超声多普勒测井产气量定量解释研究及其在涩北气田的应用

雷 刚，魏顺科，何 伟，周 峰，刘 伟，鲁焕强，周 涛

(1.青海油田勘探开发研究院 甘肃 敦煌 736200； 2.青海油田测试公司 青海 茫崖 816499)

0 引 言

涩北气田属于中-强边水驱气藏，自1995年开发以来，历经“试采期-上产期-稳产期”三个阶段，目前处于稳产期末，许多井气水同产[1、2]。作为分析气层动用状况所需手段之一，产气剖面测井技术为气田动用状况监测和措施制定提供了依据，在气田高效开发中发挥着重要作用。涩北气田传统产气剖面测井普遍用威盛七参数和Sondex八参数生产测井组合仪[3]，仪器主要以涡轮和密度传感器测量气流量，测量下限约5 000 m3/d，而涩北气田目前低产井较多，传统产气剖面测井技术难以满足需求[4-6]。

为了解决涩北气田产气剖面测井技术难题，青海油田测试公司在水为连续相的井筒中开展了超声多普勒三相流测井仪[7-9](下简称三相流测井仪)先导性试验测井，同时对比开展了威盛七参数测井仪(下简称七参数测井仪)产气剖面测井。对比分析这两种测井资料显示，三相流测井最下面一个层产量占比均较高，并且三相流测井数据与七参数测井数据对主产层的认识不一致。

为解决上述先导性试验中暴露的问题，在青海油田测试公司三相流实验装置中开展了三相流测井仪的气水两相流实验，得到了功率谱幅度随气量变化的响应关系，并对先导性试验中的三相流测井数据进行了重新解释，为涩北气田开发提供了准确可靠的分析依据。

1 研究思路、理论分析及实验条件

1.1 研究思路

根据三相流测井原理，制定了研究思路，如图1所示。

图1 研究思路

1.2 理论分析

1.2.1 井筒流型分析

目前涩北气田产气井普遍出水，以边水为主，井筒内积液井占比大于40%，单井产气普遍小于0.5×104m3/d，达不到常规涡轮测井的启动排量，且积液段在射孔层之上，测试密度达到0.95 g/cm3，持气率在0.1附近，为典型的泡状流，非常适合三相流测井仪在该类型的井筒里测试。

1.2.2 气体体积压缩系数的应用

气体体积压缩系数理论公式为：

Bg=3.456×10-4TZ/P

(1)

式(1)中：Bg为气体体积压缩系数；T为气藏平均温度， ℃；Z为偏差因子；P为气藏平均压力，MPa。

引入公式：

Bg=V地下/V地面

(2)

式(2)中：V地下为实验数据中标准气量；V地面为地面标准状态(20 ℃，0.101 MPa)下单位体积天然气在地层条件下的体积。

代入涩北气田的的偏差因子、气藏平均温度、气藏平均压力于公式(1)后计算得出Bg=0.002 298。

再将计算出的Bg代入公式(2)得：

V地面=435.2×V地下

(3)

本实验的目的是通过将实验数据中的模拟气量表征成井下气量，利用计算出的气体体积压缩系数将模拟气量折算成气井实际产气量。

1.3 实验条件

实验在三相流实验室油气水三相流模拟井中进行。分别在5.5 in(1 in =25.4 mm)和7 in透明有机玻璃井筒中开展气水两相实验，实验介质为自来水和压缩空气。实验仪器为超声多普勒三相流测井仪，自上而下依次为加重、电动扶正器、三相流测井仪。在水静止状态下,气相流量设计点为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 L/min(步长为1 L/min，1 L/min = 1.44 m3/d )，15、20、25、30 L/min(步长为5 L/min)，依据实际配比共录取两相流实验数据共60组。

2 实验依据及数据分析

2.1 实验现象及数据分析

2.1.1 井筒流型分析

在5.5 in套管里水静止状态下，气量小于28.8 m3/d时，为明显的泡状流，当气量增大到43.2 m3/d时，出现少量弹状流，即泡状流向段塞流过渡；7 in套管里气量小于21.6 m3/d时，为明显的泡状流，当气量增大到32.4 m3/d时，出现少量弹状流。

2.1.2 实验数据分析

在5.5 in套管中，将气量从0增至1 L/min时(增幅度为1 L/min)对仪器录取数据进行分析，三相流测井仪功率谱幅度变化量较大，幅度0～600 μV·Hz-2；在1～10 L/min时，增幅为1 L/min，功率谱幅度变化在600～1 000 μV·Hz-2之间；在10～20 L/min时，每隔5 L/min为一个增幅，当气量≥15 L/min后，形成连续、稳定雾状流，功率谱幅度稳定在8 000 μV·Hz-2左右，幅度不再随气量的增加而变化。

在7 in套管中，气量从0增大1 L/min时，功率谱幅度变化量也较大，功率谱幅度在0～400 μV·Hz-2；在1～10 L/min时，每隔1 L/min，功率谱幅度变化在500～700 μV·Hz-2；在10～25 L/min时，每隔5 L，功率谱幅度增长率为400 μV·Hz-2/间隔；当气量≥25 L/min后，形成连续、稳定雾状流，功率谱幅度不再变化，稳定为一个固定值，该值根据仪器频率调节器反馈值不同而变化。

通过数据分析，得出以下几点结论：

1)当气量≤2 L/min时，功率谱幅度与产气量明显为非线性关系。

2)气量2～20 L/min时，井筒流型为泡状流，功率谱幅度与产气量基本为线性关系。

3)气量20～30 L/min时，7 in套管效果明显好于5.5 in套管，相同气量时，流型不同。

同时，这也解释了三相流测井资料在最下一个层产量高且主产层认识偏差的问题：早期解释软件是按照线性关系对测井数据进行解释的，而实际情况是，只有当功率谱幅度达到一定值后，才与流量呈近似线性关系。

2.2 解释图版的制作

依照采集到的数据制作了5.5 in套管和7 in套管的气量与功率谱幅度的图版，如图2和图3所示。

图2 5.5 in套管内气量与功率谱幅度关系图版

图3 7 in套管内气量与功率谱幅度关系图版

2.3 气体流量对应关系

气体流量计计量单位为 L/min，根据计算出的体积压缩系数，实验确定1～20 m3/d的实验数据满足先导性试验井测井需求。根据公式(3)，其对应关系见表1。

表1 气体流量对应关系

3 应用实例

结合室内实验数据，建立数据解释图版，折算气井产气量，进行测井资料解释，提高测井数据的解释精度。

3.1 在高产气井中的应用

台x井是一口高产井，管柱尺寸为7 in，产气量高达30 000 m3/d，是一口稳产井，图版与实测数据如图4所示。使用原有三相流测井解释软件的解释成果与七参数测井解释成果在次产层上不一致：图4(b)中威盛七参数解释成果认为第1和第2层为次产层，而三相流原始解释成果认为第4和第5为次产层。应用室内实验标定数据建立的图版对三相流测井数据进行了二次解释。根据实测功率谱幅度，对照实验标定图版(图4 a)，计算1～6号小层上下测点处的合层气量为56、 46、36、4、0.2、0 m3。三相流测井二次解释成果显示，1、2、3、4号小层为产气层，各层产气占比分别为17.86%、17.86%、57.14%、6.79%、0.36%、0，其中3号小层为主产气层，1、2号小层为次产气层，与威盛生产测井组合仪测井解释结果一致。

图4 图版与实测数据对应图

3.2 在低产井中应用

涩X井射孔井段662.1～681.2 m，产水0 m3/d，产气3 458 m3/d 。2020年6月22日进行了七参数测井,6月20日进行了三相流测井。七参数测井第4个层温度响应明显，密度曲线显示射孔层在液面之下。三相流功率谱曲线如图5所示。从图5可以看出，各测点中心频率未发生偏移(单相气)，从下往上第1、第2、第3、第4、第5个测点的幅度值依次增大，且4与5、1与2之间的幅度差较大，说明对应的层位均有气产出，第1、4小层产出多。最后一个层产量占比均较高，与七参数测井结果有分歧，测井数据对比见表2。

图5 涩X井功率图

表2 涩X测井数据对比表

利用自制图版，对测井数据进行重新解释，图版与实测数据如图6所示。图6(a)中，对应5.5、2.0、1.5、1.0 L/min，产气占比分别为63.3%、 9.1%、 9.1%、 18.2%，三相流测井数据与威盛七参数测井解释结果主产层一致。

图6 图版与实测数据对应图

利用式(3)可计算出第三个点单层产量626.7 m3/d，同时也可计算出总产气量为3 446.5 m3/d，与该井实际产气总量一致。通过实际数据，验证了实验室标定图版的实用性。

截至目前，在涩北气田采用三相流测井仪已测井7口，其中1口为9 in套管井，未开展室内试验，其余6口井开展自制图版与原始解释对比，取得以下两点认识：

1)自制图版与威盛七参数解释结果一致性更好，解释精度更高。

2)首次实现了单层及井口定量解释，结果显示6口井中4口与采气厂数据基本一致，符合率达到66.7%。随着规模化推广，持续开展参数优化，计算数据将更加准确。

4 结 论

通过对气体体积压缩系数的研究，结合在多相流实验装置上刻度，取得了以下两项成果：

1)建立了超声多普勒三相流测井仪测量功率谱幅度与气量的关系。

2)实现了气藏分层产气量的定量计算。

三相流测井解释结果有助于直观判断气藏的生产能力，能够为气藏开发提供准确可靠的分析依据。