生产测井技术进展(III)

生产测井技术的进展 一、水平井生产测井技术 二、流动成像测井技术 三、非稳定流动测井分析技术 四、测井综合评价剩余油技术 五、测井技术发展动向 主要内容 一、水平井生产测井技术 测井技术的应用范围 水平井完井类型 水平井生产测井工艺 水平井生产测井响应 水平井生产测井的特殊问题 一是完井多为裸眼或筛管 ， 井壁条件复杂； 二是流动截面上重力分异 ， 流体分布复杂； 三是井眼上 、 下倾斜多变 ， 流体流动复杂 。 二、流动成像测井技术 成像测井的 技术实质： 运用一个物理可实现系统 完成被测量物场某种特性分布的 成像测井的 技术特点： 采用阵列式探头实现对被测物场非线性测量 采用图像显示有助分析人员的直观形象思维 成像测井的 测量系统： 数据采集 + 数据处理 + 图像重建 + 图像分析 多相流动成像测量系统 流体剖面数字图像分析仪（ 多相流动电磁波成像测井方法研究 物理基础： 水与油气的导电和介电性质差异 测量原理： 在油井混合流体中激发电磁场 利用环状阵列电极扫描测量 测量信号： 复电压 幅度、相位 测量横截面 电极 时谐场的矢量波动方程： 理论研究的突破和结论： 油井中并不存在严格意义下的截止状态，可以传播高频或低频电磁波。 导波的衰减和相移除与电磁波的角频率 有关外，主要取决于井内流体介质的电性参数。 21 21 i 油井中电磁波传播特性分析 物理模型 数学模型 波动方程 : 场假设下 : 测量响应 12345678910111213141516主发射电极聚焦电极聚焦电极测量电极接地电极接地电极0)()()( *22 0)(* r,(),(,( 流动成像测量方法设计 问题变分 单元划分 : d z d () (21)( 222* 0:1:)() (21)(:3122* d z d 问题变分 单元划分 dx )()()(21)( 222 - 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 10 20 30 40 50 0- 4 0- 3 0- 2 0- 1 001020304050 . 0 500 . 0 50 . 10 . 1 50 . 20 . 2 50 . 30 . 3 50 . 40 . 4 50 . 50 . 5 50 . 60 . 6 50 . 70 . 7 50 . 80 . 8 50 . 90 . 9 51- 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 10 20 30 40 50 0- 4 0- 3 0- 2 0- 1 001020304050 . 0 500 . 0 50 . 10 . 1 50 . 20 . 2 50 . 30 . 3 50 . 40 . 4 50 . 50 . 5 50 . 60 . 6 50 . 70 . 7 50 . 80 . 8 50 . 90 . 9 51- 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 10 20 30 40 50 0- 4 0- 3 0- 2 0- 1 001020304050 0 50 . 10 . 1 50 . 20 . 2 50 . 30 . 3 50 . 40 . 4 50 . 50 . 5 50 . 60 . 6 50 . 70 . 7 50 . 80 . 8 50 . 90 . 9 51- 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 10 20 30 40 50 0- 4 0- 3 0- 2 0- 1 001020304050 . 0 500 . 0 50 . 10 . 1 50 . 20 . 2 50 . 30 . 3 50 . 40 . 4 50 . 50 . 5 50 . 60 . 6 50 . 70 . 7 50 . 80 . 8 50 . 90 . 9 51- 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 10 20 30 40 50 0- 4 0- 3 0- 2 0- 1 001020304050 . 0 500 . 0 50 . 10 . 1 50 . 20 . 2 50 . 30 . 3 50 . 40 . 4 50 . 50 . 5 50 . 60 . 6 50 . 70 . 7 50 . 80 . 8 50 . 90 . 9 51- 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 10 20 30 40 50 0- 4 0- 3 0- 2 0- 1 001020304050 . 0 500 . 0 50 . 10 . 1 50 . 20 . 2 50 . 30 . 3 50 . 40 . 4 50 . 50 . 5 50 . 60 . 6 50 . 70 . 7 50 . 80 . 8 50 . 9. 9 51无聚焦电极情形 有聚焦电极情形 测量电磁场模拟计算 测量敏感场模拟计算 6种典型测量组合计算结果 流动成像测量探头设计 测量探头由 3个环状电极阵列组成， 第 2个为测量电极环， 1、 3为屏蔽电极环， 测量环电极与屏蔽电极环间距 2 三个环状电极阵列的电极数目相等，均有 16个电极，且电极彼此相同。 屏蔽电极结构 屏蔽电极为矩形电极， 采用导电性能好、 耐腐蚀的导电材料制作。 量过程中在主发射电极发送时谐电流的同时， 选择其上下左右 4个电极同时发射同幅度、电位的时谐电流， 同时对接收电极相邻的电极（包括上下左右 4个电极）接地处理。 聚焦电极发射电极 接收电极接地电极接地电极聚焦电极 聚焦电极组合 测量 探头 流动模拟装置 控制 电路 激发仪器 测量仪器 流动成像测量物理模拟实验 图像重建算法 数学模型 离散简化 id x d 88,2,1(),(;,(),( x d x d x d ,(;,(),(),(;,(),(),(;,(),(88218821(;()()(;()()(;()( 测量敏感区域确定 基于正演模拟结果确定敏感 区域，并将函数离散化。 物场敏感系数计算 88次测量的敏感区域 敏感区域为弧线带 s i ns i ns i ns i ns i ns i ns i ns i ns i n图像滤波处理 )Y(w a t e r )Y( oi lg/g/ha s e 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 10 20 30 40 50- 5 0- 4 0- 3 0- 2 0- 1 001020304050图像滤波处理效果对比 离散介质分布模型 （浅蓝色部分为水， 红色部分为油 ） 核心流模型 油相贴壁模型 综合分布模型 层状流体模型 弧线反投影图像重建 光滑图像 30水 6矿化度水 改进的 3矿化度水 3水 3矿化度水 6水 6矿化度水 3水 油相面积计算值 /油相贴壁模型 综合分布模型 核心流模型 油相面积计算结果与实际值对比图 油相面积实际值/、非稳定流动测井分析技术 技术问题 我国 80%以上的油井采用杆式泵抽油生产， 井内流体呈现非稳定流动状态。 目前测井解释是建立在稳定流动假定之上， 解释误差较大、可靠性差，亟待研究解决。 研究思路 首先依据流体动力学理论，结合抽油井生产工况，研究井内流体非稳定流动机理和特征； 其次分析非稳定流动的测井响应特征，研究测井数据读值和处理方法； 然后建立测井解释模型，提出抽油井产液剖面测井解释新方法。 抽油生产工况 上冲程： 上冲程是泵内吸入液体， 而井口排出液体的过程。 泵吸液的条件是泵内 压力低于沉没压力。 下冲程： 下冲程是泵向油管内 排液的过程。 泵排液的条件是泵内压力 高于活塞以上的液柱压力。 悬点 )c o A A s i nA c o 悬点运动规律 非稳定流动特征分析 抽油井液面反映出井底压力变化 Q = K ( = K ( 采油指数 油层中部的流动压力 （ H L） h 非稳定流动测井响应特征 上冲程 渐增大，近似正弦曲线的 /2周期。 下冲程 渐减小，近似于一指数衰减曲线。 非稳定流动分析模型 一维连续波方程 式中 表示浓度， j 表示流率。 活塞上冲程 V = (a/b) 2 r 活塞下冲程 V = c V j ) （非稳定流动速度计算方法 停抽取值法 平均取值法 面积取值法 非稳定流动分析取值法 选取一分钟内数个冲程波动读数的平均值， 乘以 2/作为非稳定流涡轮转数的代表读数。 油田实际测井资料解释 不同分析方法解释结果比较 分析方法 产量误差 含水率误差 (%) 绝对误差(m3/d) 相对误差 (%) 非稳定流 积取值 均取值 、测井综合评价剩余油技术 注水未波及到低渗夹层、或水绕过的低渗带中的剩余油 地层压力梯度小、油不能流动的滞留带内的剩余油 钻井时未被钻遇的透镜体中的剩余油 小孔隙中，原油受毛管力束缚不易流动形成剩余油 以薄膜状形式存在于地层岩石表面的剩余油 局部不渗透遮挡层内的剩余油 分布特征 地质成因 开发成因 生产状况 未动用或基本未动用 1 差油层或不属开发层系 2 透镜状或条带状砂体 3 层间非均质 4 低渗、低压、敏感性储层 1 未列入开发方案 2 井网控制不住 3 多层合采层间干扰 4 油层污染损害严重 1 无吸入、无产出 2 采收率低 3 高渗层吸水多、采收率高 4 吸入、产出少到无 平面剩余油滞留区 1 条带状或不规则状砂体 2 油层平面非均质 3 封闭性断层附近 4 无井的构造高部位处 5 微构造高点 6 主砂体侧缘 1 注采系统不完善 2 注入水沿高渗带绕流 3 封闭断层对流体渗流阻挡 4 注入水从低部位绕 流 5 注入水驱替不到 6 注入水绕流 1 采收率低 2 不同渗透率带差异大 3 剩余油富集、采收率低 4 基本处于原始状态 5 驱替效率低、采收率低 6 吸水少、产量低、采收率低 油层内未动用剩余油 1 储层层内非均质 2 储层流体非均质 1 注入水沿高渗段绕流 2 注入水沿油质好部位绕流 1 层内差异大 2 原油性质差部位采收率低 微观剩余油 1 岩石润湿性 2 储层毛管力 1 油湿小孔隙水驱差 2 注入水优先沿大孔隙渗流 1 与毛管力、压差有关 2 与大孔隙分布有关 剩余油分布及成因分析一览表 评价方法 所用主要资料 剩余油分布形式 优点 缺点 影响因素 裸眼 测井 裸眼测井、岩心分析、地层水分析 单井纵向 8点 /米 井剖面测井时刻的剩余油、精度较高 难将测井时刻剩余油向外推延 水淹后储层、流体、测井特征变化，评价模型精度 套管 测井 套管测井 ()、 裸眼测井 单井纵向 8点 /米 多次测量 ， 得到井点纵向随时间变化剩余油分布 存在理论误差 、 受孔隙度限制 地层岩性 、 井筒附近污垢及测量环境 生产测 井 产液剖面 、 裸眼测井 、岩心及流体分析 射孔部位剩余油平均值 井点生产层剩余油动态平均值 持水率数据在高含水情况下误差较大 套管质量、流速 吸水剖面 、 产液剖面 、裸眼测井 、 射孔资料 定性、井点附近、层平均值 定性评价 、 对流量进行精确匹分 受管外串槽影响 地层孔隙结构与放射性颗粒匹配关系、管外污垢 井间监测 井间示踪、裸眼测井、地质模型 井间、定性、层平均值 可多次测量，不受地层水矿化度影响。 不能确定层内具体部位的剩余油 储层连通性 动态 分析 生产动态 ， 流体性质 、储层物性 、 生产和裸眼测井 井点或生产层平均值 确定生产井任意时刻剩余油总体分布 多层合采时产层流量匹分较难 储层物性变化 、 流量匹分精度 数值 模拟 地质模型 、 生产动态 、流体性质 、 射孔层段 、相渗资料 研究层位剩余油平面分布 任一时间模拟层网格剩余油平面平均值 突出高渗段渗流和水 运动 流量匹分 、 地质模型及动态变化 、 网格剖分 、相渗类型划分 随机模拟 井点剩余油饱和度、地质模型 某时刻剩余油平面分布 方法简单 ， 所用资料较少 只能确定某时刻的剩余油分布 提供的井点剩余油饱和度精度 、 随机模拟方法 剩余油综合评价方法比较 综合表皮系数确定 生产测井 裸眼测井 套管饱和度测井 生产动态 岩心分析 成因分析 微观驱油机理 岩电实验 水驱油实验 岩心观察 地质控制因素 水淹层变化特征及定性识别 不合适 流体分析 裸眼测井评价模型 生产测井评价模型 套管测井评价模型 单井纵向储层参数及剩余油分布 渗透率级差界限确定 启动压力梯度 流量匹分 相渗类型划分及处理 地质模型 流体参数确定 剩余油动态预测模型 流量校正 剩余油分布评价 应用检验 合适 不合适 合适 不合适 合适 测井评价剩余油研究技术路线 储层特征分析 不同水淹时期泥质含量分布 不同水淹时期粒度中值分布 储层参数 随水淹程度加深变化规律 高渗带 低渗带 岩性参数 泥质含量 减少 基本不变 粒度中值 增大 物性参数 孔隙度 小幅度增大 渗透率 疏松储层增大幅 度大 相对渗透率 等渗点右移 粘土矿物 减少 岩石润湿性 逐渐变为亲水 地层温度 降低 地层压力 不均匀、复杂 储层参数基本变化规律 水驱前后孔喉半径中值与渗透率关系 水驱前后孔喉特征分布 051015200 500 1000 1500注入倍数（P V ）吸水、吸油量（%）样品1：吸 油量样品1：吸 水量样品2：吸 油量样品2：吸 水量岩石润湿性随注入倍数变化关系 流动单元划分 101 59 9 . 9 59880502050 . 0 15累计概率(%)F Z I 有效储层 利用累积频率、正态检验、聚类分析和误差分析划分流动单元类型。 11010010001000010000010 20 30 40 50P or os i t y ( % )不同流动单元孔、渗关系图 , 8 8 6 1 3 7 统计模型 (不同水淹时期、不同层位评价模型不同 ) 水淹层测井评价模型 10 基于储层性质评价模型 基于储层流体性质评价模型 )l n (0l n (wi 束缚流体饱和度评价模型 10 3 3 4 水驱油模型 )(w im i 当 )10w 0w m ( 22(212/)( 2通过有限边界处理、动态模型参数调整 剩余油动态预测模型 试验区 块地质概况 沉积环境：水下三角洲； 物性：中高孔、中低渗； 平行于断层走向储层连通性好；由构造高部位向低部位连通变差。 属反向屋脊式断块层状油藏，受边界断层控制的多套油水及压力系统。 共分为 46个小层，地层厚度约 180480m。 79年采用合注合采投入开发。到 2002年 8月，用于开发的总井数 184口。 剩余油测井预测结果 剩余油分布特征描述 构造高部位和局部断 层影响水动力滞留区 注采井网不完善造成 的剩余油富集区 平面非均质较强区域 主力砂体展布侧缘 初产情况 目前 剩余油饱和度（ % ） 井号 投产日期 层位 深度段（ m ） 产层厚度（ m ） 层数 日产液（ t/d ） 日产油（ t/d ） 含水率（ % ） 含水率（ % ） 测井解释 预测值 绝对误差 8 6 . 6 2 4 9 0 . 1 3 . 5 1 6 3 . 5 5 6 2 . 3 6 1 . 1 9 1 4 . 1 2 5 1 6 . 6 2 . 5 1 3 7 . 6 1 3 1 . 5 3 6 . 0 8 C 2 5 - 35 2 0 0 2 . 4 . 2 6 1 8 . 6 2 5 2 0 . 1 1 . 5 1 1 5 . 1 9 . 3 3 8 . 5 4 1 . 7 51 . 3 4 5 8 . 2 1 - 6 . 8 7 8 6 . 1 2 4 9 1 . 4 3 . 4 2 5 5 . 8 9 5 7 . 4 2 - 1 . 5 3 C 6 5 - 45 2 0 0 2 . 5 . 4 9 7 . 9 2 5 0 8 . 2 5 . 8 4 1 4 . 2 7 . 3 4 8 . 7 6 6 . 7 7 2 . 5 1 6 7 . 5 7 4 . 9 4 3 4 . 8 2 5 3 7 . 5 2 . 7 1 3 3 . 4 5 3 7 . 9 3 - 4 . 4 8 4 6 . 4 2 5 5 2 . 5 4 . 9 2 5 2 . 3 4 4 7 . 8 0 4 . 5 4 5 6 . 8 2 5 6 2 . 7 5 . 9 2 3 8 . 9 3 3 9 . 7 8 - 0 . 8 5 C 2 5 - 41 2 0 0 2 . 6 . 1 8 6 6 . 6 2 5 6 8 . 4 1 . 8 1 3 1 . 2 0 . 9 9 7 . 1 ( 转注 ) 3 9 . 2 6 3 8 . 1 1 1 . 1 5 1 2 . 6 2 5 2 0 . 6 7 . 2 2 7 4 . 5 9 7 0 . 5 1 4 . 0 8 C 2 5 - 3 2 0 0 2 . 9 . 1 6 4 2 5 2 3 . 9 1 . 5 1 1 6 . 3 1 4 . 4 1 1 . 7 1 1 . 7 5 9 . 7 4 6 3 . 7 7 - 4 . 0 3 1 1 . 8 2 4 1 5 . 4 3 . 6 1 4 6 . 6 5 4 7 . 6 1 - 0 . 9 6 N 2 5 - 29 2 0 0 2 . 9 . 1 7 2 5 . 5 2 4 2 7 . 5 2 . 0 1 2 4 . 6 0 . 2 9 9 . 2 9 6 . 9 5 8 . 7 4 5 9 . 8 2 - 1 . 0 8 C 6 5 - 28 2 0 0 2 . 9 . 1 3 7 8 . 6 2 3 8 7 . 9 6 . 5 3 5 . 9 2 . 1 6 4 . 4 6 4 . 4 6 5 . 6 7 5 9 . 8 7 5 . 8 1 8 . 0 2 4 1 9 . 1 1 . 1 1 4 3 . 8 7 4 2 . 1 7 1 . 7 3 1 . 6 2 4 3 8 . 6 3 . 8 2 4 5 . 8 7 3 9 . 6 9 6 . 1 8 7 9 . 8 2 4 8 1 . 5 1 . 7 1 3 5 . 6 7 3 9 . 1 4 - 3 . 4 7 C 6 5 - 41 2 0 0 2 . 8 . 1 3 8 9 . 3 2 4 9 2 . 6 3 . 3 1 2 0 . 5 0 . 3 9 8 . 5 ( 转注 ) 3 9 . 5 9 3 7 . 0 5 2 . 5 4 C 6 5 - 46 2 0 0 2 . 8 . 1 7 6 6 . 1 2 4 6 9 3 . 4 1 1 4 . 3 9 . 4 3 4 . 3 2 . 3 7 9 . 3 2 7 6 . 5 2 . 8 2 剩余油测井评价结果与调整井试油、生产动态数据对比 剩余油饱和度：最大绝对误差为 平均绝对误差为 五、测井技术发展动向 测量方法： 以成像测量为代表的非线性测量方法 以频谱能谱为主要内容的谱测量方法 测量技术： 以随钻测井为代表的适时测量系统 以随采测井为目标的实时监测系统 解释技术： 以 以多学科结合为特征的测井综合评价技术 五、测井技术发展动向 测量方法： 以成像测量为代表的非线性测量方法 以频谱能谱为主要内容的谱测量方法 测量技术： 以随钻测井为代表的适时测量系统 以随采测井为目标的实时监测系统 解释技术： 以 以多学科结合为特征的测井综合评价技术 to of on in as K to at of 过套管井地层电阻率一直是国外大型测井公司竞相发展的高新技术 , 现在随着电子技术的进步与套管测量地层电阻率相关的大量设计和测量难题已被解决。斯伦贝谢的 可以用于 寻找未动油气 测试分两步 , 第一步测量泄露到地层中的电流造成的电压降和套管上的电压降之和 ; 第二步测量套管电阻率造成的电压损失。 to of on in as K to at of 斯伦贝谢公司通过对其过套管电阻率测井仪器 推出了一种测速较快的 斯伦贝谢的 100m, 纵向分辨率为 定点测速为 10m/h。而改进后的 1m/h73m/h, 额定温度和压力分别为 300 5000对于 不必单独测量套管电阻率补偿量 , 测量时间减半 , 减少了下井次数 , 费用降低 , 而且测量精度相对更高。 在井眼规则水泥胶结质量好的井中应用效果良好。 to of on in as K to at of 新型的脉冲中子测井仪包括了过去的中子 寿命测井仪 , 碳氧比测井仪和元素测井仪的一 部分功能 , 是目前在套管井中评价储层含油饱 和度的最有效办法 , 现阶段国外的发展趋势是 缩小仪器直径 , 采用高效晶体和多个探头 , 以 及一支仪器兼容多种测量功能。将仪器通过油管下入井内 , 在套管内可以 测定剩余油饱和 度 , 评价油层水淹情况 , 还可以测得地层孔隙 度等地层参数。 to of on in as K to at of 哈里伯顿公司也在 2001推出了其原先的 储层监测仪( 的改进型 , 称为 仪器直径 54能穿过约 60 晶体 , 置于保温瓶中 , 光电倍增管与较近的警惕相距约 与较远的晶体相隔61仪器有三种工作模式 : ( 1) 在非弹性或 C/ 仪器不但提供用于解释含油饱和度的 C/a/ 还提供地层俘获截面 , 用于水流探测的氧活化 , 用于孔隙度计算的计数率比值 , 以及元素俘获产额。 to of on in as K to at of ( 2)仪器还有优先测量水流速度的 能谱水流仪 可进行连续和脉冲氧活化测量 , 还通过记录能谱来区分水流与仪器的距离 ( 或判断水流与仪器隔一层还是两层管柱 ) , 在多水流条件下 , 下水流 , 不用寻找零流层段进行刻度 , 能更准确地判断是否存在管外窜流。 ( 3) 重复多道热衰减岩性测量模式 , 可产生脉冲中子俘获 ( 测井能提供所有的测量值 , 从而能很好地进行岩性分析。 to of on in as K to at of 在油田的开发过程中 , 人们需要知道在产液或注水过程中有关井内流体的特性与状态的详细资料 , 这就要用到石油测井 , 其可靠性和准确性是至关重要的 , 而传统的电子基传感器无法在井下恶劣的环境诸如高 , 高压 , 腐蚀 ,地磁地电干扰下工作。 光纤传感器可以克服这些困难 , 其对电磁干扰不敏感而且能承受极端条件 , 包括高温 , 高压 ( 几十兆帕以上 ) 以及强烈的冲击与振动 , 可以高精度地测量井筒和井场环境参数 , 同时 , 光纤传感器具有分布式测量能力 , 可以测量被测量的空间分布 , 给出剖面信息。而且 , 光纤传感器横截面积小 , 外形短 , 在井筒中占据的空间极小。 to of on in as K to at of 美国 他们的科研人员发现了布拉格光纤光栅传感器对压力的线性响应。已研发的传感器能够工作到 175 C, 200 250 同温度和压力下的压力测量误差 , 在测试范围 ( 0内 , 均小于 相当于电子测量系统的最好的水平。 目前 , 测程 0 103过压极限 129准确度 分辨率 长期稳定性 连续保持 150 C) , 工作温度范围 25 C175 C。 2001