水平井生产测井技术进展

1、水平井生产测井技术进展水平井生产测井技术进展吴 锡 令（中国石油大学北京）（中国石油大学北京）主要内容：主要内容： 一、水平井生产测井技术问题一、水平井生产测井技术问题二、水平井生产测井技术现状二、水平井生产测井技术现状三、水平井生产测井实验研究三、水平井生产测井实验研究四、流动成像测井技术研究进展四、流动成像测井技术研究进展一、水平井生产测井技术问题一、水平井生产测井技术问题 水平井生产环境水平井生产环境 水平井完井类型水平井完井类型 测井技术应用范围测井技术应用范围 水平井生产测井工艺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响应 水平井测井的特殊问题水平井测井的特殊问题一是完井

2、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、水平井生产测井技术现状二、水平井生产测井技术现状4个微型转子流量计FloView、GHOST探针各5个流量计、FlowView和GHOST探针各1个 SCHLUMBERGER水平井集成化测量仪器水平井集成化测量仪器 FlagshipFlagshipE El lo on ng ga at te ed d B Bu ut t C Co om mp pl le et te e S Sl lu ug g F Fi ig g- -5 5-50200450700950120014501700051

3、0152025T Ti im me e ( (s s) )C Co ou un nt ts s ( (C CP PS S) )SignalStatOxiFlowDcyCorOil VelocityWaterVelocityRSTC/O 三相持率三相持率FloView/GHOST ToolsElectrical imagingMarker injectionwaterFlowGas SlugVelocity持率持率速度速度Time-of-FlightE and O-probes and I/C spectra SCHLUMBERGER水平井集成化测量仪器水平井集成化测量仪器 Flag Scann

4、er Flag Scanner4个微型转子流量计FloView、GHOST探针各5个流量计、FlowView和GHOST探针各1个SCHLUMBERGER ：Pin-Point Pin-Point 精确测量精确测量三个数据同时在同一截面测量三个数据同时在同一截面测量YVAmp DEFT DEFT 测量应用测量应用根据探针附近流体的导电性，导电性流体为水置逻辑 0，非导电流体为油或气置逻辑 1。探针探针Reflection of light to photodiode is high in gas and low in liquid.GHOST GHOST 持气率光学探针持气率光学探针SCHLU

5、MBERGER 的的RST测井测井测井应用：测井应用：nSigma/孔隙度孔隙度nC/O - SwnCapture - 岩性识别岩性识别nTPHL 三相持率测井三相持率测井nPVL 相速度测井相速度测井nWFL 水流速测井水流速测井RSTToolWaterOilGasBorehole OilBorehole WaterFormationWaterFormation OilC/O Model ResponseFar C/O RatioNear C/O RatioGGGGY = 0.00Y = 0.33Y = 0.67Y = 1.00Gas Hold-Up ResponsePorosityInel

6、astic N/F RatioCarbonOxygenInelastic SpectrumCountsEnergy (MeV)YOYGo-oCasingYGYWN/F RatioNear & Far C/OSCHLUMBERGER ：三相持率三相持率TPHLTPHL测量原理测量原理水平井生产测井综合曲线图水平井生产测井综合曲线图水平井生产测井解释结果图水平井生产测井解释结果图气油水井斜导致的持率改变 BAKER ATLLAS: BAKER ATLLAS:多电容流体剖面测井仪多电容流体剖面测井仪(MCFM)(MCFM)测量探头：测量探头：采用28个电容传感器，分成八列装在S形旋翼上构成。

7、探测特性：探测特性：根据流经每列传感器的流体介电性质区分油气与水。测量应用：测量应用：每个传感器处的测量值可以求出局部持水率； 对1、2、7、8列的测量信号相关处理确定相速度； 可以将测量记录的时序数据转换到频率域， 与模拟实验的功率谱比较识别流型。 HALLIBERTON: HALLIBERTON:电容阵列多相持率测井仪电容阵列多相持率测井仪(CAT)(CAT)n测量探头：采用12个电容传感器，分别装在12个支撑臂上构成。n探测特性：根据流经每个传感器的流体介电性质区分油气与水。n测量应用：每个传感器的测值求出各自的局部持水率；所有传感器的测值求出截面的平均持水率；各个传感器的测值用不同颜色

8、和辉度表示，按时间连续显示管道的不同流体分布状况。三、水平井生产测井实验研究三、水平井生产测井实验研究（1）流体相态：）流体相态： 油水两相，油水两相， 气水两相气水两相（2）井斜（）井斜（）：）： 90，45，30，15, 0， -15，-30，-45（3）流速（）流速（m/s）：）： 0.01，0.03，0.05, 0.1, 0.3, 0.5（4）含水率（）含水率（%）：）： 0，10，20，30，40，50， 60，70，80，90，100（5）测速（）测速（m/min）：）：0，4，8，12，16，20（6）测量仪器：）测量仪器： 电容阵列仪电容阵列仪CAT，伽马流体密度计，电容持水率

9、计，伽马流体密度计，电容持水率计， （Sondex系列）系列） 全井眼流量计全井眼流量计FBS或连续流量计或连续流量计CFGM（CFSM）流动实验测量仪器系统油水两相流动实验测量 实验测量8种井斜角度， 320组流量配比。 取得420份仪表记录数据， 2860份仪器测量数据， 1280份摄像摄影资料， 36份关井持率数据。 总计数据量达4596份。 气水两相流动实验测量 实验测量8种井斜角度， 219 组流量配比。 取得195份仪表记录数据， 1159份仪器测量数据， 1780份摄像摄影资料， 146份关井持率数据。 总计数据量达3280份。 流动实验测量中发现的问题n井斜井斜 4545 以上

10、时，扶正器不能支撑，仪器只能以上时，扶正器不能支撑，仪器只能贴井壁下部移动；贴井壁下部移动；n气水两相测量时，全气流速达气水两相测量时，全气流速达1m/s1m/s，全井眼流量，全井眼流量计计FBSFBS仍不能正常转动；仍不能正常转动；n同一流动条件下，电容阵列仪同一流动条件下，电容阵列仪CATCAT的下测和上测的下测和上测显示不同。显示不同。流动实验数据整理 数据整理包括数据整理包括 仪器测量：Va（m/min）、FDEN（g/cm3）、HYDR（CPS）、CAT 流量配给：QW（m3/d）、QO（m3/d） 仪表记录：PreB（MPa）、PreC（MPa）、 PreD（MPa）、TemB（）

11、 摄像资料：记录下油水混合物在II号井筒中的分布状况 共整理计量数据文件共整理计量数据文件420420个，整理测量数据文件个，整理测量数据文件28602860个，得到个，得到 数据整理结果表数据整理结果表7070个，每个表须填内容个，每个表须填内容5454项，共计算、整理和项，共计算、整理和 记录下了记录下了42244224个数据，用个数据，用CATlasCATlas处理得到了处理得到了28002800组数据。组数据。流动实验数据分析 数据分析包括数据分析包括 速度分析：VT（m/min）、Va（m/min）、CV（VT/ Va) 持率分析：YW（关井）、YW（密度）、YW（电容） 、 YW（

12、CAT1） 、 YW（CAT2） 流型分析：综合分析摄相和CAT资料, 确定每种流量配给下的流型。 得到得到6464张实验数据分析表，共计算、分析和记录张实验数据分析表，共计算、分析和记录 3840 3840个个 数据，用数据，用CATviewCATview观看了观看了14401440个数据图像。个数据图像。油水两相流动速度剖面校正 气水两相流动速度剖面校正 油水两相流动持水率计算比较 气水两相流动持水率计算比较 水平井多相流体流型判别根据目前对CATview成像的结果来看：流体分层流动情况下，CATview成像可以清楚反映井下流体介质分布状况。流体其它流动情况下， CATview成像不能清楚

13、反映井下流体介质分布状况。水平井油水两相流型的边界 水平井气水两相流型的边界 四、流动成像测井技术研究进展四、流动成像测井技术研究进展 n成像测井的成像测井的技术实质：技术实质： 运用一个物理可实现系统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完成被测量物场某种特性分布的 Redon变换和变换和Redon逆变换逆变换n成像测井的成像测井的技术特点：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采用图像显示有助分析人员的直观形象思维n成像测井的成像测井的测量系统：测量系统： 数据采集数据采集 + 数据处理

14、数据处理 + 图像重建图像重建 + 图像分析图像分析多相流动成像测量系统多相流动成像测量系统重建图重建图像显示像显示特征提取特征提取感应阵感应阵列激励列激励及数据及数据采集采集图像分析图像分析成像截面成像截面 信号信号预处理预处理图像重建图像重建相相浓浓度度相相速速度度流型流型传感器阵列传感器阵列主控计算机主控计算机流动成像电磁测井方法研究流动成像电磁测井方法研究n物理基础：物理基础： 水与油气的导电和介电性质差异水与油气的导电和介电性质差异n测量原理：测量原理： 在油井混合流体中激发电磁场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利用环状阵列电极扫描测量n测量信号：测量信号： 复电

15、压复电压幅度、相位幅度、相位Z向 测量横截面 电极 时谐场的矢量波动方程：时谐场的矢量波动方程：理论研究的突破和结论：理论研究的突破和结论：n油井中并不存在严格意义下的截止状态，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。可以传播高频或低频电磁波。n导波的衰减和相移除与电磁波的角频率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有关外，主要取决于井内流体介质的电性参数。电性参数。 MJEE121iJMHH121i 油井中电磁波传播特性分析油井中电磁波传播特性分析n物理模型n数学模型波动方程:Helmholtz近场假设下:Laplaceq测量响应123456

16、78910111213141516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)()()(*22rArrA0)(*rDABABABdvzyxzyxzyxCde),(),(,( 流动成像测量方法设计流动成像测量方法设计 图像重建算法研究图像重建算法研究n数学模型n离散简化DiiidxdyyxyxGyxm)88, 2 , 1(),(;,(),(DDDdxdyyxyxGyxdxdyyxyxGyxdxdyyxyxGyxmmm),(;,(),(),(;,(),(),(;,(),(88218821NlllllNlllllNlllllwwwGwwwwGwwwwG

17、wmm(;()()(;()()(;()(测量探头流动模拟装置控制电路激发仪器测量仪器 物理模拟测量实验物理模拟测量实验 连接网络分析仪作为电磁波的激发和接收装置，利用实验传感器进行了均匀物场全连接网络分析仪作为电磁波的激发和接收装置，利用实验传感器进行了均匀物场全空气、全水实验和不同持水率的气空气、全水实验和不同持水率的气- -水分层流动实验。实验结果表明：水分层流动实验。实验结果表明：l 测量信号特征明显，能够重建气水分层流动的清晰图像；测量信号特征明显，能够重建气水分层流动的清晰图像；l 测量平均值与持水率呈非线性关系，计算持水率最大误差不超过测量平均值与持水率呈

18、非线性关系，计算持水率最大误差不超过2%；l 测量平均值与层界面高度呈线性关系，计算层界面高度最大误差不超过测量平均值与层界面高度呈线性关系，计算层界面高度最大误差不超过3% 。频率(MHZ)功率（dbm）动态范围(mv)3100.133200.176100.186200.2210100.3610200.4130105.0530205.27测量系统稳定性测量系统稳定性 气气- -水分层流动测量响应水分层流动测量响应 持水率和层界面参数确定持水率和层界面参数确定 计算项计算项实验项实验项测量平均测量平均值值mV）计算计算持水率持水率 实际实际持水率持水率绝对绝对误差误差相对相对误差误差持水率35%100.3990.347 0.35-0.003-0.009持水率75%124.8300.740 0.75-0.010-0.013持水率85%132.7070.835 0.85-0.015-0.017 计算项计算项实验项实验项测量平均测量平均值值(mV)计算水计算水层高度层高度（mm）实际水实际水层高度层高度（mm）绝对绝对误差误差（mm）相对相对误差误差持水率35%100.399 46.7 45.9 0.820 0.018 持水率75%124