利用分布式温度传感器数据成功获取气井流量剖面.docx

1、利用分布式温度传感器数据成功获取气井流量剖面杨保国（河南南阳油田石油勘探局生产协调处，河南南阳473132）摘要：分布式温度传感器（DTS）配有一个温度一压力模拟器，在多产层复合生产气井中应用，成功获得了流量剖面.该技术能够定量评价每个独立层对气井产量的贡献和进入井筒的水量。本丈分析表明，典型流量刮面所篱的一些关键参数能够从生产和美井时DTS所获取的瞬态剖面提取.这些参数通常不能通过常规温度测井获得，包括:地混剖面；井骨和近井地带的除耳一汤姆地效应；流体和地层的热力学性质。厚的非产层在校正局部流量和验证流体和地层性质时尤其有用.该流量剖面模型采用解析一数值方法建立，压力一温度模拟g用来预测井简

2、混度剖面，这个温度剖面是对每个独立层流量和生产层流入井筒流体温度的函数。此外，使用交互式错误最小化技术来拟合模拟温度与实际DTS数据。关键词：分布式湛度传感嚣；流量制面；压力一温度模拟器中图分类号:TM927文献标识码:A文章编号：10067981（2013）13004704收稿日期：2013-04-22作者简介：杨保国（1962），男，本科，工程师.对井筒内流体流动实时监测的迫切需要，推动了使用DTS获取流量:剖面技术的发展.其他的技术比如PLT（生产测井）和单点流量计能提供流动信息，但是没有某个单一的技术能够提供整个井筒连续的实时流虽分布信息。DTS跑在了获取整个井筒连续的实时流量信息的前

3、列，但是,DTS还存在一些局限性，主要是DTS分析的复杂性和缺乏简单易用的解释软件。DTS系统通常不会被生产流动干扰，能够更好的部署在有严格井下环境限制的井中，可以用于短期和长期监测方案。本文将讨论使用气井温度分布数据来获取流动剖面的过程。实际的温度剖面和所得到的分析结果（包括分层产量、地层水进入位置和不同产虽下的生产动态变化），将诠释本文所提到DTS流量剖面方法的价值.1DTS流量分布系统DTS流景分布系统由三个主要部分组成，特别是在本文例举井的应用中，包括数据采集系统、井筒模拟器和分析技术。1.1数据采集系统DTS数据采集系统使用布满整个井筒的光纤来作为分布式的温度传感器使用iViewDT

4、S可视化软件进行温度调整和深度校正。1.2井筒模拟在开始流量定位分析的时候，流动模型需要输入DTS数据、沿井筒压力数据和地面流体产量。i-Flow拟合器采用井筒和近井筒压力一温度模拟组件，结合最小化误差技术，连续的在整个井筒深度上拟合DTS数据和井筒的压力数据（这些数据与流1ft和焦耳一汤姆迎效应有关）。1.3分析技术最初的定性分析技术是被用来验证深度、让其他数据与时间对应、记录井下情况、鉴定温度异常点和确保数据的连续性和质量。在分析阶段，其它一个关键信息是：轴点的出现。轴点是地温的良好指示,这将在下部分解释。为确保流匿定位结果的精度，那些不稳定的温度剖面没有被选择用来分析，是因为模拟器不能处

5、理井筒内反杂的流体流动。2模型构建模型构建首先要输入详细的井斜数据,这对温度、压力以及地温计算十分重要。必须尽可能详细的输入完井管申数据，因为哪怕一个很小的组件或者尺寸上的改变，都会导致温度的异常,特别是在关井阶段。剩余的静态数据来源于已知井,岩石和流体属性也需要一起输入.模型将记录下入DTS监测设备之前的流动阶段，这个阶段在输入时，产量为单一值（表示为整个井筒的累积产量），开井时间为等效的连续生产时间。这样是为了解释从开始地温未被干扰到后续过程的整个温度变化.2.1定义地层温度在热力学模拟器中认为井筒中所有温度的动态变化都是与未干扰的地层温度削面相关的，而这个未干扰的地层温度剖面简称地温剖面

6、.在初始阶段,从井口到井底的地温，是通过恒定的地温梯度计算获得。而后，其它的地温信息，比如关井温度测井曲线、地层测试所得的流动温度和从DTS数据中提取的地温轴点（GPP）也会被加入计算。地温轴点为在某一恒定产最流动阶段,无热量传递的深度点。这些轴点位于两流动区块深度之间，在气井中很常见。在气井生产中，低位置的流体温度在地温剖面以下，随着流体在井筒内向上流动，流体被逐渐加热至地温.接着，流体温度随者持续向上流动，温度逐渐下降，在这个过程中会达到一个相对的最大值。其中，流体温度穿过地温的点，被称为GPP。相对于流动阶段,关井时，温度剖面轴心接近GPP,这是因为关井的时候流动温度相对于地温只是很少的

7、温度变化。图1中显示了典型的GPP点。图1iflow拟合敷据（地温轴点2.2模型的前期校正从井底到地面的地温数据在校正储层和整个流体热力学性质、计算油套内摩擦和验证井的总产最方面十分有用.定筮分析流程第一步是,模拟射孔段顶端到井口的流动温度。这样做的目的就是为了对比非生产段的模拟温度和实际DTS温度数据。可以通过调整井筒和流体的热力学参数来实现这个拟合过程。在这个阶段，认为所有的流体通过射孔段顶端流入井筒.在这个位置进入井筒的温度等价于射孔段顶端的初始流动温度。曲线上部拟合已经确定了地温梯度、改进了产出气和地层热力学性质并对管柱内部的摩阻和焦耳一汤姆逊效应进行预测。输入模拟器用来拟合的主要参数

8、是：地层传热系数（导热系数）和比热容，以及产出流体的焦耳一汤姆逊系数。3模拟和剖面拟合一旦上述变量建立以后，就可以开始拟合过程。模拟曲线可以通过改变每个射孔段流段和焦耳-汤姆逊效应来拟合，这是一个试错的过程，需要不断尝试。沿着流动方向，持续重复上述拟合过程.就可以拟合整个曲线。流动方向通常就决定了拟合路径的方向。在生产井中，拟合是从井底往上（朝井口）拟合.3.1总生产层拟合剖面拟合过程可以分为三个阶段：初步拟合、模拟和优化。拟合的射孔孔眼上部可以外推至生产段。通过初步拟合，三个主力产层的每一层的总产撤可以计算出来。这个阶段所建立的产域是后续模拟所需遵守的。每一层的焦耳一汤姆逊冷却效应可以通过实

9、际温度和地温的差值来计算得到。对数据的初始评估很一般，只能获得某些希望得到的数值，这些结果输入到模拟器作为启动数据。在模拟阶段，每个主力产层都被看做是独立的，曲线基于不同产层的贡献率而精炼。在每个流体进入点，需要输入一对相关的数据，它们是：持续的生产产量、对应深度的焦耳一汤姆逊冷却效应值。3.2详细层位拟合通过初始拟合计算，最下部射孔段的焦耳一汤姆逊效应值能直接从曲线上得到。这个值是有效的,因为在此以下，没有流体流入，故没有产生复合效应.但在上一个射孔段，因为下部流体与该层位产出流体的混合，那么这层流体的温度不能代表流体实际流入温度.实际结果是，输入模型的每层焦耳一汤姆逊效应值将大于对应深度的

10、实际DTS测试数据。在那些焦耳一汤姆逊效应值难于确定的层位，储层压力可以用来作为计算的约束条件。根据焦耳一汤姆逊系数定义,JTC值可以通过第一个流体进入点来确定.如果认为每个生产层的流体产出情况一样，那么每个流体进入点的焦耳一汤姆逊系数是一样的。获取每个流体进入点的JTC之后，可以通过下式计算地层压力：Pr=P”,+箓（1）这个计算所得到的结果和储层压力对比来确定深度点的焦耳一汤姆逊效应。流量/焦耳一汤姆逊冷却值在每个流体进入层计算，直到所有的非射孔层被匹配。针对射孔段，这个过程在三个主要射孔层不断重复，直到所有整个井筒的数据曲线被完全匹配。3.3拟合优化一旦合理的拟合完成以后，就可以开始优化

11、过程，通过交叉检查压力和产量:，与实际测试数据作对比，进行不确定性分析(尝试过程).这个不确定性系数R定义为：S(T.-T.)1(2)R给定的生产速率，T.-模拟温度；T.一DTS实测温度.通过画出对应产质的R曲线，找出R的最小值就可以获得最佳产量。同样的方法，可用来检查进入点的温度.4不确定性流体进入的最深点(层位)显示了最低的不确定性当流体上流与其它层位流体混合后，不确定性逐步增加。这个论题本身非常笈杂，希望在以后的研究中再做讨论.5实例分析如图2所示，这口井为单通道完井，射孔段分布在几千英尺的范围.该井地质情况很复杂，乍一看，判断其为巨大的砂岩储层.但通过严格的自然伽马测井测试后发现，内

12、部有页岩，是一种页岩/砂岩互层序列的储层，整个储层的渗透率非常低。为更好的开发油田，有必要进行大范围的水力压裂。在该井实施增产改造面临着巨大的调整，多达22次改造措施被用来改造70段不连续的砂岩，距离长达几千英尺。贯穿产层段的渗透率变化进一步加大了储层改造措施的亥杂性.图2完井方式、GR测井曲技和地温梯度温度拟合过程：图3显示的J&iFiow在整个井筒上的模拟.图4是图3的放大版，放大显示了延展有几千英尺的射孔段部分的iFiow模拟结果.这个模拟过程，在前面章节已经论述，模拟的是DTS实际数据和iFiow计算值的匹配性。在这个匹配过程中，实际上是一个最小误差技术使用的过程。结果概要：在

13、图3和图4中，很容易识别出主产层和非主产层.从图上初看就能发现大多数砂岩单元都是产气层.这些砂岩单位可以归分为几个生产层段。图3整个井简温度割面Sinyi«Rate.Frxturg图4射孔段iSL度曲线图5DTS和PLT贡献率对比通过迭代计算焦耳一汤姆逊系数和单层流量,以及沿着流域方向的累积流散，每个产层段的贡献率能被确定.iFiow和PLT的解释结果能够很好的匹配,图5显示的是贡献率，在图中可以看到2处PLT和DTS数据不完全一致.通过图6的对比显示，涡轮数据很明显不稳定.转子每分钟转速的下降很明显，特别是从12000到12300ft段，以及从9600ft到地面.这种特征将使得PL

14、T分析非常困难并增加最终结果的不确定性.图6DTS和PLT敷据对比6结论DTS技术是鉴定水帝层位的有效、经济的方法.很明显，处理水窜的最好办法是在第一时间阻止其发生.尽管如此，水审常常是不可避免的，在水本将要发生或刚开始发生时就立即鉴定出那些层位，是最有效的方法.实时的DTS数据就提供了这么一个机会.DTS温度削面数据的真正价值是对一个较短时间段温度快速变化的观察.通过永置式的DTS装置能快速识别不同现象下的温度变化，并且通过一段时间以后，操作者能够学会解释变化所隐含的气井即将发生的水审事件.器的研究现状及趋势J.仪表技术与传感器.2007,8：13.2 王剑锋，张在宣，徐海峰，等.分布式光纤

15、温度传感器折测温原理的研究J.中国计量学院学报，2006,17(1)：2528Fryer,V.,Shuzing,D.44MonitoringofRealTimeProfilesAcrossMultizoncReservoirsDuringProductionandShutinPeriodsUsingPermanentFiberOpticDistributedTemperatureSystemsn,SPE92962presentedatthe2005SPEAsiaPacificOilandGasConferenceandExhibitionheldinJakarta,Indonesia,57Ap

16、ril2005.3 Brown*G.,Field»D.,uProductionMonitoringThrough,OpenholeGravelPackCompletionsUsingPermanentlyInstalledFiberOpticDistributedTemperatureSystemsintheBPOperatedAzeriFieldinAzerbaijanMSPE95419presentedattheSPEATCEheldinDallas,TX>912October2005.4 Lanier>G.H.,Brown,G.,Adams,L.,44BruneiF

17、ieldTrailofaFibreOpticDistributedTemperatureSensor(DTS)Systemina1,000mOpenHoleHorizontalOilProducer,MSPEPaper84324presentedatthe2003SPEATCEheldinDenver,Colorado,58October2003.考文献1张颖，张娟，郭玉静，等.分布式光纤温度传感SuccessfulFlowProfilingofGasWellsUsingDistributedTemperatureSensingDataAbstract:Distributedtemperatu

18、resensing(DTS)coupledwithatemperaturepressuresimulatorhasbeenusedsuccessfullytodetermineflowprofilesfrommultilayeredcommingledreservoirsinproductiongaswells.Thistechnologyhasenabledquantitativeindividuallayercontributionstogasflowratesandmainwaterentriestobedetermined.TheanalyseshaveshownthatsomeofthekeyparametersrequiredtoobtainrepresentativeflowprofilesusingDTScanbeextractedfromtheflowingandshutinDTStransientprofiles.Thoseparameters*whicharegenerallynotavailableinconventionaltemperaturelo