专利名称:确定注蒸汽断面的方法
本发明一般涉及热力强化采油。更具体些说，本发明是提供一种准确求出在注蒸汽井中注蒸汽断面的方法和仪器。
在原油开采中，往往发现原油太粘滞，需要向石油储油层注入蒸汽。理想的情况是，石油储油层完全是均匀的，而且蒸汽能均匀地进入到储油层的所有部分。但是，经常发现，情况不是这样，而是蒸汽有选择地进入小部分储油层，而且有效地绕过储油层的其它部分。最后发生“蒸汽突破”，从而大部分蒸汽流绕过大部分石油储油层，由注入井直接进入开采井。
可以用各种补救措施克服这个问题，例如用堵塞注入井某些部分的方法。其实施例，参见美国专利第4，470，462和4，501，329号(此二专利已转让给本发明的代理人)。但是，建立这类补救措施，需要确定储油层的那些部分可选用来承受注蒸汽。通常这是一个难题。
已有人提出了关于确定注入蒸汽如何在井身中分布的各种方法。Bookout综合了确定注蒸汽断面的成熟方法(“在注蒸汽期间注入井的吸收断面”，SPE论文号801-43C，1967年5月3日)，并将其中的通用部分引用于本发明中作参考。
这些方法中首要且广泛采用的，是通称为“深井流量计测量”的方法。将装有自由旋转叶轮的测井仪放在井身中，当蒸汽通过叶轮时，叶轮以一定的速率旋转，速率的快慢取决于蒸汽的速度。叶轮的旋转被变换成电讯号，通过测井电缆将其转送到地面，被记录在记录仪纸带或其它的记录仪器上。
正如熟悉本技术的人员所熟知的，这类深井流量计大大地受注入井中蒸汽质量的影响，以致得到不可靠的或不能用任何方法解释的结果。
放射性示踪测量的方法也用于许多场合。对于这种方法，曾经用甲基碘(131)示踪气相，碘化钠示踪液相。在注入井和蒸汽发生器之间，将这种放射性碘注入蒸汽。示踪剂与蒸汽一道沿管下移，直至达到地层为止，示踪剂在地层面上暂时滞留数分钟。在注入示踪剂之后，立即进行典型的γ-射线测井记录。然后，井中任一点所纪录的γ-射线强度被认为是与该点的蒸汽注射量成正比的。
对于烷基卤(甲基碘、甲基溴和乙基溴)或元素碘作气相示踪剂已有不同描述。业已发现，上述物质会进行化学反应，以致明显影响测量结果的准确性。
因此，希望开发一种求出注蒸汽井注蒸汽断面的高度准确方法。
为了确定甲基碘用作气相示踪剂的效果，进行了最常用的放射性示踪剂的现场试验。结果表明，在注入后不久就有较大百分数量的甲基碘分解成液溶性组分。
此外，还认为，当用元素碘以及除甲基碘外的烷基碘时，会产生较大的测量误差。采用先有技术示踪剂的另一些误差，是认为示踪剂“沉积”在地层并认为γ-射线的强度是与在一定深度下的流量成比例造成的。
因此，我们设计了一种采用改进示踪剂和液体与蒸汽实际的速度来确定在注蒸汽井中蒸汽断面的方法。将装有温度和(或)压力测量仪表和两台γ-射线检测器的测井仪置于注入井中，然后作温度和(或)压力测井记录，以确定蒸汽和液体的密度。然后将两台γ-射线测井仪放置在规定深度的地层中。在测定进入井内的蒸汽的重量流率和质量之后，在井口将液相示踪剂和热稳定的、辐射过的气相示踪剂注入流动的蒸汽中，并记录检测器的输出，以计算在两台检测器之间的转移时间。在井身不同的部位重复施行上述步骤，以获得注入断面。
另一方面，这种改进的液相示踪剂或气相示踪剂可与传统的深井流量计测量合起来使用，以便既可确定液相断面又可确定气相断面。
图1表示使用甲基碘测量时γ-射线检测器的输出值。
图2是在第一个最佳实施方案中所用的方法和设备的流程图。
出人意料的发现是，注入注蒸汽井中的甲基碘，于一般的注入井条件下于10秒钟内，约有89%进行了水解。在现场试验中，将甲基碘注入井中，并约在10秒钟内行至地层。γ-射线检测器的输出中(如图1所示)显示两个明显的峰。一个是气相中甲基碘的特性峰(峰A)，另一是在液相中的分解产物的特性峰。计算此两峰线下的面积所得结果表明，在液相中有89%的甲基碘。注意，峰B表明液体信号有强的分散性。
本发明的发明者认为，甲基碘和其它的烷基卤示踪剂在注蒸汽井中，在示踪剂达到地层所需的时间内，按下列反应进行降解
由于HI和HBr具有高的溶解度和低的蒸汽压，从而使反应产物实际上全部平衡到蒸汽的液相内。此外，HI和HBr是强酸，而蒸汽的液相是强碱性的，因此HI或HBr一经平衡到液相内，便全转化成水溶性盐。所以，当部分烷基卤气相示踪剂在井内降解(水解)时，蒸汽的液相也被可示踪。当所有的气相示踪剂都已水解时，实际上只有液相可以被示踪。这类问题使其实际上不可能求出准确的注入断面。
因此，设计了一种确定注蒸汽井的注蒸汽断面的改进方法和设备。图2是第一最佳实施方案的方法和设备的流程图。用蒸汽发生器1制造蒸汽，然后通过管3将蒸汽注入注蒸汽井2，然后经过孔段5进入石油地层6。实现本发明要点是维持相对不变的蒸汽的速率和质量。因此，在施行本方法之前，必须使条件稳定。用在井口的流率和质量测量仪器12测定蒸汽的重量流率和质量。
开始，用测井仪4求出温度断面和(或)压力断面，以便能由蒸汽表确定蒸气和液体的密度。然后，将测井仪放回孔段5的底部。然后将一部分液相示踪剂7注入蒸汽管线9。在最佳实施方案中，该相示踪剂是元素碘131或碘化钠。注入的量要够以使r-射线检测器易于检测。此量是可变的，主要取决于蒸汽流率和蒸汽质量，但为熟悉此技术的人员能容易地算出。
测井仪4是本技术常用的一种型式的测井仪，并装有二γ-射线检测器10。用仪器和记录仪器11记录部分示踪剂通过两个检测器10之间距离所需的过渡时间。然后将在井身中的测井仪向上移，并重复上述步骤。
在收集到用液相示踪剂的数据之后，将测井仪放回孔段的底部，并使用热稳定气相示踪剂8，重复上述步骤。在最佳实施方案中，气相示踪剂8是氪85、氩、氙133或其它辐射过的热稳定气体。
对于在孔段中各测点的蒸气和液体流率;现在可分别用下列诸公式求得VV= (L)/(TV) (1)VL= (L)/(TL) (2)式中VV＝蒸气速度;
VL＝液体速度;
L＝两台检测器10之间的距离;
TV＝蒸汽过渡时间;
TL＝液体过渡时间。
由简单的物料平衡还可求得W＝〔ρVαVV+ρL(1-α)VL〕A (3)式中W＝在各测点测得的重量流率;
A＝用现用的测井仪校正了的井身横截面积;
ρV和ρL＝气相和液相的密度(由测井温度和测井压力，或由两者确定的)α＝井下孔隙率。
由式(3)求α得α =WA- ρLVLρVVV- ρLVL]]>(4)然后，可用下式计算孔段顶部(即管子的尾端)的井下蒸汽质量X= (ρVαVV)/(ρVαVV+ρL(1-α)VL) (5)式中x＝孔段顶部上面的蒸汽质量;
α可由式(4)求得，其中W为在井口测得的蒸汽流率。
现在可以从孔段顶部开始确定蒸汽断面和液体断面。由于进入井的总重量流率是已知的，因此在孔段顶部(用测点“1”表示)的蒸汽和液体的流率可由下式算得WV1＝(W)(x) (6)WL1＝(W)(1-x) (7)式中WV1＝测点1的蒸汽重量流率;
WL1＝测点1的液体重量流率。
在测点1和测点2之间离开井身的蒸汽和液体的量，现在可由下式求得
WWV1=WV1[1-( (α2)/(α1) (TV1)/(TV2) )] (8)WWL1=WL1{1-[ ((1-α2))/((1-α1)) (TL1)/(TL2) ]} (9)在测点2的蒸汽和液体的重量流率，现在可由下式求得WV2＝WV1-WWV1WL2＝WL1-WWL1上述的计算方法现在可用于井身中已测得数据的每一个测点。一般说来，在测点i和测点(i+1)之间进入地层的蒸汽和液体的量，可由下式求得WWVi=WVi{1-[ (αi+1)/(αi) (TVi)/(TV(i+1)) ]} (10)WWLi=WLi{1-[ ((1-α(i+1)))/((1-αi)) (TLi)/(TL(i+1)) ]} (11)作为上述方法的一种代替方法，是用单一的示踪剂(用于蒸汽或液体，如上所述)与熟悉此技术人员所熟知型式的深井流量计测量相结合的方法。在此方法中，可用深井流量计测得在孔段中任一规定点的总重量流率。然后，可用简单的物料平衡式找出沿孔段的断面。在此方法中深井流量计的转数可用下式表示rps＝f(WV，WL，X) (12)式中
rps＝深度流量计的转数WV＝蒸汽流率;
WL＝液体流率;
X＝蒸汽质量。
用示踪剂的测量结果算出一相的流率(WV或WL)。然后用式(12)算出另一相流率(WL或WV)。采用上述的蒸汽或液体示踪剂。
必须明白，列举上述实施方案是为了进行说明，而不是限制。例如，可改变上述的步骤，为此，本发明的范围不受上述实施方案的限制，而代之以本发明的权利要求
以及与此等同的范围。
权利要求
1.一种确定注蒸汽井中液相和气相蒸汽断面的方法，该方法包括以下步骤(a)将一台测井仪放入注蒸汽井中的第一测点上，该测井仪还装有两台γ-射线检测器；(b)测量进入注蒸汽井内的蒸汽重量流率和质量；(c)将辐射过的液相示踪剂注入蒸汽井内；(d)用上述测井仪测量液体过渡时间；(e)将辐射过的、热稳定的气相示踪剂注入注蒸汽井内；(f)用上述测井仪测量蒸汽的过渡时间；(g)将上述测井仪移到第二测点上；(h)重复步骤(c)、(d)、(e)和(f)；(i)根据上述进入井中蒸汽的重量流率、液体过渡时间和蒸汽过渡时间，计算进入在上述第一、二测点之间的地层的蒸汽量和液体量。
2.根据权利要求
1所述的方法，其中所述的热稳定气相示踪剂选自辐射过的氩、辐射过的氪或辐射过的氙。
3.一种测定注蒸汽井中液相和气相蒸汽断面的方法，该方法包括以下步骤(a)将测井仪放入注蒸汽井中;(b)测量进入注入井的蒸汽的重量流率;(c)使用注蒸汽井孔段的深井流量计测量在第一测点的蒸汽重量流率;(d)将热稳定气相示踪剂注入蒸汽井中;(e)确定在第一测点的蒸汽过渡时间;(f)在第二测点上重复步骤(c)、(d)和(e);(g)根据在上述第一和第二测点进入井中蒸汽的重量流速、上述重量流率、在上述第一和第二测点的蒸汽过渡时间，计算在上述孔段中的不同测点进入地层的蒸汽量和流体量。
4.根据权利要求
3所述的方法，其中所述的热稳定气相示踪剂选自辐射过的氩、辐射过的氪或辐射过的氙。
专利摘要
一种确定蒸汽井注入断面的改进方法和设备。测量进入井的蒸汽的重量流率和质量。再用测井仪测量井孔段内的温度和/或压力断面。液相示踪剂与蒸汽一道注入井内。用测井仪的两台γ-射线检测器测量示踪剂的过渡时间。再以此法加入气相示踪剂。液、气相示踪剂是放射性碘或碘化钠、氪、氩或氙。用物料平衡式算出蒸汽和液体断面。在第二法中是用深井流量计和单一示踪剂来进行测量的。所得的结果可测蒸汽和液体的流速，计算出注入蒸汽的断面。
文档编号E21B47/11GK87108005SQ87108005
公开日1988年8月3日 申请日期1987年11月25日
发明者坦·古元, C·布伦特·达温波特 申请人:切夫尔昂研究公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan