《注入剖面》PPT课件

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注入剖面测量原理同位素示踪注入剖面测井信息处理注入剖面综合分析注蒸汽剖面测量注聚合物剖面测量第八章注入剖面测井 1950~1970年，主要采用井温法定性确定注水剖面，之后采用涡轮流量计和放射性同位素示踪测井测注水剖面资料，三十多年的实践证明，示踪测井是确定注水剖面的有效方法。示踪注水剖面测井是在注水井正常注水的情况下将放射性同位素示踪剂注入到井内。随着注入水的流入，示踪剂滤积在注水层的岩石表面上，然后用自然伽马测井仪测取示踪曲线，曲线上显示出的放射性强度的差异显示了注入量的大小，通过对比注入示踪剂前后测得的自然伽马曲线，即可得出各注水层的注水量。第一节注水剖面测量原理一、注水剖面测量回顾 注水通常采用笼统注水和分层注水两种方式，不同的注水方式应配以不同的注水管柱，注水施工分正注和反注两种，正注是将水从油管中注入的方式，反注是将水从油套环形空间注入的方式，注入过程中使示踪剂随注入水进入井内，滤积在注水层的表面，通过测示踪剂的放射性强度确定注入剖面，因此示踪剂测井可分为正施工和反施工两种。注水管柱结构及施工测井示意图分别如下：笼统注水管柱结构示意图1—油管；2—喇叭口二、注水管柱种类及施工方法 笼统注水正施工测井示意图笼统注水反施工法测井示意图 分层配水管柱结构示意图1—油管；2—偏心配水器；3—封隔器；4—浮子式洗压凡尔分层配注井正施工测井示意图 设示踪剂载体均匀地滤积在射孔井段的地层表面上，单位面积上附着的放射性同位素为q克，每克放射性同位素平均每秒钟发射个伽马光子。定义深度方向为纵向，以Z表示，D表示井轴中线上探测器的位置，井壁上ds面积元在纵向上的坐标为Z(如图)。由推导可以得到：上式说明，测井曲线上的面积增量与单位面积附着的同位素量成正比，与地层厚度成正比。而吸水量与成正比。（8—6）吸水量推导图三、注水量与滤积示踪剂的关系 把含放射性同位素示踪剂的悬浮液从井口注入管道加入，在油套环形空间以紊流状态的注入水里混合均匀，接着由后续的注入水推向地层。将全部示踪悬浮液挤入地层后所需的注水量Q可用下式表示：式中Q——后续注水量，m3；Q0——第一个吸水层段顶至井口油、套环形空间水的体积，m3；S0——油、套管环形空间的截面积，m3；hn——第n个吸水层顶面至第n+1个吸水层底面的距离，m；n——第n层的吸水百分比。（8—7）四、清水驱替剂量1.笼统套注 同位素示踪剂由井口注水管道加入或由井下释放器释放，与水混合成悬浮液，由后续注入水推向油套环形空间。将全部悬浮液挤入地层所需的后续注水量为：式中Q—悬浮液后续注水量，m3；QA—油管内从井口至尾部的体积，m3；Q0—油管尾部至由井底向上数第一个吸水层底面油管与套管环形空间的体积，m3；h'n-1—由井底向上数第n-1层底面至n层顶面的距离，m；'n—第n层注水百分比；SO—油套环形截面积，m2。（8—8）2.油管内注入 同位素示踪剂进入分层配注油管内，与以紊流方式流动的注入水形成悬浮液。在后续注入水的推进下，进入配注层段，首先按配注层段配水嘴的大小，进行第一次分配，进入油管与套管环形空间；相继开始第二次按配注层段中各层的吸水能力分配吸水量，将悬浮液推向地层。悬浮液挤入地层所需的清水由三部分组成:(1)把示踪剂从释放点推到分层配水管柱中第一个偏心配水器之间的体积：（8—9）3.分层配注管柱内注入 3.分层配注管柱内注入(2)把示踪剂悬浮液全部推出配注管柱进入油套环形空间：(3)将配注段油管套管环形空间的示踪剂悬浮液推向注水地层：（8—10）（8—11） 所选择的放射性同位素的半衰期一般为其使用周期的(1/4~1/3)倍。选择放射性同位素载体的原则是：载体要有较强的吸附性或结合能力，保证高压注入水冲洗不产生脱附现象。颗粒直径必须大于地层的孔隙直径，保证注水过程中同位素载体挤不进地层。密度合适，下沉速度远小于注入水在井筒内的流速，保证示踪剂能在注入水中均匀分布。单位重量的载体运载的同位素要尽可能多，同时载体应具备稳定的物理和化学性质，以使射孔孔眼处滤积的载体不影响地层的吸水能力。载体要具有足够的表面活性，不沾污井筒及有关装置和仪器。五、同位互及载体的选择 解释前，要了解本次施工的目的、注水井的人工井底、砂面、桥塞深度、射孔深度、注水管柱结构、封隔器位置、偏心配水器位置、喇叭口深度和配水嘴尺寸等资料。同时要了解注入方式（正注反注），从井口倒入还是井下释放、释放深度、对应注入层的生产井的情况、地层连通情况等。在测井曲线方面，要了解在该井中测得的综合测井曲线、固井质量图、射孔校深曲线。第二节同位素示踪注水剖面测井信息处理一、解释前的准备工作 1.分层注水强度：单位有效厚度的日注水量2.分层注水指数：单位压差下的日注水量二、常用的基本概念 示踪剂沾污在井筒管柱的某些部位，导致示踪曲线上产生一些与注水量无关的假异常的现象称为放射性“沾污”。从形成的原因划分，分为吸附沾污和沉淀沾污两大类。校正响应曲线如图8-13所示：图中H为放射源的长度，n为计数率，曲线１、2、3、4、5、6、7分别表示距源处距离为3.65cm、6.2cm、7cm、9.5cm、11.5cm、13.5cm、15.5cm处的计数率，对应的七个位置分别为油管外壁、套管内壁、套管外壁、地层四个位置处的数值。之后再计算出相应状态下的响应曲线的面积比值，即为不同沾污类型的校正系数图8-13筒状环n—H响应三、沾污类型及校正系数 对校正过的沾污面积进行归位计算时，根据注水管柱结构，将归位模型分为笼统注水和分层注水两大类。１、笼统注水根据水流方向，层间沾污的分配只分配给其上各层。沾污面积对t层的分配的表示式为：（8—25）四、沾污面积分配及计算方法 2、分层配注（1）注水井的底部和注水层的顶部，归位算法与笼统注水算法相同（2）配水器在几个注水层之间首先根据沾污类型将各种沾污面积校正到地层条件下的注水面积。计算方法如下式中S—层段内上、下注水层上的异常面积与消除沾污校正后的面积之和；S1、S2—上段各注水层的异常面积；A—偏心注水消除沾污校正后的面积；Ai—第i层消除沾污后的面积，i—第层的相对注水量。（8—31） 3、封隔器沉淀沾污校正当偏心配水器在注水层位之上时，封隔器的沉淀沾污应与偏心配水器的沾污一起校正到每个注水层。当偏心配水器在几个注水层之间时，封隔器的沉淀沾污只分配给偏心配水器与封隔器之间的注水层。4、解释步骤a.绘制自然伽马基线及示踪测井曲线叠合图。b.划分注水层并计算沾污面积。c.划分沾污井段，分段计算沾污面积。d.判断沾污类型，并进行消除沾污面积的校正。e.若为分层注水，则按照消除沾污校正的原则进行沾污校正，并将沾污校正面积归位，再依次计算各注水层的面积。f.计算各注水层段的面积之和，求各层的相对吸水量和注水强度。 注水井中，由于注水层温度长期受低温注入水温度的影响，进水层与非进水层在温度曲线上存在明显差异。一般情况下，井温曲线要与同位素曲线同时使用。图8—19用井温曲线分析示踪测井曲线的异常显示第三节注入剖面综合分析一、注水井井温测试 用以提高注水剖面测井解释精度。测井曲线包括示踪和流量两类曲线。利用流量计分析结果，可以了解注入水在油管中的分层配注去向，示踪方法可以了解各小层的具体注入量。如图8-20所示：图8—20流量计----示踪测井综合注水剖面测井图二、注水井井中涡轮流量计测试 注入蒸汽是在锅炉内定压加热产生的。水蒸汽的PV关系图如图8—22。饱和水线和饱和蒸汽线将P-V图分成三个区域：饱和水线Kb以左为不饱和水；干饱和蒸汽线Kc以右为过热蒸汽区；Kb与Kc之间为水与蒸汽共存的区域，即湿蒸汽区。湿蒸汽是饱和水与饱和蒸汽的混合物，其温度为相应压力下的饱和温度。图8—22水蒸汽的PV图第四节注蒸汽剖面测量一、水蒸汽的性质1.水蒸汽的产生 水蒸汽的状态参数通常包括蒸汽压P、比容V、蒸汽温度t、焓h、熵S0、内能（=h-PV）。（1）饱和水与干饱和蒸汽状态参数的确定在定压下把1千克水从0℃加热到饱和水状态所需的热量在定压下由0℃升高到饱和温度时，熵的变化为：干饱和蒸汽的焓和熵分别为：2.水蒸汽性质的计算 （2）湿蒸汽状态参数的确定湿蒸汽部分为饱和水，部分为饱和蒸汽，因此令x为湿蒸汽干度则湿蒸汽状态参数为 实际注蒸汽时，蒸汽是通过油管进入井底，然后进入地层的。油管的外部为隔热绝缘层，绝缘层的外部为环形空间，空间中充满饱和水或湿蒸汽，环形空间外部为套管，套管外面为水泥环，水泥环外面为地层。因此，单位长度上从油管传向地层的热流量（热损失）应是通过各层热流量上热流的串联，即式中Ts是油管中蒸汽的温度，Ta是地层温度，r为半径，为总的传热系数，hn是总的热阻的单位为m·℃/w。（8—56）（8—55）二、蒸汽在井筒中的热损失 （1）油管的热阻（2）水泥环热阻（3）地层热阻（4）环形空间热阻（8—59）（8—60）（8—63）（8—61）1.各单元热阻的计算 （1）油管外不加隔热层a.油套环形空间为液体时b.油套环形空间为气体时c.油套环形空间为蒸汽时(8—64)(8—66)2.套管温度的计算 (2)油管外加隔热层a.环空流体为液体时b.环形空间为气体时c.环形空间为蒸汽时(8—68)(8—71)(8—74) （１）选取20个左右的深度点，对每一个点计算单位长度上的热损失（２）计算累计热损失i=1,2,⋯⋯，N(N为资料点数）(8—75)（8—76）3.热损失计算 式中x1、xi分别为井口、第i点的蒸汽干度；h1(1)、h1(i)分别为井口、第i点的蒸汽潜热；hw(1)、hw(i)分别为井口及第i点的饱和水的焓。则进入地层的总热量为：(8—79)(8—80)4.计算蒸汽干度变化 聚合物驱油的作用是利用聚增加水溶液的粘度，减小流度比，扩大体积波及系数，达到提高原油采收率的目的。采收率（ER）与驱替效率（ED）及体积波及系数（EV）的关系为：第五节注聚合物剖面测量一、聚合物驱油原理 用能量大于10Mev的快中子照射聚合物中，流体中的活化氧产生氧的放射性同位素16N，放射-射线后衰减，半衰期为7.13S。衰减过程中放出高能射线，16N衰变过程放射出射线能量为6.13Mev。仪器包括一个脉冲中子发生器和三个自然伽马探测器，包括远近两个探测器，另外一个安装在遥测电子线路短节上。源距分别为2.54cm，5.08cm和38.1cm。测量时，可以得到三个独立的测量结果。注入井中，探测器位于源的下方。生产井中测量时，探测器置于源的上方。二、氧活化法确定注聚合物剖面1.氧活化测量原理 测量时，可以记录多个周期以提高测量精度。记录到的信号是由背景、固定氧和流动氧组分的线性组合。采用最小加权二乘法进行处理，计算背景计数率C1、数据开始时的固定计数率C2及总流动信号C3；总流动信号求出之后，利用其峰值可以确定平均流动时间，之后即可求出流速。2.测量信号数据处理 在139.7mm套管和孔隙度为30%且充满淡水的砂岩地层中，用脉冲中子仪器模拟测量响应。水的通道是紧靠套管外侧内径为76.2mm的管子，用一个刻度过的流量计测量管内水的流动速度。图8-27、8-28是用10S活化期的远探测器的测出的总流动信号结果(实线为理论响应);图8-30中，给出的是管外水流动的实验结果;图8-31是可探测到的套管外流动的最小面积实验结果。3.活化测量实验 图8—27对静态氧信号估算过高导致5到15英尺/分一段的观测误差。图8—28静态氧分量压缩为150计数/周期。 图8—30最小可检测窜槽尺与流速的关系 图8—31最小可检测流量与流速成的关系 测量前要对仪器进行刻度,还要了解套管的型号、中子输出水平、仪器方向、流动区域（套管内外），并选择活化时间（2秒或10秒）。如果测量目的是监测管外窜槽，要求仪器定点居中对着目的层15分钟，观察远探测器的时间计数率，可对仪器作业情况进行监视。同时从GR探测器可以观察高速流动，因此也应观察GR测量信号，资料处理后，确定是否有流动存在，若探测到低速流动，要重复测量，之后进入下一测点。对于正常的显示，建议应用远探测器和GR探测器。在流量很小的情况下，要求同时采用近探测器（L=1ft）和远探测器（L=2ft）进行资料处理。不能只用近探测器资料确定有无流动，因为井眼区域内温度变化引起的对流对近探测器响应影响较大。3.现场测量 图8-32是一口水平井，图8—33在该井中进行的两次WFL测量的结果。图8-32一口水平测井示意图图8—33一口水平井中进行的两次WFL测量4.测井实例 电磁流量计的基本结构是一个电磁铁，当聚合物以一定速度通过磁铁的N极和S极时，将产生一个频率信号，频率大小与流量相关；如图8-34所示。由于不象涡轮流量计一样有叶片存在，因此电磁流量计不受粘度变化的影响。图8-34电磁流量计的实验响应三、电磁流量计