CN101270658A - 相关流量注入剖面测试方法及施工工艺 - Google Patents

Abstract

一种相关流量注入剖面测试方法，将具有一定聚合特性的示踪剂释放到注水井的油管里，流经偏心配水器时部分示踪剂随水通过水嘴流到油套管环形空间进入注水层，当示踪剂释放到油管后，把带有两个探测器的仪器迅速下放至示踪剂要流经的位置，当油套管环形空间的示踪剂流经两探测器时，上下两个探测器测到相应的变化信号；在另一部分示踪剂随水在油管内继续下行过程中同样在上下两个探测器上测到变化信号，测井曲线上出现两次波峰，利用示踪剂的良好聚合特性及油管内流态变化小的特点，加之示踪剂流经测井仪与油管环形空间面积小、流经的时间短、产生波峰宽度窄，从而叛断出油管内测试峰值和油套管环形空间峰值，舍去油管内测示峰值，利用示踪剂流经上下探测器时间可计算、流速截面已知，通过相关运算方法计算出单层注水流量。

Description

相关流量注入剖面测试方法及施工工艺

一、技术领域

本发明涉及一种用放射性相关测量的方法对油田配注井进行分层测量的相关流量注入剖面测试方法及施工工艺。

二、背景技术

在注入剖面测井领域中，对注入井进行测量的主要测井手段是涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、靶式流量计、同位素示踪测井和中子氧活化测井。其中前四种测井方法主要用于对笼统注入井的测量(不包括喇叭口上部有吸水层的情形)，目前这几种方法应用最多的是电磁流量计，这种仪器具有较宽的测量范围和较高的测量精度，其测量下限可达1m³/d。其余三种方法也具有较高的测量精度，但是这几种方法都不能对配注井进行分层测量。

目前，能够对配注井分层注水量进行测量的主要方法是同位素示踪测井和中子氧活化测井。同位素示踪测井应用较多，但是随着油田的开发，由于长时间受水体的冲刷，在井内射开地层部位形成大孔道，当同位素示踪剂到达后直接进入地层深处，使同位素示踪测井曲线异常显示减弱，造成解释误差。另外，此方法还受到深穿透射孔、压裂、沾污、窜槽、漏失以及注聚井流体粘度的影响，同样会使测井结果的准确性受到很大影响，所以对这部分井来说，同位素示踪测井已经不能满足注入剖面测井的需求。中子氧活化测井是近期开发出来的新测井方法，这种方法能够对油管外的分层注水量进行准确测量，已经在油田上得到了广泛的应用，但是这种方法的测量下限较高(为10m³/d左右)，而且测试成本较高，使其应用规模受到一定的限制。

在国外，配注井的测量仪器也仅限于斯仑贝谢公司和俄罗斯鞑靼石油公司的氧活化测井仪。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种相关流量注入剖面测试方法及施工工艺，解决上述已有技术中存在的的问题。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：

1、本发明的基本原理

当示踪剂靠近探测器时，探测器会产生相应的输出信号，如果具有一定移动速度的示踪剂经过具有一定距离的两个探测器时，那么在两个探测器上就会按照先后顺序产生各自的输出信号，如图1所示。由于两个探测器的间距很小，所以两个探测器在输出曲线上应该具有很好的相似性，近似地认为两探测器的输出信号是相同的，只是其中一路信号相对于另外一路延迟了一定的时间，这一延迟时间可以用相关算法计算出来，由于两个探测器的间距是一定的，从而容易计算出示踪剂的移动速度。

2、本发明的测试方法

将具有一定聚合特性的示踪剂释放到注水井的油管里，示踪剂随着水流一起向下运移，流经偏心配水器时部分示踪剂随水通过水嘴流到油套管环形空间进入注水层，当示踪剂释放到油管后，把带有两个探测器的仪器迅速下放至示踪剂要流经的位置，当油套管环形空间的示踪剂流经两探测器时，上下两个探测器测到相应的变化信号；在另一部分示踪剂随水在油管内继续下行过程中同样在上下两个探测器上测到变化信号，测井曲线上出现两次波峰，利用示踪剂的良好聚合特性及油管内流态变化小的特点，加之示踪剂流经测井仪与油管环形空间面积小、流经的时间短、产生波峰宽度窄，从而叛断出油管内测试峰值和油套管环形空间峰值，舍去油管内测示峰值，利用示踪剂流经上下探测器时间可计算、流速截面已知，通过相关运算方法计算出单层注水流量；如图2所示，本发明的示踪剂是采用钡131同位素。

示踪剂由钡131同位素和硅胶在常温常压配制而成，其重量份数比为钡131同位素∶硅胶＝40-50∶30-55。

3、本发明的相关信号的获得及运算

上、下探测器的输出经电路处理后可输出随机流动噪声信号x(t)和y(t)。如图1所示，当被测流体在管道内作稳定流动时，随机流动噪声信号x(t)和y(t)可以分别看作是来自各态历经的平稳随机过程x_k(t)和y_k(t)的两个样本函数。由于示踪剂具有很好的聚合特性，所以满足上述条件，既示踪剂的流动满足“凝

固”模型，即两探测器的输出信号是相同的，只是其中一路信号在时间上延迟了τ₀

x(t)＝y(t+τ₀)(1)

即：

式中τ₀就是流体从上探测器运动到下探测器的时间，称之为渡越时间。随机流动噪声信号x(t)和y(t)信号之间的渡越时间是通过互相关运算得到的，这也就是相关法测量的含义所在。x(t)和y(t)的互相关函数Rxy(τ)可由下式求得：

$R_{\mathrm{xy}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}x\left(t\right)y(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}---\left(2\right)$

将式(1)代入式(2)可得：

$R_{\mathrm{xy}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}x\left(t\right)x(t+\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_0)\mathrm{dt}=R_{\mathrm{xx}}(\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_0)---\left(3\right)$

R_xx(τ)为自相关函数，R_xx(τ)定义为：

$R_{\mathrm{xx}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}x\left(t\right)x(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}---\left(4\right)$

由自相关函数的性质可知：当τ＝0时Rxy(τ)取得最大值。故当τ₀时Rxy(τ)取得最大值，即x(t)和y(t)的互相关函数峰值所对应的τ值就是流体流经上探测器到下探测器的渡越时间。根据随机过程理论可知，互相关函数是两随机过程相关性的描述，对上、下信号作互相关运算实际上就是在不同的延时值下比较两信号波形的相似程度，从而求出渡越时间。

τ₀的求取采用相关运算的方式，相关运算是工程上常用的算法，这种方法可以准确地计算出两路相似波形延迟的时间。这也是本项目命名为相关法测量的含义所在。

4、本发明的施工工艺

通过一段时间的现场试验，摸索出了一套可行的现场测井工艺，测井考虑到了所有的井下情况，主要分以下两种情况：

(a)、对未下封隔器单层注水或多层注水从油管上返到油套管环形空间上返再进入注水层的井的测量是先往油管里投示踪剂，再从油管里下测井仪，速度要小于示踪运移的速度，把测井仪下到注水层以下位置，等待示踪剂上返到测井仪的位置，通过测井仪上的上下探测器进行由下而上逐层测量下。

(b)、对下封隔器，下配水器配注井测量是先往油管里投放示踪剂，如果配水器是在被测注水层以下时，测试方法与第一种测试方法相同；如果配水器是在被测注水油层以下时要把测井仪下放到被测注水油层的上方适当位置，下放测井仪的速度要大于示踪剂的运移速度，以免示踪剂在仪器到达之前就流过探测器的位置，导致探测不到信号；在进行测量时，要有足够的测量时间，测量时间要大于设定最小测试流量3m³/a的流经时间。

本发明与与已有技术相比有以下优点：

1、本发明主要是针对常规的同位素示踪测井受大孔道、沾污等影响而不能完全满足油田开发需要的问题提出的。目的是通过该方法的研究进一步提高配注井吸水剖面的测量精度，为配注井注入剖面测井提供一种新的测试方法，更好地满足油田开发需要。

2、此方法不受到深穿透射孔、压裂、沾污、窜槽、漏失以及注聚井流体粘度的影响，测井结果具有较高的的准确性。适合于配注井、笼统注入井以及笼统注入条件下的上返井的测量。另外从现场试验效果看该方法尤其适用于对低注入量井的测量。

3.测量范围较宽，为3m³/d～200m³/d；

4.仪器的重复性好、可靠性高、测井成功率高；

5、仪器成本相对较低，适合大面积推广应用。

6、配注井放射性相关方法采用在注入流体中人为添加示踪剂，通过测量示踪剂的流动速度确定分层注入量的方法。这种方法可以使仪器探测到油套空间的示踪物质，解决了同位素沾污等问题，实现了分层注入量的定量测量，提高了测量精度。示踪剂的示踪特性不受时间限制，而且仪器成本相对较低。

7、液相示踪剂具有良好的聚合性和稳定性，保证了探测器响应的相似性；与注入流体具有基本相同的密度，滑脱影响可以忽略不计。液相示踪剂的性能是实现该方法的关键。

8、在进行相关运算时，采用多次连续的相关波形，能够使运算结果更加准确，相关运算的区域更加容易确定。在不同的流量下采用分段速度校正，克服了由于管内流速剖面的影响，使得流量的计算更加精确。

四、附图说明

图1-本发明的测量原理示意图；

图2-油套管内都有示踪剂时对测示影响的原理图；

图3-示踪剂上返井测试工艺示意图；

图4-配注井测试工艺示意图；

图5-示踪剂上返井测试单峰曲线示意图；

图6-配注井被测层位在配水器之下时的测试双峰曲线示意图。

图中1-上探头2-下探头3-示踪剂4-上探头测试曲线5-下探头测试曲线6-油管7-注水层8-水嘴9-封隔器10-测井仪11-油套管环形空间

五、具体实施方式

为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图通过实施例作说细说明：

1、本发明的基本原理

当示踪剂靠近探测器时，探测器会产生相应的输出信号，如果具有一定移动速度的示踪剂经过具有一定距离的两个探测器时，那么在两个探测器上就会按照先后顺序产生各自的输出信号，如图1所示。由于两个探测器的间距很小，

所以两个探测器在输出曲线上具有很好的相似性，近似地认为两探测器的输出信号是相同的，只是其中一路信号相对于另外一路延迟了一定的时间，这一延迟时间可以用相关算法计算出来，由于两个探测器的间距是一定的，从而容易计算出示踪剂的移动速度。

2、本发明的测试方法

将具有一定聚合特性的示踪剂释放到注水井的油管里，示踪剂随着水流一起向下运移，流经偏心配水器部分示踪剂随水通过水嘴流到油套管环形空间进入注水层，当示踪剂释放到油管后，把带有两个探测器的仪器迅速下放至示踪剂要流经的位置，当油套管环形空间的示踪剂流经两探测器时，上下两个探测器测到相应的变化信号；在另一部分示踪剂随水在油管内继续下行过程中同样在上下两个探测器上测到变化信号，测井曲线上出现两次波峰，利用示踪剂的良好聚合特性及油管内流态变化小的特点，加之示踪剂流经测井仪与油管环形空间面积小、流经的时间短、产生波峰宽度窄，从而叛断出油管内测示峰和油套管环形空间峰值，舍去油管内测示峰质，利用示踪剂流经上下探测器时间可计算、流速部面截面已知，通过相关运算方法计算出单层注水流量；如图2所示，要发明的示踪剂是采用钡131同位素。

3、本发明的相关信号的获得及运算

上、下游探测器的输出经电路处理后可输出随机流动噪声信号x(t)和y(t)。如图1所示，当被测流体在管道内作稳定流动时，随机流动噪声信号x(t)和y(t)可以分别看作是来自各态历经的平稳随机过程x_k(t)和y_k(t)的两个样本函数。由于示踪剂具有很好的聚合特性，所以满足上述条件，既示踪剂的流动满足“凝

x(t)＝y(t+τ₀)(1)

固”模型，即两探测器的输出信号是相同的，只是其中一路信号在时间上延迟了τ₀即：

式中τ₀就是流体从上游探测器运动到下游探测器的时间，称之为渡越时间。随机流动噪声信号x(t)和y(t)信号之间的渡越时间是通过互相关运算得到的，这也就是相关法测量的含义所在。x(t)和y(t)的互相关函数Rxy(τ)可由下式求得：

$R_{\mathrm{xy}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}x\left(t\right)y(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}---\left(2\right)$

将式(1)代入式(2)可得：

$R_{\mathrm{xy}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}x\left(t\right)x(t+\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_0)\mathrm{dt}=R_{\mathrm{xx}}(\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_0)---\left(3\right)$

R_xx(τ)为自相关函数，R_xx(τ)定义为：

$R_{\mathrm{xx}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}x\left(t\right)x(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}---\left(4\right)$

由自相关函数的性质可知：当τ＝0时Rxy(τ)取得最大值。故当τ₀时Rxy(τ)取得最大值，即x(t)和y(t)的互相关函数峰值所对应的τ值就是流体流经上游探测器到下游探测器的渡越时间。根据随机过程理论可知，互相关函数是两随机过程相关性的描述，对上、下游信号作互相关运算实际上就是在不同的延时值下比较两信号波形的相似程度，从而求出渡越时间。

τ₀的求取采用相关运算的方式，相关运算是工程上常用的算法，这种方法可以准确地计算出两路相似波形延迟的时间。这也是本项目命名为相关法测量的含义所在。

4、本发明的施工工艺

通过一段时间的现场试验，摸索出了一套可行的现场测井工艺，测井考虑到了所有的井下情况，主要分以下两种情况：

(a)、对面下封隔器单层注水或多层注水从油管上返到油套管环形空间上返再进入注水油层的井的测量是先往油管里投示踪剂，再从油管里下测井仪的速度要小于示踪运移的速度，把测井仪下到注水油层以位置，等待示踪剂上返到测井仪的位置通过测井仪上的上下探头进行由下而上逐层测量下。

(b)、对下封隔器，下配水器配注井测量是先往油管里投放示踪剂，如果配水器是在被测注水油层以下时，测试方法与第一种测试方法相同；如果配水器是在被测注水油层以下时要把测井仪下放到被测注水油层的上方适当位置，下放测井仪的速度要大于示踪剂的运移速度，以免示踪剂在仪器到达之前就流过控头的位置，导致探测不到信号；在进行测量时，要有足够瞧的测量时间，测量时间要大于设定最小测试流量3m³/a的流经时间。

如图2所示本发明的设计思想就是将具有一定聚合特性的示踪剂3释放到油管6里，示踪剂将会随着水流一起运移，当其流经偏心配水器8时，一部分将会通过配水器流到油套空间11最后进入各个吸水层，当示踪剂被释放到井筒后，把带有两个探测器的测井仪器10迅速下放仪器至示踪剂3要流经的位置，当油套空间的示踪剂流经这两个探头1、2时，探测器就会有相应的变化信号，测出两条曲线4、5通过互相关运算的方法就可以计算出示踪剂流经上下探测器所用的时间，由于流速剖面的截面积是已知的，从而可以计算出流体的流量。本测井方法采用点测的方式，每个注水油层7位的注入量可以用递减法计算出来。

当示踪剂流经配水器时，有一部分经过水嘴流到油套空间，而另一部分将仍然留在油管内随着水流向下运移，这部分示踪剂同样会在探测器上产生输出信号，也就是说在测井曲线上会有两次波峰出现，但是由于示踪剂具有良好的聚合特性，而在油管内没有太大的流态的改变，所以在输出曲线上表现为明显的单峰。

又由于仪器和油管构成的环型空间截面积很小，示踪剂流经探测器所需要的时间相对很短，在波形上形成的波峰宽度很窄，所以通过峰值特征就可以区分出油管内峰和油套空间峰。图2是当油套空间、油管内都有示踪剂时的仪器响应原理图。

现场测试工艺是本测井方法的一个技术难点，需要解决两方面的问题：1)对测井时机的把握。当示踪剂被释放到井筒后，对于注入量较高的井，示踪剂会迅速随着水流向下运动，这时要迅速下放仪器，而且仪器的下放速度要大于水流的速度，否则就会追赶不上示踪剂而造成测井失败，所以对测井时机的把握十分关键。由于每口井的注入情况都有所不同，所以要探索如何在不同注入条件下测井把握好时机；2)由于每个密封层段，往往有多个吸水层位，如果每次释放示踪剂只能测量一个层，那么势必要多次起下仪器，使测井施工效率降低，另外，由于多次释放，在密封井段内会累积大量的示踪剂，会干扰其它层位的测量，所以要在施工工艺方面探索如何在一次释放示踪剂后，尽量多测些层位。

通过一段时间的现场试验，摸索出了一套可行的现场测井工艺，测井工艺考虑到了所有的井下情况，主要分以下两种情况：

1)对笼统注入条件下的上返井的测量，如图3；

2)对配注井的测量，如图4。

在本测井方法中，测井工艺至关重要。测井时要遵循这样的原则：采用与来水方向相反的测量顺序(来水方向是指油套空间相对于仪器停放的位置而言的来水方向，但不包括油管内的来水方向)，以避免由于前次测量残留的示踪剂顺水流下来导致对后面测点的影响；当油套空间与油管内水流方向相反时(如图3配注井中被测层位在水嘴之上时的情形)，仪器可以停在释放示踪剂的位置等待示踪剂的到达；当油套空间与油管内水流方向相同时(图4配注井中被测层位在水嘴之下时的情形)，要下放仪器到被测层位的上方适当位置，下放仪器的速度要尽可能快，以免示踪剂在仪器到达之前就流过探头停放的位置，导致探测不到信号；在进行测量时，要有足够的等待时间，等待时间要长于本测井方法的最小流量(3m³/d)所要等待的时间。另外，每次上井前要充分做好测井设计，对被测井的预施工方案做到心中有数。

当上返井以及配注井中的被测层位在配水器之上时的情形，测井曲线上只有单个波峰出现，如图5所示；当配注井中的被测层位在配水器之下时，如果被测层位有吸水，那么在测井曲线上要出现双峰，如图所示，图5、6所示的曲线均为实际测井曲线。

现场试验证明，该采用上述方法可以完成对配注井以及笼统注入条件下的上返井进行测量。

Claims (3)

1、一种相关流量注入剖面测试方法，其特征在于将具有一定聚合特性的示踪剂释放到注水井的油管里，示踪剂随着水流一起向下运移，流经偏心配水器时部分示踪剂随水通过水嘴流到油套管环形空间进入注水层，当示踪剂释放到油管后，把带有两个探测器的仪器迅速下放至示踪剂要流经的位置，当油套管环形空间的示踪剂流经两探测器时，上下两个探测器测到相应的变化信号；在另一部分示踪剂随水在油管内继续下行过程中同样在上下两个探测器上测到变化信号，测井曲线上出现两次波峰，利用示踪剂的良好聚合特性及油管内流态变化小的特点，加之示踪剂流经测井仪与油管环形空间面积小、流经的时间短、产生波峰宽度窄，从而叛断出油管内测试峰值和油套管环形空间峰值，舍去油管内测示峰值，利用示踪剂流经上下探测器时间可计算、流速截面已知，通过相关运算方法计算出单层注水流量。

2、根据权利要求1所述的相关流量注入剖面测试方法，其特征在于示踪剂由钡131同位素和硅胶在常温常压配制而成，其重量份数比为钡131同位素∶硅胶＝40-50∶30-55。

3、一种相关流量注入剖面测试方法施工工艺，其特征在于(a)、对未下封隔器单层注水或多层注水从油管上返到油套管环形空间上返再进入注水层的井的测量是先往油管里投示踪剂，再从油管里下测井仪，速度要小于示踪运移的速度，把测井仪下到注水层以下位置，等待示踪剂上返到测井仪的位置，通过测井仪上的上下探测器进行由下而上逐层测量下。

(b)、对下封隔器，下配水器配注井测量是先往油管里投放示踪剂，如果配水器是在被测注水层以下时，测试方法与第一种测试方法相同；如果配水器是在被测注水油以下时要把测井仪下放到被测注水油层的上方适当位置，下放测井仪的速度要大于示踪剂的运移速度，以免示踪剂在仪器到达之前就流过探测器的位置，导致探测不到信号；在进行测量时，要有足够的测量时间，测量时间要大于设定最小测试流量3m³/a的流经时间。

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