产气剖面测井培训PPT课件

生产测井技术基础培训 黎明 主要内容 生产测井基本概念仪器原理介绍及测井技术生产测井设计曲线质量控制曲线认识及典型曲线特征资料解释技术资料解释难点 一 基本概念 生产测井是在油气井完井后的整个生产过程中 应用地球物理测井技术对井下流体的流动状态 井下技术状况和产层性质及变化情况所进行的测量 主要目的是了解和分析油气藏的动态特性 提高油气产量和最终采收率 1 生产测井的定义 裸眼测井 石油勘探开发的 眼睛 静态目的 发现和评价油气层 了解储层物性及含油气性生产测井 石油勘探开发的 医生 动态目的 监视和分析油气藏和井的开发动态及生产状况 一 基本概念 2 测井发展历史 一 基本概念 生产测井作为一门年轻的学科 作为测井的一个分支 近年来也有了长足的发展 2 生产测井发展历史 1930年 井温测井1940年 流量1950年 流体密度和持率测井1980年以后 多探头仪器 适合于大斜度井和水平井的多臂持率仪 流动扫描成像 脉冲中子测井仪有待解决的技术难题理论问题 方法问题 流量测量的精度和成功率一直是制约生产测井的因素之一 科学家在不断改进涡轮流量计的同时 努力寻求其它替代方法 高含水持率仪的研制 斜井 水平井产液剖面测井施工工艺及解释方法 应用问题 3 生产测井施工类型 主要包括4大类 产出剖面注入剖面 注水 聚合物 氮 二氧化碳 蒸汽 工程测井 窜漏 套管质量 固井质量 酸化压裂评价 储层评价测井 中子 碳氧比 热中子寿命 PND S PNN 过套管电阻率测井等 一 基本概念 4 生产测井应用 建立基本的流动剖面常规动态检测 单井诊断 气 水的来源 油套管质量 封隔器密封情况检查查漏找窜确定采油指数 无阻流量 了解油藏压力评价酸化压裂效果检查射孔质量和层位贡献寻找遗漏的油气层确定流体界面注入剖面测量 一 基本概念 产出剖面测井 主要是通过测量井筒内流体的流量 持水率 密度 井温 压力等参数 确定生产井的生产剖面即分层产油 产气 产水情况及了解各层的压力消耗情况 为开发方案的制定提供依据 产出剖面测井技术 九参数测井 主要用于多相流情况1 流量 涡轮 示踪 集流与半集流伞 电磁 2 流体密度 压差 放射性 3 持水率 电容 微波 低能源 电成像 4 压力 石英压力计 5 温度6 GR7 CCL8 X Y井径9 持气率 放射性 产出剖面测井技术 一 基本概念 典型生产测井组合 二 仪器简介 Tools 二 仪器原理简介 InlineFullborePetalBasket 涡轮流量计 简单但是最重要的测量方法测量参数 通过RPS获得混合流体视速度连续式流量计 适合于高产井全井眼流量计 测量动态范围广 但不适合于高产量井伞式流量计 只能用于点测 适合于较低流量井测量 影响井内流型 二 仪器原理简介 二 仪器原理简介 二 仪器原理简介 零流量层涡轮流量计转速与电缆速度的响应关系曲线 正转涡轮响应频率 f K VT Vth 负转涡轮响应频率 f K VT Vth VT 电缆速度 下放为正 上提为负 Vth Vth 正负转动时的启动速度 与流体性质和涡轮摩阻有关 无符号 K K 正负回归线的斜率 为仪器常数 与涡轮材料和结构 流体性质有关 二 仪器原理简介 正转涡轮响应频率 f K Va VT Vth 负转涡轮响应频率 f K Va VT Vth b b 可以通过多次测量点 用线性回归法得到 Vth Vth 可以通过在零流量层的刻度得到 这是所有涡轮流量计刻度的理论基础 产层涡轮流量计与电缆速度的响应关系曲线 Va b Vth Va b Vth f K VT Vth f K VT Vth 二 仪器原理简介 比较理想的响应 存在干扰的响应 漏失内径变化井口改变工作制度测速发生变化流体界面套管破损结垢结蜡涡轮损坏 仪器异常 影响涡轮转速的因素 二 仪器原理简介 二 仪器原理简介 密度和持率仪 二者都属于流体性质识别类测井方法 用于多相流情况 仪器类型包括 FluidDensity压差式放射性密度仪Hold up电容式 阻抗式成像类泡计数率光电检测类 能够回答的问题 储层产出流体的性质锥进情况直接获得储层情况下流体密度获取井筒中的流体界面 主要是利用油和气 4 与水 78 的介电常数具有显著差别原理进行设计和测量的 通过感应器测试到井下流体恒定的电介质 这样容水器就能很快导出校准输出 这种容水器在进行流体或液体密度测试时 可以对三相流体进行分析 优点 结构简单 响应速度快 在油连续时工作性能较好 局限 水连续时灵敏度较低 响应强烈依赖于流速 低流速时电极易受原油沾污影响 二 仪器原理简介 密度和持率仪 伽马密度计 仪器组成伽玛源 计数管 流体通道 二 仪器原理简介 压差式密度计 二 仪器原理简介 压差式密度计通过直接测量两点的压差来求取密度值 压力求导得出的拟密度 二 仪器原理简介 需要进行 摩阻校正井斜校正 二 仪器原理简介 仪器的刻度 密度仪的刻度应在车间进行 通过刻度一方面检查仪器 另外也能得到仪器的响应值 该值不经常变化 在现场只需检查空气和水中的计数 a 带好护帽 防止接头进水b 使仪器保持直立 在以下尽可能多介质中记录100s的读数 空气 汽油 柴油 纯水以及浓盐水 介质深度大于30cm 用液体比重计测量各流体的密度 用其它介质中的计数除以纯水中的计数 并取以10为底的对数 绘出仪器密度和计数率图 电容式持水率计 测量原理 利用油气 4 与水 78 的介电常数差异 探头为同轴柱状电容器 振荡电路的振荡频率是该电容的函数 记录的是cps 值越大持水率越小 二 仪器原理简介 需要刻度标定 下井前进行现场刻度 水 空气或油 关井测量时在油 水中刻度 目的是将CPS转换为持水率 Yw f 标准化的测量响应 CPS 仪器测量的上限一般测量上限最高为Yw 60 最可靠测量为Yw 30 实际应用过程中 当含水率超过40 时 因水会成为连续相而使电容式持水率类测量仪器精度下降 电容式持水率计在油为连续相的井中应用效果良好 二 仪器原理简介 二 仪器原理简介 二 仪器原理简介 井温测井在地层未被扰动的情况下 地层温度与深度呈线性关系 每百米温度增加大小称地温梯度G 当地温梯度已知的情况下 某一深度的地层温度 Tdepth T0 D 100 GT0 地表温度D 深度G 地温梯度 二 仪器原理简介 井温测井 检查套管漏失检查层间或管外窜槽评价压裂效果与压力曲线一道参与流体PVT参数计算即使流量较低的情况下 也可用来辅助判断产出或注入位置 反映灵敏度高于涡轮流量常规生产测井中唯一能够测得套管后面信息的方法两相流动情况下的定量解释 产液情况 GeothermalGradient 二 仪器原理简介 2 产气情况 二 仪器原理简介 管外窜槽 二 仪器原理简介 层间窜流 二 仪器原理简介 有气体产出时 因气体流入井筒时压力骤降 会发生膨胀吸热现象 在产出位置都会有降温现象 即通常所说的温度负异常 实例 产气 二 仪器原理简介 自然伽马主要由高温碘化钠晶体 双碱性阴电极的光电倍增管 高压电源和探测器组成 二 仪器原理简介 自然伽马 二 仪器原理简介 仪器的刻度 伽马仪刻度 刻度时将刻度源和其它已知的放射源远离仪器20英尺之外 记录1分钟或更长时间的本底值计c1 将刻度源裹住仪器 使刻度源中部位于探头处 并用带子系紧 测量1分钟或更长时间设计数率为c2 仪器相应则为 c2 c1 源的强度 API单位 对于soondex公司系列伽马仪 刻度源下部应在距下接头1英寸位置处相差一英寸 计数降低2 二 仪器原理简介 仪器的刻度 持气率刻度和持水率刻度类似 在实际应用中 除了在地面刻度之外 基于解释上的需要 往往采取井下刻度的办法 井下刻度采用的是两点刻度 对涩北气田的产气剖面来说 在井底积液段 密度近似为地层水的地方刻度纯水值 在全流段 密度显示为单相气体的地方刻度为气值 压力 石英压力计 持气率计 X Y仪器可以测量X和Y方向的两个井径 用于测量裸眼井或套管井井径 X Y井径仪 二 仪器原理简介 X Y井径仪在套管同一截面内 记录互相垂直的两个套管内径值 确定套管截面的椭变程度 X Y井径仪外径较小 适合在井下情况不明时测量套变情况 适合为修井作业确定套变深度 检查补贴深度等对井径测量精度要求较低时测量套变情况 X Y井径测井仪 设计是确保施工成功的重要保障 首先了解测量的目的 1 井动态监测2 完井或措施效果评价3 井问题诊断确定采用何种组合的仪器 收集井中流体PVT数据 地面产量数据 预计井下流量大小 以便确定合理的测量速度 对于油水两相可以参考下式计算出的混合流体平均速度 三 生产测井设计 三 生产测井设计 不同管径情况下 用外径1 11 16 的生产测井仪器测量时 流体平均速度与流量的关系 三 生产测井设计 分析井下可能的流型 收集裸眼测井 试井 地质录井 可能的油水界面 井口压力 生产是否稳定 腐蚀性气体含量H2S CO2 水体类型 井斜数据 井口类型 井身结构图 套管序列数据 井身及管柱结构数据 完井管柱最小内径 射孔段 储层段 裂缝发育段数据 仪器串参数 长度 测量点 直径 涡轮叶片直径等 1 现场验收 现场监督 行业规范 见原始资料验收标准2 二次验收 发现曲线质量问题及时沟通 以便能够及时采取补救措施 3 提供刻度仪器数据 4 收集现场情况以及施工数据 四 曲线质量控制 可用来求取流体速度监测井的生产稳定性记录稳定的井下压力保证井口完全密闭的情况下 录取到压力平稳或波动较小 稳定生产时的测井资料在不发生异常情况 遇阻 卡 下 所有测井曲线要反映出井底零流层或死水区 在套采井工艺下 仪器要上测到油管内 在油套采井工艺下 仪器要测过循环开关在死水区 各目的层段上部 喇叭口上各处均要求点测 点测资料的重要性 五 曲线认识及典型曲线特征 1 井底出砂较大 曲线特征明显如涩7 10 2井 从密度曲线可以看出 在1120米 1106米 曲线波动大 说明该段井筒为气 砂 积液等多相物质 但从所测31口井来看 仅有该井和涩5 2 1井 砂遇阻 反应出砂严重 其余井均比较好 五 曲线认识及典型曲线特征 2 层间回流现象 回流 现象就是气 水相互脱离时 气向上走 水沿管壁下行的一种现象 当气体向上携液能力下降时 就会发生 如涩6 1 2 涩4 3 1 五 曲线认识及典型曲线特征 3 井底大量积液井从31口井测井情况看 发现有两口井 井底存在大量积液 基本为水 从而导致下部产层基本从水中产出气体 影响产量 与此同时 还会加剧套管的腐蚀 如涩7 0 1 涩4 2 1 五 曲线认识及典型曲线特征 4 时间推移测井显示涩2 7 3井 从06年到08年 连续三年测量 主产层并为发生改变 但随着产出程度的不断加剧 压力下降 产气开始下降 产水量增加 符合开发情况 另外 还可以明显看出 随着产气量的降低 气体携水能力的减弱 井底液面呈明显上升趋势 五 曲线认识及典型曲线特征 5 出水定性分析从测井曲线 可以定性识别出水层位 曲线标准响应特征为 GR高值反向 温度正异常 密度曲线增大 持水率 持气率降低 压力梯度增大 在实际测井资料中 由于液量较小 仅GR曲线 温度曲线反映明显 其它曲线特征不明显 五 曲线认识及典型曲线特征 6 视密度曲线的应用为降低测井风险 在对油套同采管柱或分层采气管柱或井底有防砂管柱的气井 不测密度曲线 这给资料解释带来了很大的困难 我们采用视密度曲线来参与解释 也可以称之为算术求解的压差密度 通过31口井分析比较 误差分析见表1 7 在产出段 算术求解的压差密度和放射性密度的值偏差很小 所以 在没有放射性密度曲线的情况下 完全可以用视密度来代替 进行资料分析 解释 如台5 8井 五 曲线认识及典型曲线特征 7 井下流型及流体性质识别利用八产数测井资料可以清楚的判断出井下的流体性质和流体流型 曲线典型特征 790米以下 压力 密度曲线显示主要为井底的水 流型主要为泡状流动 只有温度和流量能比较清楚的指示有少量产出 790米以上750米以下为 气水两相流动 流型主要为段塞流动 750米以上 压力 密度 持气曲线显示为单相气体 流型主要为单相雾状流动 六 单相流解释 层流和紊流 层流还是紊流由雷诺数决定 NRe A Vm 2000 4000之间为过渡态 Vm Vpcf Vapp层流 Vpcf 0 5 手工解释 紊流 Vpcf 0 83 手工解释 六 单相流解释 六 单相流解释 通过求解上述方程可以得出Vpcf Vpcf同雷诺数有关 也同涡轮叶片直径与套管直径之比有关 又是Vm的函数 所用求解过程只能采用迭代法 Emeraude用非线性回归迭代时 首先用假定产量来模拟计算出Vapp值 使下述方差最小化来求解上述方程 这里 Vapp 为测量得出的视速度值 单相流时 该残差项即是整个函数的最小化问题 多相流时 该项残差与其它仪器测量项的残差一起构成最小化问题 单相流解释流程 六 单相流解释 计算出的产量与地面产量差别很大 怎么办 可以使用SurfaceMathch 该功能引入一个修正系数VpcfMultiplier Vm Vpcf MultxVpcf r Vm xVappVpcf Mult VmSC Vm 六 单相流解释 六 单相流解释 根据气体的状态变化方程 ZscPscVsc Tsc ZwfPwfVwf Twf常温常压下 气体状态相当于理想气体 此时Zsc 1 Psc 0 101Mpa Tsc 293K 上式可简化为 Vwf Vsc ZscPscTwf TscZwfPwf Bg 3 447 10 4ZwfTwf Pwf Bg 气体地层体积系数又Vwf Vsc Mwf gwf Msc gsc 根据物质质量守恒Mwf Msc 式变为Bg gsc gwf 根据 式和 式 我们确定两种解释方法 两相管流 七 两相流解释 多相管流远比单相复杂 因为多相介质不是均匀流体 有相的分界面 除去流体与管壁之间的作用力 相与相之间也存在作用力 不仅每相介质与界面的相互作用不同 相与相之间相互作用也随着界面大小而变化 此外 大多数情况下各相的流动速度也有差异 因此 要确定多相流的流体力学特征 必须首先明确相的分布状况 鉴于多相流的复杂性 截至目前为止人们仅仅对两相流做了比较多的研究和了解 三相流的情况仍是各大研究机构和科研人员研究的重点 两相流的流型究竟有多少 严格来说很难明确区分 流型之间也没有严格的界限 但在一定的精度要求下 常把流型按其特征分为4 6个典型的流型 1 泡状流 2 段塞流 3 分层流 4 波状流5 沫状流 6 环雾流 七 两相流解释 油水两相流解释图版 七 两相流解释 水的表观速度Vsw 气水两相流解释图版 基本定义 七 两相流解释 A是管子的截面积 1 持率 某相占有管子横截面的面积百分比 它们满足以下关系 Yh Yl 12 平均速度Vh和Vl 3 滑脱速度 vslip Vl Vh 4 含水率 Cw Qw Qt 除需要流量测量外 两相时还需要密度或者持率测量 三相流时持率和密度都要测量 而且在解释模型和流动关系式中进行相关假设 5 表观速度 各相流量与管子截面积的比值 显然 Vsh Vsl Vm 表明两相之间没有滑脱 从涡轮流量测量我们可以计算出任何深度的混合产量Qm 可以通过直接测量得到持率 或者当知道每相密度时从测得的混合流体密度得出持率 七 两相流解释 当平均速度Vh和Vl相等时 Qh Ql Qm 从而得出式 1 2 的解 1 2 Qh Yh Qm X轴给出了重质相的表观速度 值在0 Vm之间 在Vsh和Vm之间为Vsl 重质相持率和表观速度之间比例关系为过原点的红色直线 其斜率即为混合速度的倒数 用测量的持率找到在直线上的截点 就可以得到Vsh和Vsl 七 两相流解释 Emeraude解决方案当平均速度Vh和Vl相等时 Vh Vsh Yh Vl Vsl Yl Vsh Vsl Vm则有 Yh Vsh Vm 这时 重质相持率比无滑脱时大 由于滑脱效应以及流型随相持率的变化 重质相表观速度和持率 或混合流体密度 之间的关系变为非线性 跟前面一样 假定已知Vm和Yh 就可以得出问题的解 七 两相流解释 当平均速度Vh和Vl不等时 但此时下述关系仍然成立 Vsh Qh AVsl Ql AVm Qt AVsh Vsl VmQh Ql Qt 七 两相流解释 在该图版中可以看出两相间密度差异对应的滑脱速度大小 Choquette 垂直短划线 计算出的总产量 垂直点线 计算出的重质相产量 水平短划线 密度测量值 水平点线 模拟的密度测量值 七 两相流解释 白色小三角输入的地面总产量 各色曲线用于计算密度模拟值的各种流动关系式 彩色方块地面重质相产量对应的不同流动关系式模拟密度位置 七 两相流解释 两相流动关系式 七 流动关系式 Aziz GovierLiquid Gas 1972力学理论结果仅适合于垂直管流 七 流动关系式 在垂直井中油相较多时使用效果较差GOR 5000时误差增大更适合于井斜45 90度的斜井适合于不同比重的油 七 流动关系式 Beggs BrillLiquid Gas 1973用空气和水在实验室得出的关系式 实验中考虑了右侧几种流型 ArtepLiquid Gas 七 流动关系式 无流型图通过三相流实验室建立的Liquid Gas两相流动关系式实验时管道倾角在0 90度之间变化该关系式不能解决井斜90度的情形 Dunns RossLiquid Gas 1963由实验室得出的垂直气液两相流动结论仅适于垂直向上管流处理雾流问题较段塞流情况更精确1000 GLR 5000大范围油比重 13 56 不适合于高含水井雾状流情况下以及凝析气井使用效果较好 七 流动关系式 HagedornandBrownLiquid Gas 1 500ft垂直实验井中获得的实验资料管径1in 1 in 1 in 油粘度10 110cp 80 F 油比重25 40 APIGOR 5000该关系式仅适合于垂直向上管流无流型图低流量时应用效果较差段塞流和高流量油井中用于效果良好 七 流动关系式 DucklerLiquid Gas 1980年通过2 5cm和5 0cm管子中用水和空气得出的实验结果经过力学理论推导仅适合于垂直井泡状流情况下进行了滑脱速度的井斜校正 Vs 60 x 0 95 1 Yh 1 Yh 1 50Vs Vsx 1 0 04xdeviation 可能是应用最广泛的关系式 尽管现代很多作者对其关系式的物理基础有些怀疑 七 流动关系式 Petalas AzizLiquid Gas 1996在斯坦福大学多相流实验数据得出的多相流经验关系式 基于20 000多组实验数据和实际井中获得的1800余组实测数据适合于各种类型和性质的流体适于所有角度和几何形状的井 七 流动关系式 Nicolas Choquette ABB Deviated ConstantslippageLiquid Liquid两相关系式 Nicolas Choquette和 ABB deviated 关系式都是Liquid Liquid泡流情况下的实验结论 将轻质相在静止的重质相中的上升速度设定为滑脱速度 NicolasEmeraude中对滑脱速度进行了井斜校正 Vs Vsx 1 0 04xdeviation Choquette油水两相中的常规滑脱校正关系式 Emeraude中对滑脱速度的井斜校正与Nicolas关系式相同 七 流动关系式 ABB DeviatedChoquette关系式的变种 专门从斜井实测数据中得出的成果 建议在斜井Liquid Liquid两相流计算中采用 Constantslippage在每一层输入一个固定的滑脱速度值 七 流动关系式 Nicolas Choquette ABB Deviated ConstantslippageLiquid Liquid两相关系式 传统的解释软件都采用两相流模型来解决三相流问题 即首先假设三相中的两相之间没有滑脱 例如将油水作为混合液相或将油气作为混合轻质相而将三相流问题简化为气液两相或水烃两相流问题 然后再引入有关参数将混合相的表观速度分开 Emeraude在Version2 10之前也是如此 Version2 10之后 引入了一个三相流模型和流型分析的概念 同时使用了2个滑脱速度和相应的流动关系式 Liquid GasLiquid Liquid 八 三相流解释 混合相为oil water 气构成三相流 采用Liquid Gas关系式引入参数fo 油在液相中所占百分含量来区分油水表观速度Vsg VslVso fo VshVsw 1 fo Vsh混合相为oil gas 水构成三相流 采用Liquid Gas或Liquid Liquid关系式引入参数fg 气在轻质相中所占百分含量来区分油气表观速度Vsw VshVso 1 fg VslVsg fg Vsl 八 三相流解释 3相流