朱波,裴建亞,楊云杰,李婧

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司,黑龍江 大慶 163411)

0 引 言

油氣井生產(chǎn)過程中要通過監(jiān)測生產(chǎn)井段的混合流體流動剖面,了解各個儲層的生產(chǎn)狀況和變化動態(tài),為制定合理的開采方案和增產(chǎn)措施提供科學(xué)依據(jù)[1]。大慶長垣油田年注產(chǎn)剖面監(jiān)測比例分別為50%和10%,在油田開發(fā)過程中發(fā)揮了重要作用。然而,隨著油田開發(fā)的不斷深入,注入和產(chǎn)出井的流體分布和流體組成越來越復(fù)雜。從注入井看,注入介質(zhì)有水、聚合物、三元液及其混合液,注入量范圍15～400 m3,配注層段從籠統(tǒng)到8段配注,單段配注量5～100 m3,段內(nèi)流體向上運移距離0～40 m,段內(nèi)流體向下運移距離0～80 m,段內(nèi)平均層厚0.2～4 m,要監(jiān)測各個儲層的吸水狀況,面對的測量環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜。從產(chǎn)出井看,油井井下脫氣對產(chǎn)液剖面測井精度的影響較大,張繼成等[2-3]對水驅(qū)油田生產(chǎn)氣油比的主控因素及其影響規(guī)律研究表明,含水超過90%時,生產(chǎn)氣油比呈突然升高的趨勢,按目前流壓水平,大慶長垣油田的平均氣油比從45 m3/m3上升到65 m3/m3,兩相流測井技術(shù)測量的產(chǎn)液偏高,含水偏低,油水兩相流測井儀器已無法滿足要求,解決三相流油井的測量問題已經(jīng)無法回避[4],然而,目前常用的測井技術(shù)仍然是將三相流轉(zhuǎn)換為兩相流問題來解決,因此,不同井的產(chǎn)氣量估算對技術(shù)選擇尤為關(guān)鍵。

大慶油田注產(chǎn)剖面監(jiān)測技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展,已經(jīng)形成獨具特色的測井系列。各種測井技術(shù)都有其測量范圍優(yōu)勢和局限性[5],而長垣油田注水井達(dá)到3.1萬口,產(chǎn)出井6萬余口,因此,監(jiān)測對象與監(jiān)測技術(shù)合理匹配是特高含水后期注產(chǎn)剖面測井面臨的重要問題。

在注產(chǎn)剖面監(jiān)測技術(shù)優(yōu)化選擇方面,沒有相關(guān)研究,但針對應(yīng)用目的的測井項目優(yōu)化選擇有相關(guān)報道。張美玲等[6]針對復(fù)雜巖性模式識別問題,依據(jù)構(gòu)建識別模型的集合內(nèi)均勻度參數(shù)及集合間距離參數(shù),實現(xiàn)復(fù)雜巖性集合判別中測井項目優(yōu)化選擇技術(shù);楊萱[7]針對中低滲油藏剩余油飽和度監(jiān)測問題,對比研究了現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)與儀器裝備的性能指標(biāo),同時考慮脈沖中子、非彈性散射與地層中元素的相互作用的特性,提出了適用于不同油藏地質(zhì)特點的剩余油飽和度監(jiān)測系列優(yōu)化方案。呂秀梅等[8]針對查套變、查竄漏及指導(dǎo)修井等具體工程問題,總結(jié)形成與檢測技術(shù)特點有機結(jié)合的技術(shù)優(yōu)選方法。本文研究監(jiān)測對象的特點,通過分析大量歷史注產(chǎn)剖面測井資料,結(jié)合現(xiàn)場試驗和測井技術(shù)的性能指標(biāo),構(gòu)建了基于注入井和產(chǎn)出井特征的監(jiān)測技術(shù)優(yōu)選樣本,采用決策樹技術(shù),形成注產(chǎn)剖面測井技術(shù)優(yōu)選模型。

1 注入剖面測井技術(shù)優(yōu)選方法

1.1 常規(guī)注入剖面測井技術(shù)選擇

籠統(tǒng)正注水井注入量小于60 m3/d采用集流式電磁流量、外流式電磁流量、同位素五參數(shù)、雙示蹤注入剖面組合測井工藝;注入量大于60 m3/d采用外流式電磁流量、氧活化測井、同位素五參數(shù)、雙示蹤注入剖面組合測井工藝;籠統(tǒng)正注聚合物、三元液井注入量小于60 m3/d采用集流式電磁流量、外流式電磁流量、雙示蹤注入剖面組合測井工藝;注入量大于60 m3/d采用外流式電磁流量、氧活化測井及雙示蹤注入剖面組合測井工藝。

籠統(tǒng)注水上返井注入量小于60 m3/d采用同位素五參數(shù)、雙示蹤注入剖面組合測井工藝;注入量大于60 m3/d采用氧活化測井、同位素五參數(shù)測井、雙示蹤注入剖面組合測井工藝;籠統(tǒng)注聚合物、三元上返井注入量小于60 m3/d采用雙示蹤注入剖面組合測井工藝;注入量大于60 m3/d采用氧活化測井、雙示蹤注入剖面組合測井工藝。

分層注水井注入量小于60 m3/d采用同位素五參數(shù)、雙示蹤注入剖面組合測井工藝;注入量大于60 m3/d采用氧活化測井、同位素五參數(shù)測井、雙示蹤注入剖面組合測井工藝;分層注聚合物、三元井注入量小于60 m3/d采用雙示蹤注入剖面組合測井工藝;注入量大于60 m3/d采用氧活化測井、雙示蹤注入剖面組合測井工藝。

1.2 注入井特征參數(shù)

常規(guī)注入剖面測井技術(shù)的選擇主要依據(jù)注入量、驅(qū)替類型、注入方式3個條件,技術(shù)選擇過于籠統(tǒng)。比如,籠統(tǒng)正注條件下,注入量大于60 m3/d的井對應(yīng)的技術(shù)多達(dá)4種,針對性不強;1口井注入量70 m3/d,可以選擇氧活化測井,但是其中1個配注段吸水40 m3/d,段內(nèi)有3個層,流體運移經(jīng)過的第1個層吸水30 m3/d,根據(jù)氧活化的測量下限,第2個層以上或以下的層測量結(jié)果則沒有吸入量,氧活化測井技術(shù)不適用,如果流體運移經(jīng)過第1個層吸水10 m3/d,第2個層吸水30 m3/d,氧活化測井技術(shù)適用。

因此,系統(tǒng)地考慮1口注入井所有的屬性特征,除上述3個條件外,還有注水壓力、注入母液量、層段配注量差異、層段個數(shù)、流體向上運移最大距離和層段數(shù)、流體向下運移最大距離和層段數(shù)、流體向上運移經(jīng)過的小層數(shù)和小層平均厚度、流體向下運移經(jīng)過的小層數(shù)和小層平均厚度等,表1為A開發(fā)區(qū)部分井的數(shù)據(jù)。

1.3 注入剖面測井技術(shù)優(yōu)選方法

選用的監(jiān)測技術(shù)必須能夠反映各小層的吸水狀況,在此基礎(chǔ)上,考慮測井儀器的性能指標(biāo),達(dá)到儀器性能與注水井特點的最佳匹配效果。技術(shù)選擇原則:①監(jiān)測技術(shù)要適應(yīng)管柱和地層配置關(guān)系等注入井特點;②監(jiān)測技術(shù)以少投入多產(chǎn)出為經(jīng)濟原則,監(jiān)測花費時間要最短;③能簡單不復(fù)雜,適合連續(xù)測量盡量不點測。

根據(jù)該原則,分析4 300口歷史測井資料,篩選出實際測井效果好的資料,結(jié)合特殊注水井情況的測井現(xiàn)場試驗,給出單井適應(yīng)的監(jiān)測技術(shù)。由于考慮的注入井屬性特征參數(shù)有13個,很難在2D空間上分類建立應(yīng)用圖版,指導(dǎo)其他井的技術(shù)選擇。

表1 注入井屬性特征

圖1 注入剖面測井技術(shù)優(yōu)選決策樹模型

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的決策樹分類是一種較好的方法,決策樹是在已知各種情況發(fā)生概率的基礎(chǔ)上,通過構(gòu)成決策樹求取凈現(xiàn)值的期望值大于等于0的概率,判斷其可行性的決策分析方法,是直觀運用概率分析的一種圖解法。在機器學(xué)習(xí)中,決策樹是一個預(yù)測模型,它代表的是對象屬性與對象值之間的一種映射關(guān)系[9-10]。研究建立4 300口監(jiān)測對象和監(jiān)測技術(shù)對應(yīng)的樣本集,通過決策樹技術(shù),形成了注入剖面測井技術(shù)優(yōu)選模型(見圖1),最終根據(jù)注入井的驅(qū)替方式、注入量、配注層段數(shù)、單層平均厚度等特征,確定了優(yōu)選注入剖面測井技術(shù)的單井特征參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。表2為結(jié)果精度評價。從表2可以看出,總體精度為97.3%,Kappa系數(shù)為0.873 6,基于決策樹的注入剖面技術(shù)優(yōu)選方法具有比較好的效果。

表2 注入剖面測井技術(shù)優(yōu)選決策樹模型精度評價

2 產(chǎn)出剖面測井技術(shù)優(yōu)選方法

2.1 常規(guī)產(chǎn)出剖面測井技術(shù)選擇

對于水驅(qū)產(chǎn)出井油水兩相,全井含水率低于50%采用同軸線相位測井工藝;高于50%采用阻抗式產(chǎn)出剖面和電導(dǎo)相關(guān)測井工藝;含水率高于80%主要采用電導(dǎo)探針、電磁流量及分流法高分辨率含水率測井工藝。油氣水三相全井產(chǎn)液小于20 m3/d采用分離式容積法三相流產(chǎn)出剖面測井工藝;全井產(chǎn)液大于20 m3/d,含水率低于50%采用同軸線相位組合壓差式密度測井工藝;高于50%采用阻抗式產(chǎn)出剖面和電導(dǎo)相關(guān)組合壓差式密度測井工藝;含水率高于80%主要采用電導(dǎo)探針、電磁流量及分流法高分辨率含水率組合壓差式密度測井工藝。

對于聚驅(qū)和復(fù)合驅(qū)產(chǎn)出井,油水兩相全井含水率低于50%采用同軸線相位測井工藝;含水率大于50%采用阻抗及電導(dǎo)相關(guān)測井工藝;含水率高于80%采用電磁流量測井工藝。油氣水三相全井產(chǎn)液小于20 m3/d采用分離式容積法三相流產(chǎn)出剖面測井工藝;全井產(chǎn)液大于20 m3/d,含水率低于50%采用同軸線相位組合壓差式密度測井工藝;高于50%采用阻抗式產(chǎn)出剖面和電導(dǎo)相關(guān)組合壓差式密度測井工藝;含水率高于80%主要采用電磁流量及分流法高分辨率含水率組合壓差式密度測井工藝。

2.2 產(chǎn)出井特征參數(shù)

研究表明,監(jiān)測對象的井下脫氣狀況嚴(yán)重。根據(jù)不同流壓下產(chǎn)氣估算情況(見圖2),按照平均流壓3.8 MPa估算,脫氣>5 m3/d的井,占比21.6%,脫氣>7 m3/d的井,占比14.3%。常規(guī)產(chǎn)出剖面測井技術(shù)的選擇依據(jù)產(chǎn)液量、含水2個條件,已經(jīng)不能滿足監(jiān)測技術(shù)的選擇。在缺少三相流測井技術(shù)條件下,不可能同時考慮產(chǎn)氣和不考慮產(chǎn)氣2種測井技術(shù)進行現(xiàn)場測井。因此,系統(tǒng)考慮1口產(chǎn)出井的屬性特征,還應(yīng)考慮流壓(產(chǎn)氣量),表3給出了A開發(fā)區(qū)部分井?dāng)?shù)據(jù)。

圖2 不同流壓下產(chǎn)氣估算

2.3 產(chǎn)出剖面測井技術(shù)優(yōu)選方法

選用的監(jiān)測技術(shù)必須能夠反映各小層的產(chǎn)出狀況且測量精度最高,因此,技術(shù)選擇原則:①監(jiān)測技術(shù)要適應(yīng)油井的產(chǎn)氣特點;②監(jiān)測技術(shù)要適應(yīng)不同井的氣量范圍。根據(jù)該原則,分析4 800口歷史測井資料,篩選出實際測井效果好的資料,結(jié)合各類監(jiān)測技術(shù)的性能指標(biāo)和測井現(xiàn)場試驗,給出單井適應(yīng)的監(jiān)測技術(shù)。與注入剖面技術(shù)選擇一樣,通過決策樹技術(shù),形成了產(chǎn)出剖面測井技術(shù)優(yōu)選模型(見圖3),最終根據(jù)產(chǎn)出井的產(chǎn)液、含水、流壓(產(chǎn)氣)等特征,確定了優(yōu)選產(chǎn)出剖面測井技術(shù)的單井特征參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。從表4的結(jié)果精度評價可以看出,總體精度為95.7%,Kappa系數(shù)為0.951 0,基于決策樹的產(chǎn)出剖面技術(shù)優(yōu)選方法也具有比較好的效果。

建立的測井技術(shù)優(yōu)選決策樹模型都需要不斷修正。決策樹本身是機器學(xué)習(xí)的一種方法,要讓模型判斷結(jié)果準(zhǔn)確,需要不斷增加樣本,這就要求在實際測井過程中遇到特殊類型的井況,必須記錄下井況參數(shù)和適應(yīng)的監(jiān)測技術(shù),通過優(yōu)化調(diào)整,使模型適用范圍更廣。

3 應(yīng)用情況

根據(jù)建立的注產(chǎn)剖面測井技術(shù)優(yōu)選決策樹模型,在B聚驅(qū)區(qū)塊進行了現(xiàn)場試驗。技術(shù)優(yōu)選前,氧活化測井、示蹤相關(guān)測井技術(shù)占比分別為80.3%、19.7%,監(jiān)測資料在開發(fā)調(diào)整和措施中的直接應(yīng)用比例為80%,技術(shù)優(yōu)選后,氧活化測井、示蹤相關(guān)測井、電磁流量測井技術(shù)占比分別為25.7%、63.4%、5%,監(jiān)測資料在聚驅(qū)調(diào)剖、提濃、降濃、壓裂等調(diào)整和措施中,直接利用比例為90%,監(jiān)測技術(shù)選擇更加適應(yīng)單井特點,取得的監(jiān)測資料更反映單井吸水剖面特征。整個區(qū)塊綜合調(diào)整后,注入壓力緩慢上升,注入量保持穩(wěn)定,連通采出井含水回升速度和產(chǎn)量遞減均得到控制。

圖3 產(chǎn)出剖面測井技術(shù)優(yōu)選決策樹模型

表4 產(chǎn)出剖面測井技術(shù)優(yōu)選決策樹模型精度評價

4 結(jié) 論

(1) 結(jié)合現(xiàn)場試驗結(jié)果和測井技術(shù)性能指標(biāo),建立基于監(jiān)測對象特征的注產(chǎn)剖面技術(shù)優(yōu)化選擇決策樹模型,實現(xiàn)了監(jiān)測技術(shù)與監(jiān)測技術(shù)的合理匹配。

(2) 建立的測井技術(shù)優(yōu)選模型需要不斷增加樣本,通過優(yōu)化調(diào)整,使模型適用范圍更廣。