CO2驅注入剖面測井方法及應用

吳華磊，王衛國

（1.大慶油田有限責任公司測試分公司，黑龍江 大慶 163514；2.大慶榆樹林油田開發有限責任公司，黑龍江 肇東 151100）

0 引 言

為研究低滲透率、裂縫不發育的扶楊油層有效開發技術，大慶油田于2002年底在宋芳屯油田南部開展了扶余油層CO2驅油現場試驗，并見到一定效果。2007年擴大試驗區，CO2驅試驗投入開發井數逐年增加。目前，注CO2驅油井芳××試驗區有14口，榆樹林油田樹×××試驗區有7口，海拉爾油田貝××試驗區有9口，總井數達到30口。

油田為評價CO2驅開發效果，提高采收率，迫切需要了解各生產層是否吸入及吸入量。大慶油田測試技術服務分公司分析了現有注入剖面測井技術的特點和現場適應性，結合CO2驅井的特殊性，開展了相應的注入剖面測井方法研究和現場應用。

1 CO2驅井的特點

CO2驅井與一般注水井相比，在管柱結構、注入介質以及施工安全方面存在3個方面的特點。

（1）完井管柱結構不同。試驗初期CO2驅井均采用籠統注入方式，分2種情況：一種是完井管柱置于井底；另一種是完井管柱位于油層上20m左右，2種結構如圖1所示。

圖1 注CO2驅井管柱結構示意圖

（2）注入介質特性不同。根據CO2的相態圖，CO2臨界壓力（pC）為7.39MPa，臨界溫度（TC）為31.06℃。因此，在正常注入條件下，CO2在井筒內的相態只有液態與超臨界流體2種相態（見圖2）[1]。CO2具有腐蝕性，其對鋼絲的腐蝕速率受溫度影響較大，當實驗溫度為60℃～120℃時，腐蝕速率隨著溫度的上升而增大，當溫度超過120℃，鋼絲的腐蝕速率隨著腐蝕溫度的升高而下降。因此，要求測井電纜應具有抗腐蝕性。

圖2 CO2相態圖

（3）測井施工安全要求不同。在CO2驅測井施工中溫度壓力的變化使其相態發生變化，極易形成水合物，將測井電纜、儀器“凍”住，如判斷和操作不當，會造成儀器掉落等施工事故。為保證CO2驅井測井施工安全，防噴、防凍是必須解決的問題。

2 CO2驅注入剖面測井方法

2.1 測井施工工藝

密閉措施：分析應用 GSG-35和 GSFP6-70高壓防噴裝置。GSG-35防噴裝置主要由密封頭和防噴管組成，密封鋼絲直徑為2.4mm，防噴管通徑為50mm，工作壓力為35MPa，密封方式手動密封。GSFP6-70防噴裝置主要由防噴盒、防噴管、防噴器、捕捉器組成，密封鋼絲直徑為2.4～2.8mm，防噴管通徑為62mm，工作壓力為70MPa，密封方式采用手動密封和注脂液壓密封2種方式。

防凍措施：在測試時準備甲醇或柴油，測前先加入防噴管內，防止液體CO2返入防噴管，能有效降低水合物形成的概率，為防止凍井，現場是用注脂泵向防噴管內注入柴油。

2.2 測井技術優選

分析注入介質特性，對現有的注入剖面技術進行綜合對比，優選出五參數吸氣剖面測井、脈沖中子氧活化測井2項技術。

（1）五參數吸氣剖面測井。由于CO2具有腐蝕性，測試鋼絲、電纜應具有防腐蝕性能，結合氣井測試防腐手段，首先考慮應用試井工藝解決測井問題，為此在注入剖面測井中首次引入了五參數吸氣剖面測井技術。該儀器能測量溫度、壓力、流量、自然伽馬、磁定位等5項參數，從而得到完整的注入剖面資料。儀器由高能電池供電，溫度測量采用PT1000作為傳感器；壓力測量采用靜壓傳感器，流量測量采用渦輪流量計測中心流速的方法。

（2）脈沖中子氧活化測井技術。脈沖中子氧活化測井技術作為在用的成熟的注入剖面測井方法，能夠取得豐富的注入剖面信息。結合注入井完井管柱，對于管柱下入位置位于井底以及分層配注的情況，在CO2驅注入剖面測井中首次應用了脈沖中子氧活化測井技術。一次下井可完成氧活化測井的上下水流測井、井溫測井及壓力、自然伽馬、套管接箍等參數的測量。

2.3 測井資料解釋方法

從CO2相態圖上可以看出，在井下CO2是以超臨界流體的形式存在，五參數吸氣剖面測井可直接解釋。

對于氧活化測井解釋，不同介質中氧原子的含量不同，測井曲線的響應也不同。密度為0.7g／cm3的CO2中氧原子的含量為0.193×1023個／cm3；密度為1.0g／cm3的H2O中氧原子含量為0.337×1023個／cm3。在實際測井過程中，相對于注水井，CO2注入井的氧活化測井曲線峰值會有所降低，但仍然可以被明顯探測到，通過解釋計算CO2在井內的流速，進而得到體積流量。

采用壓力梯度求取密度的方法，對壓力計實測得的所有壓力數據進行了20m壓差計算，求取得到了各深度點的密度值，對所取得的密度值進行回歸分析，可以計算出每100m測井段的密度變化。

圖3是某井實測資料密度隨深度變化情況，該測量井段的密度變化每百米ρ為0.02g／cm3。

圖3 CO2密度隨深度變化情況

資料解釋方法的關鍵是質量流量與體積流量的換算：質量流量＝測量體積流量×ρ。

3 現場應用情況

應用CO2驅注入剖面測井方法在芳××試驗區及樹×××試驗區累計測井38井次，測井施工安全、成功率100%。從所測資料看，五參數吸氣剖面測井技術井溫曲線指示明顯，結合溫度拐點的情況，可定性分析吸氣層；脈沖中子氧活化測井技術完全可以錄取注液態CO2吸氣剖面資料，反映井下信息更精細。

芳186-×××井是芳××試驗區1口注CO2井，為了解該井分層注入情況，2009年4月、2009年7月分別進行了五參數注入剖面測井、脈沖中子氧活化測試。

3.1 五參數吸氣剖面測井資料分析

芳186-×××井測井前已經連續配注入10個月，注入井狀態穩定。為了解注氣井壓力、溫度變化情況及各小層的吸氣情況，2008年10月17日對芳186-×××井進行五參數注入剖面測試，測試期間總體動態情況為注入壓力16MPa，注入量90m3／d，解釋成果見圖4。

從圖4可以看出，芳186-×××井采用了完井管柱置于井底、射孔層上一配的籠統注入方式。此時所測壓力響應正常，流量曲線除在一配處有明顯拐點外，在射孔層處無明顯響應，即僅憑流量曲線無法定量解釋。分析溫度曲線，發現對應射孔層井溫響應明顯，最后結合溫度拐點的情況，定性分析認為FI42、FI61、FI7層吸氣。

圖4 芳186-×××五參數吸氣剖面測井儀解釋成果圖

應用五參數吸氣剖面測井儀進行了26井次的測試，發現在CO2呈超臨界流體的條件下，在139.7mm套管內，井溫曲線指示明顯，結合溫度拐點的情況，可定性分析吸氣層；磁定位射孔層顯示不清楚，無法作為校深依據；測試曲線顯示起伏幅度大且重復性差，解釋困難。

3.2 脈沖中子氧活化測井資料分析

2009年7月9日對芳186-×××井進行了脈沖中子氧活化測試，解釋成果見圖5。通過測試，得到了該井分層吸入量的定量解釋結果，與五參數吸氣剖面測井儀應用井溫定性解釋結果基本一致。

圖5 芳186-×××脈沖中子氧活化測井解釋成果圖

應用脈沖中子氧活化測井儀進行了12口井的測試，發現在CO2呈超臨界流體的條件下，在139.7mm套管內，高流量時成峰效果好；低流量時成峰較為發散，其峰位特征不完全符合正態分布，有輕微的拖尾現象；由于受儀器源距的限制，氧活化測井儀的測量下限為10m3／d。

4 結 論

（1）針對CO2驅井的注入剖面測井，首先應確保密閉，GSFP6-70防噴裝置密封方式有手動密封和注脂液壓密封2種方式能滿足要求；在測試時準備甲醇或柴油，測前先加入防噴管內，防止液體CO2返入防噴管，降低水合物形成的幾率。

（2）從目前試驗初期來看，注入井皆采用籠統注入方式，脈沖中子氧活化測井技術完全可以錄取注液態CO2吸氣剖面資料，反映井下信息更精細，為資料的綜合分析和解釋提供了條件。

（3）從所測資料統計分析，五參數吸氣剖面測井技術井溫曲線指示明顯，結合溫度拐點的情況，可定性分析吸氣層；脈沖中子氧活化測井技術可以定量給出各層的吸入量，但低流量時成峰較為發散，其峰位特征不完全符合正態分布，有輕微的拖尾現象由于受儀器源距的限制，氧活化測井儀的測量下限為10m3／d。

[1]余曉愛.超臨界流體技術的原理及其應用[EB／OL].http：∥www.docin.com／p-496630655.html，2012-10-12.