生产管理知识_生产测井培训教案

长江大学教学课件 生产测井电子教案 1 油气田开发的阶段划分 勘探 开发 生产 资金投入 利润回收 2 勘探与开发阶段地层的主要差别 勘探 So Sw K P 是常数 开发 So Sw K P Fw是变量 3 生产测井被誉为油田开发的 医生 指下套管后进行的所有测井 目的是监测井眼几何特性及注采动态 生产动态监测 产出剖面 注入剖面 产层参数评价 So Sw K P Fw 工程测井 固井 窜槽 套管变形腐蚀 酸化压裂 何为生产测井 20世纪三十年代 只有井温测井 四十年代 压力测井和流量测井 五十年代 综合产出剖面测井 六七十年代 引入声波测井和放射性测井 八十年代 引入计算机技术 21世纪之后 持率成像测井 水平井持水率测井及特殊生产测井技术日臻完善 相应处理方法也取得了长足的进步 生产测井的发展历程 第一章 生产测井及信息处理基础 油气开发基础油藏流体向井流动油气水在垂直管道中的流动采收率提高油气水物性计算 油田的正规开发主要包括三个阶段 1 开发前的准备阶段 包括详探 开发试验等 2 开发设计和投产 其中包括油层研究和评价 开发井网部署 射孔方案制订 注采方案制订和实施 3 方案调整和完善 第一节油田开发 1 以含油层系为基础的地质研究 2 储油层的构造特征研究 3 分区分层组储量及可采储量计算 4 油层边界的性质研究以及油层天然能量 驱动类型和压力系统的确定 5 油井生产能力和动态研究 6 探明各含油层系中油气水层的分布关系 研究含油地层的岩石物性及所含流体的性质 一 油田开发前的准备阶段 1 详探阶段的主要任务 1 生产试验区的主要任务1 研究主要地层 2 研究井网 3 研究生产动态规律 4 研究合理的采油工艺及技术以及增产和增注措施的效果 2 开发试验区应包括的主要内容1 油田各种天然能量试验 2 井网试验 3 采收率研究试验和提高采收率方法试验 4 影响油层生产能力的各种因素和提高油层生产能力的各种增产措施及方法试验 5 与油田人工注水有关的各种试验 6 稠油热采 注蒸汽及混相驱替实验 2 油田开发生产试验区和开发试验 油田开发必须依据一定的方针进行 其正确与否直接关系到油田今后生产的经济效益 开发方针的制订应考虑如下几方面的关系 1 采油速度 2 油田地下能量的利用和补充 3 采收率大小 4 稳产年限 5 经济效果 6 工艺技术 二 开发方案设计 在编制开发方案时 必须依据这一方针 制订与之相适应的开发原则 这些原则应对以下几方面的问题作出具体规定 1 规定采油速度和稳产期限 2 规定开采方式和注水或强采方式 3 确定开发层系 4 确定开发步骤 其中确定开发步骤又必须经历以下三个阶段 a 基础井网布置 b 确定生产井网和射孔方案 c 编制注采方案 5 确定合理的布井原则 6 确定合理的采油工艺 划分开发层系应考虑的原则是 1 把特性相近的油层组合在同一开发层系内 2 各开发层系间必须有良好的隔层 3 同一开发层系内油层的构造形态 油水边界 压力系统和原油物性应比较接近 4 一个独立的开发层系应具有一定的储量 以保证油田满足一定的采油速度 具有较长的稳产时间 5 在分层开采工艺所能解决的范围内 开发层系划分不宜过细 三 开发层系划分 划分开发层系 就是把特征相近的油层合在一起 用一套井网单独开采 用人工注水开发油田时 油井与油井之间 注水井和注水井之间存在强烈的相互影响 因此在注水开发的油田上不能只单井研究 必须把油田作为一个整体看待 把油田上相互连通的全部油水井作为一个相互联系 相互制约的开采系统考虑 对整个开发区进行综合研究 设计和调整 因此 注采井网的确定是油田开发设计中的关键问题 四 砂岩油田的注水开发 1 注水方式 1 边缘注水1 缘外注水把外油水边界以外的6 26 15 17 4 16 18 19 25转为注水井 就构成了边外注水方式 2 缘上注水假如外油水边界以外岩性变差 则可让25 19 24 21 5 22井转注即缘内注水 3 边内注水如果地层渗透率在油水过渡带很差 或过渡带注水不适宜 可将注水井布置在内含油边界内 以保证注水见效 油田注水方式示意图 2 边内切割注水方式 对于大面积 储量丰富 油层性质稳定的油田 一般采用边内切割注水方式 在这种方式下 利用注水井排将油藏切割成为较小单元 每一块面积 切割区 可以看成是一个独立的开发单元 分区块进行开发调整 切割注水方式示意图 3 面积注水方式 面积注水方式是将注水井按一定几何形状和一定的密度均匀地布置在整个开发区上 面积注水井网示意图 生产井 注水井 1 油层分布不规则 延伸性差 多呈透镜状分布 用切割式注水不能控制多数油层 注入水不能逐排影响生产井 2 油层的渗透性差 流动系数低 用切割式注水由于注水推进阻力大 有效影响面积小 采油速度低 3 油田面积大 构造不够完整 断层分布复杂 4 适应于油田后期的强化开采 以提高采收率 5 油层具备切割注水或其它注水方式 但要求达到更高的采油速度时也可考虑采用 面积注水方式采用的条件如下 面积波及效率 体积波及效率 为油藏面积 为波及面积 油藏平均厚度 波及厚度 垂直波及效率 几个重要概念 2 注采井网 油藏的采收率 油水的流度比 原始含油饱和度 残余油饱和度 水的有效渗透率 水的粘度 油的有效渗透率 油的粘度 在一定油层条件下 均匀井网见水时的面积扫油效率取决于井网形状和油水流度比 下面是几种不同几何形状的面积注水井网示意图 面积注水井网 表1 1不同注水井网特征对比 油层砂体研究是布置井网的基本工作 其中研究的问题主要有两个 a 油砂体延伸长度与控制储量关系 如1 5所示 b 油砂体的渗透率 压力等参数变化情况与控制储量的关系 图1 5油砂体延伸长度与控制储量的统计关系曲线 图1 6油砂体平均有效渗率与控制储量关线曲线 五 开发井网部署 1 油层砂体研究 布井方案主要分四个布骤 1 划分开发层系确定本油田用几套井网开发并对每一层系分别布井 2 确定油水井数目 3 布置开发井网 4 开发指标计算和经济核算 2 布井方案 开发调整主要包括以下三个方面 在多层油藏中 往往包含众多在水动力学上相互连通的含油砂体或单层 有时在注水条件下用一套井网开发是不可能的 需要分成若干个开发层系 用不同的井网开发 油田开发过程中 一个层系中的单层之间 由于注采的不均衡产生了新的不平衡 需要进行更进一步的划分 这时可能出现两种情况 一是在一个开发层系的内部更进一步划出若干个开发层系 一是在相邻的开发层系中将开发得较差的单层组合在一起 形成一个独立的开发层系 六 油田开发调整 1 层系调整 图1 7表示了经济效益与井数的示意关系 由图可知 开发初期 随井数增加经济效益增加快 当达到合理井数之后 经济效益随井数的增加不明显 若继续增加 达到经济极限井数之后 经济效益要明显下降 在油田投产初期 应钻生产井的合理井数不应超过油田最终开采井数的80 余留的20 的井数应考虑在油田开发的中后期调整使用 图1 7经济效益与开发井井数关系示意图 2 井网调整 1 对于溶解气驱油田 通过调整补充压力不足 2 对于注水油田 通过调整提高排液量 我国大部分油田属后一种情况 油田从自喷进入人工举升是一个很大调整 要经历一个较长的时间 同时应根据注采平衡的要求进行注水调整 包括增加注水井点和提高注入压力等 矿场实验证明 油井见水并生产到含水率极高 98 水驱油的面积波及系数接近80 垂向波及系数在40 80 之间 采用调剖技术调整吸水剖面 并与聚合物改善驱油效率相结合 可以取得较好的效果 3 开采工艺调整 单相渗流多相渗流 第二节油藏流体向井流动 根据达西定律或径向压力扩散方程 对于圆形地层中心的一口井 供给边缘压力不变时 其产量公式表示为 或 1 1 1 2 式中q0 油井产量 K0 油层的有效渗透率 B0 原油体积系数 h 油层有效厚度 0 地层油的粘度 Pe 泄油边界压力 Pwf 井筒流动压力 re 泄油边缘半径 rw 井眼半径 S 表皮系数 油井平均地层压力 一 单相液体的流入动态 IPR曲线和采油指数J 将油井产量和井底流压在直角坐标系中表示 如图1 8所示是一直线 称作IPR曲线 其中J为采油指数 其中用J表示公式1 1为 1 5 或 1 6 图1 8直线IPR曲线 当油井产量很高时 井底附近将出现非达西渗流 渗流速度和压力梯度不成线性关系 达西定律被破坏 称非线性渗流 此时油井产量和生产压差之间的关系可用下列由实验得出的半经验关系表示 1 7 式中 油井平均地层压力 千帕 Pwf 井底流动压力 千帕 q 油井地面产量 米3 日 K 有效渗透率 微米2 h 地层有效厚度 米 0 原油粘度 毫帕 秒 B0 原油体积系数 rw 井眼半径 米 0 原油密度 千克 米3 D 紊流系数 千帕 米3 日 紊流速度系数 1 米 流量与压力的关系 式中 0 B0及Kro都是压力的函数 只要找到它们与压力的关系 就可求得积分 从而找到产量和流压的关系 图1 9Kro S关系曲线 图1 9kg ko S关系曲线 二 油气两相向井流动 Vogel对不同流体性质 油气比 相对渗透率 井距及压裂过的井和井底有污染的井等各种情况下的21个溶解气驱油藏进行了计算 结果表明IPR曲线都有类似的形状 并绘制出了如图1 13所示的参考曲线 称Vogel曲线 用方程表示为 1 11 式中qomax是流压为零时的最大产量 图1 13参考曲线与计算的IPR曲线的比较 应用Vogel方程可以在不涉及油藏及流体性质资料的情况下绘制油井的IPR曲线和预测不同流压下的油井产量 使用很方便 三 Vogel方程 如果把多层油藏简化为图1 15a所示的情况 并假定层间没有窜流 则油井总的IPR曲线将如图1 15b所示 图1 15多层油藏油井流入动态 总的IPR曲线是分层IPR曲线的迭加 其特点是 随着流压降低 由于参加工作的小层数增多 产量增加 采油指数随之增大 四 多层油藏向井流动 油 气和水从地层进入生产井后 在井筒中形成了单相 油 气 水 两相 油水 气水 油气 或油气水三相流动 利用地面油 气 水产量信息可以了解井下可能出现的相态 利用地面油 气 水产量信息可以了解井下可能出现的相态 对于地面同时产油气水的井 应根据泡点压力和流动压力的关系确定是油水两相或三相流动 第三节油气水在垂直管道中的流动 层流 靠近管壁处流速为零 管子中心流速最大 流体分子互不干拢 成层状向前流动 紊流 靠近管壁处流速仍为零 其次有很薄的一层属于层流 沿轴向的速度剖面较平坦 流体分子相互干扰 杂乱无章地向前流动 D 套管内径 V 平均流速 流体密度 流体粘度 一 单相流动 1 入口效应 从圆管入口或从射孔层内进入管道的流体 由于附面层的影响 需经过一段距离L才能达到完全层流或紊流 这种现象叫入口效应 2 连续性方程 1 可压缩流体连续性方程为 2 不可压缩流体连续性方程为 在生产井内 沿解释层段的压力 温度变化不大时 油 气 水都可看作不可压缩流体 流体质量守恒特性用连续性方程描述 能量守恒在流体运动中是通过伯努利方程体现的 具体形式是 Z1 Z2 沿套管方向的两个深度点 P1 P2 相应的压力 V1 V2 相应的流体速度 单位流体的重度 hf 单位重量的流体通过1 2界面的平均能量损失 a 动能修正系数 3 圆管中的伯努利方程 体积 质量 流量Q 单位时间内流过断面的流体体积 质量 平均速度Vm 单位时间内流过流断面的总体积与过流断面面积之比 相平均速度 表观速度 折算速度 持率 它是指在两相流动过流断面中 某相流体面积占总面积的份额 体积含量 单位时间内流过过流断面的总流量中某相流体所占的体积份额 滑脱速度 多相流动中某两相流体速度差的绝对值 二 两相流动 1 基本概念 定义关系 2 基本关系 含水率与持水率 密度与含量 持率 压力梯度 密度 V 流速 f 流动摩擦系数 气流体在流管中的分布状态 3 流型 4 流型边界划分 Duns Ros流型图 图1 35Duns Ros流型图 泡状流 Qg200 145Qlm3 d 5 Taitel流型边界 环雾流 段塞流 泡状流 分散泡状流 泡状流 分散泡状流 段塞流 环雾流 图1 36Taitel流型图 6 解释模型 由于两相流动不能简单地归结为单相流的层流和紊流流动 因而处理方法大不同 目前用于研究两相流动的模型有三种 均流模型 分流模型和漂流模型 较为普遍的方法是用漂流模型和分流模型 滑脱模型 进行生产测井资料处理 泡状流动 C0 1 2 由Harmathy公式确定 Yg 持气率 Vm 气液两相无相对运动时的流速 C0 分布系数 Vl 1 53 g l g l2 0 25 段塞流动 C0 1 2 用Taylor泡上升速度取代 Vl 0 345 g l g l2 0 25 过渡流 C0 1 0 用Taylor泡上升速度限代 Vl 0 345 g l g l2 0 25 环雾状流动 漂流速度近似为0 气液分布均匀 Yg Cg 1 漂流模型 分流模型是将两相流动看成是各自分开的流动 每相介质有其平均流速和独立的物性参数 Vsg 气相的表观速度 Yg 持气率 Vsgl 滑脱速度 Vm 流速 泡状流动 Griffith Vsgl 24 6厘米 秒Schlumberger公司 Yg8000时 Vsgl 0 35 8 74 10 6Re gD 0 5 3000 Nb 8000时 Vsgl 0 5 Vsl Vsl2 13 59 l lD0 5 0 5 其中 Vsl 0 251 8 74 10 6Re gD 0 5 Nb 1488Vsgl lD l Re 1488Vm lD l l 液体密度 磅 英尺3 D 管径 英尺环雾状流动 Vsgl 0 2 滑脱模型 分流模型 图1 39为Govier和Hasan等人提出的油水两相流动流型图 横坐标为油水两相流动中 油的表观速度 纵坐标为水的表观速度 图1 39油水两相流动流型图 1英尺 0 3048米 三 油水两相流动 1 流型及边界划分 在生产测井解释时 通常用下式判断解释层的流型 1 52 对于小油泡向大油段塞的过渡边界 Hasan给出以下判别公式 1 53 2 油水相速度确定 用于油水各相表观速度计算的模型主要分两种 一种是滑脱速度模型 另一种是漂流模型 1 滑脱速度模型滑脱速度模型的流动示意图如图1 40所示 将油水看作是各自分开的流体 油水间的滑脱速度为VS 若水的流速是VS 则油的流速 图1 40油水滑脱模型示意图 下式即为确定油水表观速度的滑脱模型 1 54 式中VSO 油的表观速度VSW 水的表观速度利用上式确定表观速度的关键是确定滑脱速度 通常利用右图所示图板确定VS 其对应的计算公式为 1 54 图1 41滑动速度与密度差的关系 2 漂流模型 漂流模型的一般形式为 1 55 VSO 油的表观速度 Vm 多相混合物的速度 Vl 液相速度 Yo 持油率 a 对于泡状流动和段塞状流动 当c0 1 2 n 2时 可得较好的效果 其具体形式为 1 56 b 对于乳状或雾状流动 四 油 气 水三相流动 如右图所示 Ba和Bb为泡状流 S表示段塞流动 Ba 任意两相间存在明显的滑脱速度 Bb 油水间的滑脱速度减小 S 油水间的滑脱速度很小 图1 42三相流动流型图 1 油气水三相流动的流型 计算油气水三相表观速度的滑脱速度模型为 1 57 1 58 1 59 1 60 或 Vsow Vsgw Vsgo分别表示油水 气水 气油间的滑脱速度 Yg Yo Yw分别表示气 油 水的持率 Vso Vsw Vsg分别表示油 水 气的表观速度 式中 图1 43油气水速度分布简化模型 2 三相流动各相流速分布 相态图通常用P T图进行研究 油气属多组分烃类 其相应的相态图如图所示 图1 44多组分系统相态图 五 烃类相态与油气两相流动 1 多组合烃类相态图 对在地层中以液态存在 可根据其在地面产出的性质将原油划分为低收缩原油和高收缩率原油 图1 45和图1 46分别是低收缩率原油和高收缩原油的相态图 图1 45低收缩原油相态图 图1 46高收缩率原油相态图 2 典型原油相态图 1 反凝析气相态图图1 47是反凝析气的相态图 其临界点的位置 取决于轻烃含量的多少 而实际凝析气藏的温度则处于临界温度和临界凝析温度之间 由凝析气藏可以采出凝析油和天然气 图1 47反凝析气的相态图 3 天然气的相态图 2 湿气相态图 湿气含有的烃类重组分比凝析气少 相态图的分布范围较窄 且临界点也向低温方向移动 见图1 48 图1 48湿气相态图 3 干气相态图 干气的主要组分是甲烷和少量的乙烷 其它重烃的含量小 典型的干气相态图如图1 49所示 图1 49干气相态图 原油采收率是采出地下原油原始储量的百分数 即采出原油量与地下原始储量的比值 一个油藏原油采收率的高低既和相应的地质条件有关 又和现有的开发采油工艺有关 第四节提高原油采收率原理 一 基本概念 a 一次采油 一开天然压力能量进行才油的方法 b 二次采油 用注水或注气方法弥补采油的亏空体积 增补地层能量进行采油 c 三次采油 其特点是针对二次采油未能采出的残余油和剩余油向地层注入其它驱油工作剂或引入其它能量的方法 1 一次采油 二次采油 三次采油 采收率的表达式为 对于溶解气驱油藏 对于水驱油藏 式中 Sor 残余油饱和度 Swi 束缚水饱和度 Sg 枯竭压力下的含气饱和度 Sinw 进入油层中的水 ER 采收率 1 61 1 62 1 63 2 一次采油的采收率 注入工作剂时的采收率取决于波及系数和洗油效率 其具体关系为 式中MV 体积波及系数 MD 洗油效率 AS 工作剂扫过的油层面积 hs 扫过