（石油与天然气工程专业论文）水平井吸水剖面测井资料响应特征分析及应用研究.pdf

中文摘要 论文题目：水平井吸水剖面测井资料响应特征分析及应用研究 专业：石油与天然气工程 硕士生：何小菊( 签名) ! 璺! ：盈 指导教师：赵军龙( 签名) 垒蕉焦 刘复屏( 签名) 卸盈珏 l 摘要 一般的油井是垂直或倾斜贯穿油层，通过油层的井段比较短。而水平井是在垂直或 倾斜地钻达油层后，井筒转达接近于水平，以与油层保持平行，得以长井段的在油层中 钻进直到完井。这样的油井穿过油层井段上百米以至二千余米，有利于多采油，油层中 流体流入井中的流动阻力减小，生产能力比普通直井、斜井生产能力提高几一几十倍， 是近年发展起来的最新采油工艺之一。成熟的油田产出的石油携带的含水量不断增加， 而水平井可以处理大量体积的流体。因此，对于水平井来说，这样的处理目标可以得到 满足。 本文首先对国内外水平井吸水剖面测井现状进行多方面的调研，发现了水平井中常 规生产测井的不适应性，以及测井解释过程中存在的问题与困难，针对以上这些问题， 制定合理的研究方向与研究任务。 课题通过大量的理论研究，应用实际测井资料与地质资料的分析方法，首次提出“井 眼轨迹与油藏空间关系为基础的水平井解释评价方法，并围绕这一核心来开展各项研 究和生产工作：一方面研究提高井眼轨迹与油藏空间关系的解释；主要掌握钻遇目的层 的孔隙度、渗透率、泥质含量、岩性变化等的基础资料。一方面研究如何应用井眼轨迹 与油藏空间关系解释成果来为水平井的解释服务，结合井径资料，在筛管解释中，寻找 有利解释井段。结合邻井的压裂资料，估算水平井水平段不同深度的破裂压力，得出水 平井段实际的注水状态。 关键词：水平井吸水剖面特征响应应用研究 论文类型：应用技术研究 i i 英文摘要 s u b j e c t ：t h ea n a l y s i so fr e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c sa n da p p l i e dr e s e a r c ho f t h el o g g i n g d a t af o rh o r i z o n t a lw e l li n t a k ep r o f i l e s p e c i a l i t y ：p e t r o l e u ma n dn a t u r a lg a se n g i n e e r i n g n a m e ：h ex i a o j u ( s i g n a t u r e ) 臼鱼盘箜i 丛 i n s t r u c t o r ：z h a oj u n l o n g l i uf u p i n g ( s i a b s i r a c i i ng e n e r a l , t h eo i lw e l li sv e r t i c a lo ri n c l i n e dw h e ni tr u nt h r o u g ht h eo i ll a y e r , t h ew e l l i n t e r v a li ss h o r t t h eh o r i z o n t a lw e l li sd r i l l e dv e r t i c a l l yo ro b l i q u e l yb e 如r et h a ti ta r r i v ei no i l l a y e r w h e ni ta r r i v e ，t h em i n e s h a f lc l o s et ol e v e l ，i no r d e r t om a i n t a i nt h ep a r a l l e lw i t ht h eo i l l a y e r ，s ot h a tt h ed r i l l i n gi n t e r v a la sl o n g a sp o s s i b l ei no i ll a y e ru n t i le n d t h i sh o r i z o n t a lw e l l r u nt h r o u g ho i ll a y e rm o r et h a no n eh u n d r e dm e t e r se v e nm o r et h a nt w ot h o u s a n d sm e t e r s ，t o h e l pt h ew e l lm o r eo i lp r o d u c t i o n t h er e s i s t a n c eo f o i ll a y e r sf l u i di n t oo i lw e l ld e e r e a s e s ，s o t h eh o r i z o n t a lw e l l sp r o d u c t i o nc a p a c i t yi ss e v e r a le v e nt e n st i m e sm o r et h a np l u m bs h a f ta n d s l o p em i n e i t so n eo ft h el a t e s t o i lp r o d u c t i o nt e c h n o l o g yd e v e l o p e di nr e c e n ty e a r t h e m a t u r eo i lf i e l d sb r i n gt h ew a t e rc o n t e n to fo i lo u t p u ti n c r e a s ec o n t i n u a l l y , y e tt h eh o r i z o n t a l w e l lc a n p u ta w a ya b u l ko ff l u i d f i r s t l yt h i sp a p e rh a saw i d er a n g eo f r e s e a r c hf o rt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fh o r i z o n t a lw e l l i n t a k ep r o f i l el o g g i n gb o t hh e r ea n da b r o a d ，t of i n dt h en o n - a d a p t a b i l i t yo fc o n v e n t i o n a l p r o d u c t i o nl o g g i n gt oh o r i z o n t a lw e l l a n dt h ep r o b l e m sa n dd i f f i c u l t i e si nw e l ll o g g i n g i n t e r p r e t a t i o np r o c e s s s ot h a tw ec a nm a po u tr e a s o n a b l er e s e a r c hd i r e c t i o n sa n dr e s e a r c h t a s k s ，t od i r e c ta tt h ea b o v ep r o b l e m s t h r o u g hi n - d e p t ht h e o r e t i c a lr e s e a r c h , b ya p p l i c a t i o na n a l y s i sm e t h o d so ft h ea c t u a l l o g g i n gd a t aa n dg e o l o 百c a ld a t a , t h i sp a p e rf i r s tp r o p o s et h em e t h o d so fh o r i z o n t a lw e l l s i n t e r p r e t a t i o na n de v a l u a t i o nb a s i n go n “t h ew e l lt r a j e c t o r ya n ds p a t i a lr e l a t i o n s h i p s ”，a n d a r o u n dt h i sc o r et oc a r r yo u tv a r i o u sr e s e a r c h e sa n dp r o d u c t i o nw o r k ：o nt h eo n eh a n di t r e s e a r c h e st oi m p r o v et h ei n t e r p r e t a t i o no ft h ew e l lt r a j e c t o r ya n ds p a t i a lr e l a t i o n s h i p s ；t o m a s t e rc h i e f l yt h ed r i l l i n ge n c o u n t e r e dp u r p o s el a y e r s b a s i n g d a t ao f p o r o s i t y 、 p e r m e a b i l i t y 、s h a l ec o n t e n t 、l i t h o l o g i c a lc h a n g ea n d s oo n o nt h eo t h e rh a n di tr e s e a r c h e sh o w t oa p p l yt h ee p i l o go f t h ew e l lt r a j e c t o r ya n ds p a t i a lr e l a t i o n s h i p st os e r v ef o rt h ei n t e r p r e t a t i o n o f h o r i z o n t a lw e l l ，t oc o m b i n ec a l i p e rl o g g i n gd a t a ，l o o kf o raf a v o r a b l ei n t e r p r e t a t i o ni n t e r v a l i nt h ei n t e r p r e t a t i o ns i e v et u b e i nc o m b i n a t i o no fa d j a c e n tw e l l s 丘a c t u r i n gd a t a , e s t i m a t i o n i i i 英文摘要 h o r i z o n t a lw e l ls e c t i o no ft h ef r a c t u r ep r e s s u r ea td i f f e r e n td e p t h s ，t od e r i v eh o r i z o n t a ls e c t i o n t h ea c t u a ls t a t eo fw a t e rf l o o d m g k e y w o r d s ：h o r i z o n t a lw e l l ；i n t a k ep r o f i l er e s p o n s e ；c h a r a c t e r i s t i c s ；a p p l i c a t i o nr e s e a r c h t h e s i s ：a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g ys t u d y i v 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 尘互! j ! ! 堑 日期： 兰翌宰：! 兰：塑 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期问论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名： ! 鱼! 兰：! 壹 导师繇缬 日期：鲨i ：堕，口 日期：型l ：堕乡 注：如本论文涉密，请存使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章水平井吸水剖面测井解释方法国内外调研 第一章水平井吸水剖面测井解释方法国内外调研 一般的油井是垂直或倾斜贯穿油层，通过油层的井段比较短。而水平井是在垂直或 倾斜地钻达油层后，井筒转达接近于水平，以与油层保持平行，得以长井段的在油层中 钻进直到完井。这样的油井穿过油层井段上百米以至二千余米，有利于多采油，油层中 流体流入井中的流动阻力减小，生产能力比普通直井、斜井生产能力提高几倍，是近年 发展起来的最新采油工艺之一。 如今，为了注入目的而使用水平井已经变得很普遍了，这是因为成熟的油田产出的 石油含水量不断增加，而水平井可以处理大量体积的流体。因此，对于一些水平井来说， 这样的处理目标可以得到满足。这在海上石油钻井平台上显得尤为重要，因为在平台上 由于狭缝的制约，井眼的数量受到很大的限制。 在压力维持方面，水平井同样具有很大的吸引力。在饱和储集层中，为了取得一个 很好的开采率，空隙替代是非常重要的。在油田中，水平井能帮助获取与产出体积相当 的注入体积。因而，他们在储集层的操作方面很有帮助。 对于水平注水井来说，流量注入剖面是油田合理开发所需的重要信息。一般，流量 注入剖面可由生产测井仪( p l t ) 测量获取。然而，对于许多类型的井，如抽油井、h p h t 井、低产率井等，传统的生产测井仪可能无法使用，或者造价昂贵，尤其是对水下油井 的完井。因而，寻求其他有效的方法来预测流量注入剖面就显得尤为重要。在一定条件 下，可应用非传统的方法获取流量注入剖面。 1 1 国内现状 测量注入剖面的方法主要有放射性同位素示踪法、流量法和井温法三种。目前，井 眼流量的测量方法主要有：涡轮流量、电磁流量、氧活化测井和超声波流量等【l 】。 1 1 1 放射性同位素示踪法 放射性同位素示踪法是目前国内各油田在检测注入剖面上比较普遍使用的测井方 法。已经在大庆油田、胜利油田等的到了广泛的应用。 1 ) 方法原理 放射性同位素示踪法测井是利用放射性同位素人为地提高井内被研究对象的伽马射 线强度的方法。用同位素释放器向井内注入被同位素活化的物质，当载体颗粒直径大于 地层孔隙直径时，水进入地层而微球载体被滤积在井壁上，地层吸收的活化物质越多。 西安石油人学硕十学位论文 对应地层井壁上滤积的载体越多，放射性同位素强度越高，即地层的吸水量与滤积在该 段地层对应井壁上的同位素载体量和载体的放射性强度三者之间成正比关系。通过对比 同位素载体在地层滤积前、后所测得伽马曲线，计算对应射孔层位上叠合曲线异常面积 的大小，可反映该层的吸水能力，采用面积法解释各层的相对吸水量。从而确定井内各 层的分层吸水量 2 1 。 2 ) 资料的应用 利用同位素示踪测井所测得的注入剖面资料能认识多层合采油藏的层间、层内矛盾， 对于多层合采油藏清晰了解各油层的注水和采油状况，正确分析层间、层内矛盾是搞好 注采调整、挖潜，充分发挥各类油层作用的基础。利用同位素示踪测井测得的注入剖面 资料，可以了解哪些层吸水好，哪些层吸水差，哪些层不吸水。利用同位素示踪测井所 测得的注入剖面资料分析油田吸水状况和油层动用情况，并结合油井的产油情况，可以 认识一个阶段内油水分布状况和各油层的开采状况，从而有针对性地进行调整和改造【孤。 3 ) 存在的问题 由于油田长期注水开发，注水井的井况变差，同位素示踪法测井目前遇到了越来越 多的问题，如同位素沾污和漏失现象严重。造成测井资料解释成果准确性差。 ( 1 ) 同位素沾污。在放射性同位素吸水剖面测井中，由于示踪剂表面活性欠佳、注入 水质不洁、管柱壁不光洁等因素使同位素微粒没有随水流而渗透到地层。而是沾附在井 筒内的某些部位，如油管接箍、封隔器、配水器或管壁上，造成同位素曲线上产生一些 与注水量无关的异常假象，这就是我们平常所说的同位素。沾污。根据2 0 0 1 年的注入剖 面测井资料统计，大约有4 9 的同位素测井资料存在不同程度的同位素沾污现象，其中 有5 左右的井内严重沾污。沾污的存在使载体的累计量不再与地层吸水量成简单的正比 关系，造成测井解释误差比较大。部分井内严重沾污，以致使所测吸水剖面资料无法解 释和利用。 ( 2 ) 同位素漏失。油田在注水开发后期，由于地层长期受注水冲刷，注水层的孔隙喉 道半径逐渐增大。在同位素示踪注水剖面测井中，示踪载体的粒径大于注水井所有注水 层的孔隙喉道直径时，所测注水剖面资料能真实地反映井下实际的注水情况。在选择的 示踪载体的粒径小于注水能力强的高渗透地层的孔隙喉道直径时，示踪载体不能均匀地 滤积在井壁，而随注入水部分或全部地进入地层深处，以至于超出伽马仪器的探测范围， 在测井曲线上显示出相对较低幅度的同位素异常或没有幅度异常，而在那些注水能力较 2 第一章水平井吸水剖面测井解释方法国内外调研 差的地层上刚出现高幅度的同位素异常，这样所测得的资料不仅不能很好地反映井下各 层的吸水情况，相反会得出与实际情况背道而驰的结论。 ( 3 ) 管外串槽。油田注水开发后期由于长时间注水冲刷，注水层段附近管外水泥环胶 结变差，在注水过程中出现管外串、漏现象，不能达到分层注水开采的目的。根据现场 统计有7 9 左右的井出现管外串槽，直接影响了测量及解释结果的准确性【4 1 。 1 1 2 流量法 流量测井方法对注入剖面的解释原理是：假设在一口正常的注入井中进行测量，在 射孔井段的项部，流体只在垂直管内流动，流量未有损失，此时测量的流量值代表全井 注入的流量，也即最大流量；在射孔井段底部测得的流量值是在不流动的流体中测量的， 即最小流量( = 零流量) 。解释层段内任意一点的相对流量可以根据零流量与1 0 0 全井注 入流量之间内插法来确定，进而可以求得各个注入层吸液量的大小。目前，井眼流量的 测量方法主要有：涡轮流量、电磁流量、氧活化测井和超声波流量等。 1 ) 涡轮流量计法 涡轮流量计的传感器由装在低摩阻枢轴扶持的轴上的叶片组成。轴上装有磁键，使 转速能被检流线圈测出来。当流体流量超过某一数值后，涡轮的转速同流速成线性关系。 记录涡轮的转速便可推算流体流量【5 】o 流体流速v = v o + k 式中：涡轮的始动速度值，与流体性质和涡轮摩阻有关； 一一涡轮每秒转数； k 一一仪器常数。 测量时，仪器从油管下入射孔井段，扶j 下器使仪器居中，以合适的恒定速度上提仪 器进行测量，按井深连续记录涡轮的转数及电缆移动速度。为了定量计算，还需在吸入 液体部位的上部和下部进行点测。 涡轮流量计在注入剖面测井中是比较常用的一种，它的测量范围可达5 0 0m d 以 上，而采用连续测井又可弥补启动排量的问题【6 】o 涡轮流量计耐温指标也较高，但由于 涡轮是转动部件，因此测井过程中比较容易出现问题。根据以往的经验，流量计需放到 组合仪的最下端，而加重采用过芯加重，但在实验过程中发现流量计放到最下端有很多 缺点：第一损坏率高，即使将下扶正器与流量计合二为一，也无法更有效地提高其可靠 西安石油人学硕士学位论文 性；第二由于井温测井要求下测到遇阻，而水井最底部又是污物较为集中的地方，涡轮 经常受到粘污，从而影响测井成功率。即使是采用下挂加重的方式，也不能完全解决涡 轮流量计井下工作可靠性的问题，而且涡轮流量计只能测合层流体流量，而无法测管外 流体流量，同时，在测量分层配注水井时，只能测出各配水器的进液量，而无法测量出 各层的吸收量。 2 ) 电磁流量计法 电磁流量计的工作原理是电磁感应原理。当导体( 水，聚合物流体) 作切割磁力线移 动时，导体中感应出与流体流速成正比的电动势。仪器测量出流体流动产生的感应电动 势，推算出流速和流量。 流体速度v = b v d e 【7 】 式中： 圪感应电动势； b 磁场强度； a l 流管直径。 电磁流量计不受流体温度、压力、密度、粘度和导电率的影响。它应用于注入剖面 测井时主要有两种类型，即中心流速式和外流式。测量方法同涡轮流量计。电磁流量计 在全国各油田都有应用，应用效果也比较好，仪器可靠、耐用，准确性和一致性都比较 好，测井时效高，测井资料受到好评。但电磁流量计存在怕死油，连续测量效果不好， 分辨率低等缺点，同涡轮流量计与靶式流量计一样，也只能测合层流体流量，不能测管 外流。 3 ) 脉冲氧活化测井 脉冲氧活化测井的原理是，用高能脉冲中子激活水流中的氧原子，引发一系列的原 子核反应，处于激发态的氧原子释放出高能伽马射线，仪器记录下伽马射线时间谱，通 过解析时间谱计算出水流速度和流量。它采用居中点测或连续测的方式，具有以下特点： 不受液体粘度影响，不受地层岩性和孔渗参数影响，可以测量管内和管外流体流量。 中子氧活化是近期开发出的方法，但其流量测量下限较高，在1 2 5 咖内径套管中约 为1 0m 3 d 左右，且测试成本较高，使其应用规模受到限制。 4 ) 超声波流量计法 超声波流量计上装有两个超声探头，发射探头发射的超声波在流管中传播，接收探 4 第一章水平井吸水剖面测井解释方法国内外调研 头测量流管中流体直接传播的直达波的到达时间，它们交替发射和接收声脉冲，根据两 者交替测量得到的波至时间差来计算流体的流速和流型引。 流体流速v = 考( 丢一丢 咋 式中：l 头间距； f 。声波向上传播时间； 乙声波向下传播时间； v ，测速。 该仪器加上下扶正器，居中连续测量。它的测量结果只与流体流速有关。 1 1 3 温度法测井 井温测井是根据在吸水层位由于低于地层温度的冷水进入地层带走热量，使该处井 筒温度低于地层内温度，随着注入量的增大和注水时间的延长，井筒温度逐渐降低。井 温曲线是关井2 4 4 8 h 测量井筒内温度曲线即静态井温曲线，然后注水3 0 天左右再测一条 井温曲线即动态井温曲线。由于注入水的温度不变，因此吸水层温度与井筒温度之间出 现温度异常，利用这一异常可以识别吸水层段；在井底是不流动的死水，因此井筒内井 底温度接近地温。在漏失层的地方，由于注入水大量漏入地层，漏失处短期内难于恢复 其地层温度，因而使井温曲线产生下降的异常变化。根据这两条曲线的异常识别分析吸 入层，但是此法只能定性解释注入剖面的吸水状况，不能给予精确的结论。 1 2 国外现状 众所周知，油田开发采用的常规水驱模式是直井注水直井采油每l i 井周围产生 明显的压力降迫使油水界面变形，水转向生产井后被采出。由于注水井和生产井存在 径向流使大量压力损耗采收率受到影响。使径向流转为直线流的办法可以有垂直压裂 和水平井【9 1 。过去由于水平井技术尚未成熟，钻井成本十分昂贵，因此人们多采用压裂。 随着水平井成本降低到直井的l5 n 2 倍左右，人们又逐渐将注意力集中在水平井水驱研 究上。 国内有关水平井注水的研究报导尚不多，由于水平井与垂直井相比有很大的优势， 同时由于其他测井方法存在着缺点，国外对利用温度测井研究较多。 b u i 等人2 0 0 4 年对水平注水井利用分布式温度传感器测得的数据进行了分析，提出 两安石油大学硕士学位论文 了一种水平注水井温度剖面的解释方法。检测了注水过程中、关井后井筒温度剖面，提 供了利用温度剖面确定注入剖面的分析方法【1 0 】。 g a o 等人2 0 0 5 年在给定储集层和注入流体温度的基础上给出了水平井沿线温度变 化的理论解。该理论解是从注入流体的质量守恒和能量守恒方程中得到的。利用该理论 解可以由假定的任意注入剖面得到水平井沿线的温度剖面，同时，如果温度剖面已知的 话，利用该理论解也可以得到注入剖面。温度剖面可以由分布式温度传感器测量得到。 文中最后给出了中东地区注水示例【l l 】。 p i m e n o v 等人2 0 0 5 年对如何由分布式温度传感器测量的数据得到注入剖面做了进一 步研究。他们发展了一种半理论模型来模拟水平注入井在注入及关井后的质量和热量传 递情况，在此基础上利用测量的温度数据来计算注入剖面【1 2 】。 从国外的众多论述看出，目前常用的测井方法都有不同程度的缺点，对于某些类型 的井，传统的生产测井仪可能无法使用，或者造价昂贵。因而，寻求其他有效的方法来 预测流量注入剖面就显得尤为重要。在一定条件下，可应用非传统的方法获取流量注入 剖面。随着光纤温度分布传感器的出现，使得利用温度剖面来确定注入剖面成为一种经 济、实用的方法。下面对这一方法进行详细的介绍。 1 3 理论模拟 静态井温是关井之后测量的井温曲线。由于注入水温度降低，静态井温一般比地层 原始温度( 下简称地温) 低。吸水地层冷却带半径大且温降幅度大，未吸水层冷却带半径 小且温降小。关井后，吸水层温度归地温的速率比未吸水层慢得多，从而吸水层静态井 温呈现负异常。在井温曲线折向地温的深度以下地层不吸水。静态井温资料可以辅助确 定吸水层位。 1 3 1 储集层温度模型【1 3 】 取如图1 1 所示单位长度径向微元，储存在微元中的热量由三部分组成：储存在水 中的热量q 。= 2 刀咖必，g ，f ) c ，t ( x ，t ) ，储存在油中的热量 q o = 2 a r d r 矽 1 一s 。g ，f 灌。t ( x ，r ，t ) ，储存在岩石中的热量q r = 2 a r d r 0 一p ，t ( x ，f ) ， q ，甜= q 。+ q 。+ q ，= 2 z t r d r t ( x ，- ，f 洛。k 厂，f 眵0 。一c o ) + c 。+ ( 1 一一，】 ( 1 1 ) 这里r k ，f ) 是储集层的温度，矿是空隙度，c 。，c ，和c ，分别是油、水和岩石的热容， 6 第一章水平井吸水剖面测井解释方法国内外调研 s 。( x ，f ) 是水的饱和度。 图1 1 径向质量和热流微元示意图( m a s sa n dh e a tf l o wi nr a d i a ld ir e c t i o n ) g 。g ，f ) 和g 。g ，f ) 分别表示储集层内水和油的体积流量，g r g ，f ) ：2 研娑表示 传导热流密度，径向微元内的能量守恒方程为： 等时 ( 1 - 2 ) g 砌和q ，。埘分别表示流入和流出径向微元的总热流量。g 砌由两部分组成：油和水流过内 表面r 时携带的对流换热热流量k 。g 。g ，f ) + c 。g 。( 工，厂，f ) p ( 工，f ) ，通过外表面r + 办进入 微元的传导热流量g r g ，+ 办，f ) 。g 删也是由两部分组成：油和水流出微元外表面，+ 办 时所携带的对流换热量： k 。q 。g ，- + 办，f ) + c 。g 。g ，+ 咖，f 渺k ，+ 办，f ) ，通过内表面r 的传导热量g7 x ，t ) 。 g 砌= 【c ，q 。g ，厂，f ) + c 。g 。g ，- ，f ) f g ，厂，f ) + g r g ，r + d r ，t ) g 删= c ，g ，x ，r + d r ，f ) + c 。q 。b ，r + d r ，f ) p g ，r + d r ，f ) + g r g ，t ) g r f ) ：2 万矿娑 这里叩是岩石热传导率，假空隙中的油和水对它没有影响。 把( 1 - 1 ) 和匕述关系式代入( 1 2 ) 得 7 西安石油大学硕士学位论文 兰三1gffc。)a，+，lc。a妄t等一-a7(】q茎wt)+矿c。oo一(q三o。t；)鲁 c 3 ， 习劣咖 办 劣l u 。 g ，f ) = 这里j 。是残留油的饱和度，s 叫表示i r r e d u c i b l e 水的饱和度，q w i ( x ) 是在井筒x 处单 位长度上水的注入速率。 在水的前面，油的流量g 。g ，f ) 可以由单相径向流动方程确定 1 4 1 。然而，为了简化分 析，我们假设g o g ，f ) = 0 。 这样，储集层可以分为两种主要流动机制型：水流动( ，- g ，t ) ) 和无流动 ( k f ) ， 0 0 ) 。 在水流动( ， ( z ，f ) ) 区域，s 。b ，t ) = l - s 。，q 。= 0 ，q w ( x ，f ) = g 州b ) ， 这样( 1 - 3 ) 变成 口。詈= 罟昙( ，署) 一掣警 m 4 ， 式中口。= ( 1 一s 。，弦( c 。一c o ) + c 。+ c ，( 1 一痧) 。 在无流动区域( k f ) ， o o ) ，8 w k ，f ) = j 州，q 。= 0 ，q 。= 0 ， 这样( 1 - 3 ) 变成 口，一s t v - ：翌旦一塑1 ( 1 5 ) 口0 百2 j 瓦r 石j u 巧 式中口。= w w i # ( c 。一c o ) + c 。矽+ c ，( 1 一) 。 初始条件为： t ( x , r ，o ) = 瓦 ( 1 - 6 ) 边界条件为： r ( x ，f ) = 瓦g ，t ) ( 1 - 7 ) 第一章水平井吸水剖面测井解释方法国内外调研 l i i i l r g ，- ，f ) = 瓦 ( 1 - 8 ) 在水前面( ，= k t ) ) 温度连续，然而，由于g 。的不连贯性导致该处温度梯剃度不 连贯。( 警) 和( 警) + 分别表示，= “恤内表面和外表面的温度梯度，这样 厂= 哳g ，t ) 时的能量方程为： 2 刁- 掰l 一肌机，) 9 ， 1 3 2 井温模型基本假设定 下面在上述储集层温度模型的基础上推导井温模型。 设想有一个箱形储集层，在中间放置一1 2 1 水平井，其顶部和底部只能传热而不能传 导流体。这个储集层和它的边界都处于对应与静态地温梯度的热平衡状态( 典型的地温 梯度值为每1 0 0 英尺1 2o f ) 。因此，在初始条件下，沿水平井轴向温度恒定。现在， 我们假定这口井完全由储集层封闭。将井的起始部位置于一股温度比储集层要低的流体 中，流体将涌入井筒，在井筒中逐渐形成一个温度剖面。设井的端部远离储集层边界。 为了简化数学问题，我们做作出以下假设： ( 1 ) 在储集层中沿井眼平行方向的质量能量交换可以忽略不计； ( 2 ) 假定注入剖面随时间恒定； ( 3 ) 注入过程如同活塞运动，并且地层是各向同性的； ( 4 ) 注入流体不可压缩 1 3 3 井温模型理论推导 用q 。i ( x ) 表示井眼流动速率( m 3 h ) ，q w i ( x ) 表示沿井眼方向每单位长度的注入速率 ( m 2 1 1 ) 。假如我们忽略在井眼中注入流体的压缩性，质量守衡方程可表示为： 孥= - q w i ( ( 卜1 0 ) 将上式从x = o 到x = l 进行积分就得到在井的起始部位的总的注入速率 q 岫= f q w i ( x ) d x ( 1 1 1 ) 其中，l 代表井眼水平部分的长度，而q 。；( x ) 可由以下积分得到： 9 西安石油大学硕士学位论文 q 。i ( x ) = q 蝎一r q 叭( 孝) d 孝 ( 卜1 2 ) 用t w ( x ，f ) 表示井眼的温度分布，q t w ( z ，f ) 表示由于热传导从地层到井眼每单位长度的热 对流 q h ( 五f ) ：2 研( ，娶) ， (1-13)o r ” 其中t ( x ，t ) 是储集层温度剖面，7 为地层的热传导率( j ( m 2 k h ) ) ，储存在微元d x 中 的总的热能为 q 。棚= c 。a 。t w ( x ，t ) d x ( 卜1 4 ) 其中a 。= 碟，表示井眼的横截面积( m 2 ) ，c ，为注入水的热容量( j ( m 2 k ) ) ，微元d x 的能量交换方程为： 孥_ q w i n q 叫( 1 - 1 5 ) 其中，q 。证和q 。表示流入和流出井眼微元d x 的热速率。q 。；。由两项组成：由在x 处通过 井眼横截面流入微元的流体所带来的热能c 。q 。i ( x ，t ) t w ( 五f ) ，以及由于热传导通过井眼 表面从地层传到井眼微元的热对流q t w ( x ，t ) d x 。q 。同样由两项组成：由在x + 出处通过 井眼横截面流出微元的流体所带走的热能c 。q 。；( x ，t ) t w ( x + d x , t ) ，以及由通过井眼表面流 出微元所带走的热能c 。q 。i ( x ，t ) t w ( x , t ) d x q 。i n = c 。q 。i ( x ，t ) t w ( x ，t ) + q t w ( x ，t ) d x ( 卜1 6 ) q o u t = c 。q 。i ( x ，t ) t w ( x + d x ，f ) + c 。q 。i ( x ，t ) t w ( x ，t ) d x ( 1 1 7 ) 将q 。i n 、q 。和方程( 4 ) 、( 5 ) 代入方程( 6 ) 得到： c w a w 鲁+ c w q 。；i o r 一2 石r ( ，万a t ) ，。= o 初始条件为： t w ( z ，o ) = t r 其中t r 代表在注入前的初始储集层温度。边界条件由在井头处温度给定： l ( o ，f ) = t w 0 ( f ) 1 0 ( 1 - 1 8 ) ( 1 - 1 9 ) ( 1 - 2 0 ) 第一章水平井吸水剖面测井解释方法国内外调研 在实际中，t 霄。( f ) 可由d t s 测量得到。 令0 t ( x ，t ) = t r - t ( x ，t ) 口t 。( x ，f ) = t r t w ( x ，f ) 分别代表在储集层和井眼中的温度减低值，令，d = 二代表无量纲半径，令t 。：冬代表 0c w 无量纲时间，= 手代表无量纲长度。 方程( 卜1 7 ) 可归一化为 等+ 刖等也挈一= 。 ( 1 - 2 1 ) 其中夕) = 呈璺型为无量纲水的平均注入速率，初始条件和边界条件可记为： z , 石r l 口t w ( ，o ) = 0 口t w ( 0 ，f ) = 口t w o ( f ) 1 3 4 井温模型理论解 对方程( 卜2 1 ) 连同由方程( 1 - 2 2 ) 给定的初始条件进行拉普拉斯变换得： 等+ 刖罢吨暴，。 其嗍场警纠删以用下式标 ( t o 警) 州：f ( p 以枷i 。 i 一) 嘞；l = ( p ，y ( 而) ) 口。i w d k “ ( 1 - 2 2 ) ( 1 2 3 ) ( 1 - 2 4 ) ( 1 2 5 ) 其中1 ，( ) ：s 掣代表无量纲水的注入速率剖面。因此，方程( 卜2 4 ) 可重新写为： 4 刀0 1 型堕：一1 - f ( p , v ( x n ) ) 3 亍。 o x o夕( ) 方程( 1 - 2 6 ) 的解析解为： 1 3 t w ( x o ，p ) = 口t w o ( p ) f ( 勤，p ) ( 1 - 2 6 ) ( 1 - 2 7 ) 两立“油大学硕t 学位论文 其叶1 - ( ，一) = e x p 一r “! _ 二_ ：! ! ；手! 盟d f x , i u t 。( x o ，p ) 进行逆拉普拉斯变换得到井温剖面 口l ( ，k ) = l 。( t o ) f ( ，f 。) 这里符号+ 代表卷积算子 1 _ 4 应用实例 ( 12 8 ( 1 2 9 图12 一图17 给出了国外利用井温测量方法模拟计算注入剖面的实例以及，同时也给 出了计算注入剖面所涉发的并种参数。 图12 注水早期井温沿井身随渗透率变化的理论模拟 图13 ：主水早期关井井温沿井身随渗透率变化的理论模拟 l jil：00 el；jl l oih 第一章水平井吸水洲而测井l j 罕释方法国内外调研 图l4 注水1 4 天后的关井井温的实测数据 1 口2 0 。3 3j 0 s o 。 o l s t a n c ea l o r h * l z o n ”l3 k t l o | l 图15 理论模拟井温曲线和实刹井温曲线对比 裟= 竺鼍：芝乙。* * l n m t # m - w m m “ 图16 由井温剖面根据四种方法得到的注 剖面 ：= ； k口h fe_na s；善一 硝鸯0 油人学硕七学忙论文 d i s t a n c e5 l o n gh 0 r k o n l a3 e c t0 nf t 图17 长期注水后的井温剖面理论模拟曲线 m a l o n gh o r l z o n t j ts l * t i o e 图18 长期注水后的由井温曲线理论计算得到的注入流量模拟曲线 1 0 ：c j 口r 05 i a n c e6q h 0 r k o n l s e n l o n 图19 长期注水后的由关井井温曲线理论计算得到的注入流量模拟曲线( 斯仑贝谢公司结果 第一章水平井吸水剖面测井解释方法国内外调研 图1 1 0 从井温测井理论计算得到的注入剖面 ( 塔尔萨人学结果) 水平井注入剖面模拟计算所涉及的一些基本参数l ： 1 5 西安石油大学硕士学位论文 水平井注入剖面模拟计算所涉及的一些基本参数2 ： s p e c i f i ch e a tc a p a c i t y t o t a le n e r g yf l u x f r i c t i o nf a c t o r g r a v 时a c c e l e r a t i o n f e s e f 询rt h i c k n e s s p r o d u c t i m i t yi n d e x p e r m e a b i l i t y t h e r m a lc o n d u c t i v i t y t o t a lt h e r m a lc o n d u c 6 v i i vo fr o c ka n df l m d l e n g t ho fw e l l p r e s s u r e ， p r a n d t ln m n b e r “蝎d r v 口p “络嗣1 地 v o l u m e e r i cf l o wr a t e , h e a tf l u x r e y n o l d sn u m b e r h e a tt r a n s f e rr a t ep e ru n i tl e n g t ho f w e l l b o r e i n n e rw e i l r a c t i u s t e m p e r a t u r e i n n a 唧证田叩翻曙觚o f f l u i de n t e r i n gaw e l f o o r e t e t n p e r a 劬ea te x t e r n a lb 棚m d a r y o ff e s e f v o 廿 d a r e yv e l o c i t yv e c t o r o v l 髓uh e a tt r a n s f e rc o e i 五c i e n t f l u i dv e l o c i t y s p e c i f i cv o l u m e 知【i a s sf l o wr a t e l e n g mo f1 - e s e t w o i f h e a tt r a n s f e rc o e 五c i e n t t h e r m a l 懿p a 皿s i o nc o e f f i c i e n t p i p eo p e n e dr a t i o v 蝎c o s _ 哆 d e n s i t y p o r o s i t y a n z l ef r o mh o r i z o n t a l s 缸e s ss ：b e a rt e n s o r 1 6 q。、g h j七石岛上p r n g k q r r 巧乙u u v 矿w y 口，p p 妒口f 第一章水平井吸水剖面测井解释方法国内外调研 $ u b s c r i p t s a a x r b b u u c c c a s i n g d d r y r o c k c 粤刀fc e m e n t ， f l m d g l i j 口 j g a s 硼d 霄 p h a s e 蛐d o i i 9 0 l i d f to f r o c k 1 - 5 水平井中常规生产测井的不适应性 常规生产测井技术最初是为近垂直井研制的，而不是水平井。因此，层流流型在水 平井中是很普遍的，这就需要新的测量方法。在水平井中，由于井筒几何方位及流动状 态的变化，常规生产测井仪常常出现性能指标下降。比如涡轮流量计明显的受水平井中 遇到的流型和持率剖面影响。在水平井，流体由于重力分离而作分层流动，通过仪器测 量室的流体不能代表该井段整个井筒截面的流体组分；温度测井在垂直井中有助于测定 流体进入点。对于气体来讲，气体进入井筒扩散造成压降，导致温度降低( 焦耳汤姆逊 效应) ，而在水平井，气体进入点几乎位于同一垂直深度，压差较小，因而温度降低也较 小。对于液体来讲，具有地层温度的液体进入井筒