 550 m至射孔层段均采集到频率2～5 kHz的噪声,且该段关井温度曲线有明显负异常,表明该深度段存在管外窜槽(见图4)。

图4 套管外流动及窜槽噪声测井图

(4) 吸水层位流动。注水测试在478～483 m段采集到全频率的高幅度噪声,且关井温度曲线明显负异常,表明该段为主要吸水层;514～518 m段采集到频率10～20 kHz噪声,判断该段为吸水层段(见图5)。

图5 吸水层位流动噪声测井图

4 现场应用情况

注水井噪声测井数据的综合解释是以噪声测井的频率及幅度响应为主要依据,以关井/注水温度曲线为辅助,结合目的井的管柱结构、注水情况、井史数据以及吸水剖面、验封、调配等动态监测数据,判断是否存在油套管漏失、管外窜槽、封隔器漏失以及主要吸水层位的定性分析,作出符合注水井井下流动状态和井况的解释,为注水井井筒工程状况分析和下步治理方案提供科学依据。

青海油田切12油藏开采E31油藏为砂砾岩厚块状油层,岩石胶结类型为孔隙型和基底型。孔隙类型主要以剩余原生粒间孔为主,溶蚀孔占一定比例,见有少量微裂缝,为低孔隙度极低渗透率油藏,部分井组注采矛盾突出,对应差,大量油水井存在窜槽。完成10口井油藏噪声测井,目的是了解储层间窜槽情况,注水层位均为E31层系。解释成果,管外均存在窜槽,同时向上下窜,部分水流从注水层位E31层系窜流至基岩(见表3、图6),为深化油藏认识提供了资料依据。

4.1 层间窜槽

8号井根据噪声测井判断主要吸水层为射孔层下部基岩段,静温曲线也呈负异常显示,存在管外向下的窜流。该井2011年10月固井,2011年11月和2016年6月2次RIB固井质量测井显示,该段一二接口固井质量均变差;吸水剖面测井显示,同位素在该段有反映,且静温曲线呈负异常显示。在其他未进行噪声测井的注水井同时验证了由E31油藏窜槽至基岩的情况。在该油藏的11号井也有同样类似情况,仅射开E31层段注水,2016年7月14日进行同位素注入剖面测井,在E31层段及下部基岩段关井温度曲线均有大幅度的负异常,同位素明显运移至下部基岩段且在该段与伽马基线有较大的包络面积,综合分析为注入水从E31层段窜槽至下部基岩段。

表3 切12油藏噪声测井情况统计表

图6 部分井吸水及管外窜槽图

4.2 厚层中部非射孔段吸水

10号井为一口混注井,喇叭口1 904 m,注水部位为E31层段大厚层的1 926～1 936 m、1 940～1 950 m的2个段各10 m的射孔层。噪声测井关井温度曲线在2个段射孔层之间有较大负异常,且注水噪声在该段有高幅度的中频噪声显示,判断2个段射孔层之间部位由于窜槽吸水;注入剖面测井在2个射孔层之间层段关井温度曲线也呈负异常显示,且同位素在该段与伽马基线有较大的包络面积,综合分析为注入水从2个射孔层段窜槽至该段(见图7)。

图7 10号井噪声频谱测井图

5 结 论

(1) 噪声频谱测井技术测量范围广,探测深度深,通过噪声频率和幅度大小,能准确判断流体性质和流体噪声位置,在确定注水井油套管漏失、管外窜槽、封隔器漏失以及吸水层位方面具有较强优势。

(2) 噪声频谱测井技术采用存储式钢丝测井方式,可实现高压密闭测井;存储容量大,一次下井测井时间长;解释结果成像显示,具有清晰直观的特点。但仅能进行点测,不能对注入水在各层之间的分配和窜槽作出定量解释。

(3) 在青海油田6个油藏完成22口井现场测试,其中切12油藏进行了集中测试,取得了一些新认识,且与其他手段测试具有很好的一致性,为注水井井筒工程状况分析和下步治理方案提供依据。

参考文献:

[1] 金友春, 汪芸, 宋丽. 注水井中存储式噪声测试技术研究 [J]. 石油钻采工艺, 2001(3): 68-71.

[2] 徐寿年. 噪声测井 [J]. 测井技术, 1980, 4(3): 18-28.

[3] 楚泽涵. 声波测井原理 [M]. 北京: 石油工业出版社, 1989.

[4] 何小冬, 陈小东, 熊伟, 等. 俄罗斯TSH噪声测井仪 [J]. 石油仪器, 2011(6): 29-32.

[5] 涂兴万. 高分辨率噪声测井仪及其应用 [J]. 测井技术, 1994, 18(1): 71-75.

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[7] 李国庆. 噪声测井浅谈 [J]. 油气田地面工程, 2008(4): 69.

[8] BHAGAVATULA R, et al. An Integrated Downhole Production Logging Suite for Locating Water Sources in Oil Production Wells [J]. SPE-178112-MS, 2015: 1-10.

[9] 孙明朗. 译. 注水井频谱噪声测井 [J]. 油气田开发工程译丛, 1993(6): 37-39.

[10] TGT Oil And Gas Services. Spectral Noise Logging [Z]. 2012: 1-20.