9水平井生产测井中国石油大学

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1、水平井生产测井水平井生产测井 1 水平井概述水平井概述 2水平井的分类水平井的分类 3水平井完井技术水平井完井技术 4水平井入井技术水平井入井技术 一一 水平井技术水平井技术水平井水平井概述概述1 1 主要适用地区主要适用地区 近海地区、边远地区及环境敏感等区域开发的油田。近海地区、边远地区及环境敏感等区域开发的油田。2 2 钻井目的钻井目的 尽可能多的钻穿油层，提高油井单井产量或注入量，从尽可能多的钻穿油层，提高油井单井产量或注入量，从而获得更高的采收率，降低油田开发成本。而获得更高的采收率，降低油田开发成本。3 3 发展发展 我国水平井产油量逐年递增。我国水平井产油量逐年递增。4 4 水平

2、井测井主要项目水平井测井主要项目 主要进行自然伽玛、自然电位、双感应电阻率、声波和主要进行自然伽玛、自然电位、双感应电阻率、声波和井斜方位测井井斜方位测井 1 水平井概述水平井概述 2水平井的分类水平井的分类 3水平井完井技术水平井完井技术 4水平井入井技术水平井入井技术 一一 水平井技术水平井技术水平井按形成分为两类：1.新钻井 从地面新钻的井，水平井段长度为3001300m2.侧钻井 从现有的井横向侧钻出来，长度为30210m(1)(1)超短曲率水平井超短曲率水平井水平井水平井按曲率半径按曲率半径分为四类：分为四类：(2)(2)短曲率水平井短曲率水平井(3)(3)中曲率半径水平井中曲率半径

3、水平井-是钻水平井的主要方法是钻水平井的主要方法特征特征:半径为半径为300800300800ftft，造斜角为造斜角为6 62020/100/100ftft。水平井段长度水平井段长度1000400010004000ftft(4 4)长曲率半径井长曲率半径井 1 水平井概述水平井概述 2水平井的分类水平井的分类 3水平井完井技术水平井完井技术 4水平井入井技术水平井入井技术 一一 水平井技术水平井技术 裸眼完井裸眼完井 割缝衬管完井割缝衬管完井 衬管加管外封隔器完衬管加管外封隔器完井井 水泥固井后射孔完井水泥固井后射孔完井 完井方式的选择对油井完井方式的选择对油井的生产动态有重要影响的生产动态

4、有重要影响。水平井在选择完井方水平井在选择完井方式时，同时也要考虑增式时，同时也要考虑增产措施、生产机理、井产措施、生产机理、井下作业及修井等可能发下作业及修井等可能发生的井下作业工作。生的井下作业工作。水平井完井方式水平井完井方式3 3）衬管加管外封隔器完井：将衬）衬管加管外封隔器完井：将衬管与管外封隔器一起下，将水平段管与管外封隔器一起下，将水平段分割成若干段，这样可沿着井段进分割成若干段，这样可沿着井段进行增产措施和生产控制。大多数水行增产措施和生产控制。大多数水平井并非都是水平的，有许多弯曲平井并非都是水平的，有许多弯曲段并呈曲线状，下多个管外封隔器段并呈曲线状，下多个管外封隔器较为困

5、难。较为困难。4 4）水泥固井后射孔完井：只可能）水泥固井后射孔完井：只可能在中、长曲率水平井中实施。在中、长曲率水平井中实施。短曲率水平井可采用裸眼或割缝衬短曲率水平井可采用裸眼或割缝衬管完井，中、长曲率水平井，既可管完井，中、长曲率水平井，既可采用裸眼方式，又可采用割缝衬管采用裸眼方式，又可采用割缝衬管或衬管加管外封隔器完井，有时也或衬管加管外封隔器完井，有时也用水泥固井后射孔方法完井。用水泥固井后射孔方法完井。1 水平井概述水平井概述 2水平井的分类水平井的分类 3水平井完井技术水平井完井技术 4水平井入井技术水平井入井技术一一 水平井技术水平井技术生产测井仪器入井技术生产测井仪器入井技

6、术 在直井或倾斜角不大的斜井中：靠仪器重力下入井底目的层进行测井。在水平井中：依靠重力仅能下入到井斜约为4060处，需要借助于工具将生产测井仪器传送到水平井段。水平井中常用下入仪器的技术有：1 1油管（钻杆）输送湿接头法油管（钻杆）输送湿接头法2 2连续油管传送法连续油管传送法3 3牵引器传送法牵引器传送法套管套管套管套管套管鞋套管鞋PCL测井旁通测井旁通电缆（在钻杆外电缆（在钻杆外）套管鞋套管鞋电缆（在钻杆处电缆（在钻杆处）PCL工具循环孔工具循环孔湿接头湿接头测井仪器测井仪器井口电缆侧向井口电缆侧向滑轮滑轮1 1油管（钻杆）输送湿接头法油管（钻杆）输送湿接头法套管套管套管套管套管鞋套管鞋P

7、CL测井旁通测井旁通电缆（在钻杆外电缆（在钻杆外）套管鞋套管鞋电缆（在钻杆处电缆（在钻杆处）PCL工具循环孔工具循环孔湿接头湿接头测井仪器测井仪器井口电缆侧向井口电缆侧向滑轮滑轮1 1油管（钻杆）输送湿接头法油管（钻杆）输送湿接头法钻杆传输测井作业的三个步骤：钻杆传输测井作业的三个步骤：钻杆将仪器送入目的层段上方钻杆将仪器送入目的层段上方湿接头对接（井下仪与地面系湿接头对接（井下仪与地面系统建立联系）统建立联系）测井作业测井作业v 油管（钻杆）输送湿接头法技术成熟，可在套管井中完成了RMT双源距碳氧比、固井质量、温度、压力测井。完成一口2000米水平井测井，10/根钻杆要连接和拆卸400余次。

8、累计测试平均时间1520小时，需要作业队配合。v 随钻测井工艺技术绝大部分是采用钻杆传输测井工艺，(包括：Halliburton和 Schlumberger 的 LWD 以及 Sperry-sun 的FEWD)1 1油管（钻杆）输送湿接头法油管（钻杆）输送湿接头法将连续油管作业技术与将连续油管作业技术与水平井测井技术进行集成。水平井测井技术进行集成。利用了连续管作业机的下推利用了连续管作业机的下推力和上拉力。力和上拉力。8 8mmmm的钢管，其柔性较好的钢管，其柔性较好，可以像电缆一样缠绕在一，可以像电缆一样缠绕在一个电缆车上。个电缆车上。连续油管优点是可在长连续油管优点是可在长、中、短曲率半

9、径水平井中、中、短曲率半径水平井中测井，缺点是组合的仪器不测井，缺点是组合的仪器不能过重，过重时易损坏连续能过重，过重时易损坏连续油管油管。2 2连连续油管传送法续油管传送法3 3牵牵引器引器传送传送法法 井下牵引器（俗称爬行器）用于在套管井中推动生产测井下井仪器在井的水平段或大斜度段运行而顺利到达测量层段，从而不必使用连续油管。牵引器有两对驱动齿轮，每对齿轮对称于牵引器轴心，两对驱动齿轮互成90，牵引器驱动马达内部有两个电机，一个带动丝杆打开驱动臂；另一个带动驱动齿轮在管道内臂上滚动，从而把仪器推入目的层段。牵引器原理牵引器原理 1、生产测井一般使用单心电缆，当用牵引器把仪器向井底传送时，不

10、能给连在其下面的仪器供电，因此不能进行下放测量，这可能会导致解释分析的困难。2、牵引器采用马达等机械结构来推动仪器，当井底存在沉沙或缝、洞时，会使牵引器推送仪器失败。牵引器的缺点牵引器的缺点1.旁通出套管鞋后的作业安全问题旁通出套管鞋后的作业安全问题2.长裸眼条件下传输测井工艺长裸眼条件下传输测井工艺3.大斜度状态下的对接问题；大斜度状态下的对接问题；4.电缆保护问题电缆保护问题超深、超长裸眼水平井钻杆传输测井超深、超长裸眼水平井钻杆传输测井主要工艺技术难题主要工艺技术难题 二、水平井中生产测井研究二、水平井中生产测井研究1流型2确定持率3水平井仪器特征响应4斜井仪器特征响应5仪器串选择6解释

11、注意事项流型对比流型对比 说明说明:在水平井和斜井中，由于经质相与重质相的分离，流型与在水平井和斜井中，由于经质相与重质相的分离，流型与垂直井中有较大差异，斜井与水平井相似。垂直井中有较大差异，斜井与水平井相似。与直井相比，水平井重力与井轴方向垂直、明显的井斜变与直井相比，水平井重力与井轴方向垂直、明显的井斜变化及井周围空间的非对称性造成井筒流动状态非常复杂。由化及井周围空间的非对称性造成井筒流动状态非常复杂。由于重力作用使轻质相与重质相的分离，流型与垂直井中有较于重力作用使轻质相与重质相的分离，流型与垂直井中有较大差异，如下图所示。大差异，如下图所示。1.Russell油水两相流实验观察油水

12、两相流实验观察2.Hasson气水两相流实验观察气水两相流实验观察3.H.D.Beggs流型分类流型分类国外研究国外研究美国美国H.D.BeggsH.D.Beggs流型分类：流型分类：分相流分相流.间断流间断流.均布流均布流分相流分相流包括层状流、波状流和环状流；包括层状流、波状流和环状流；间断流间断流包括段塞流和段状流；包括段塞流和段状流；均布流均布流包括泡状流和雾状流。包括泡状流和雾状流。分析：分析：当气体的流量较小当气体的流量较小时，气体和水时，气体和水分层分层流动流动，气体在上半部，水在，气体在上半部，水在下半部，界面为平面接下半部，界面为平面接触。随着气相流量的逐触。随着气相流量的逐

13、渐增加，气体便水面形渐增加，气体便水面形成成波动波动；气体流量进一步增气体流量进一步增加形成加形成段塞流和段状流段塞流和段状流；之后随着气体流量之后随着气体流量的进一步增加，依次形的进一步增加，依次形成成泡状流、环状流和雾泡状流、环状流和雾状流状流。同一口井中不可能同时同一口井中不可能同时出现上述各类流型，具出现上述各类流型，具体情况取决于气和水的体情况取决于气和水的流量。流量。说明说明:实线为原始流型分界线实线为原始流型分界线 虚线为作了修正的流型分界线虚线为作了修正的流型分界线 修正后的流型包含了分相流和间断流之间的过渡流修正后的流型包含了分相流和间断流之间的过渡流 图中图中x轴为含液率轴

14、为含液率(含水率含水率)，y轴为费劳德数。轴为费劳德数。gDNmFR212确定流型边界确定流型边界:4516.131.0LL738.645.0LLmslgLQQQ11 实验给出的流型图实验给出的流型图302.01316LL4684.220009252.0LL（1 1）分流相分流相L0.01及NFRL1，或L0.01及NFRL2（2 2）过渡流过渡流L0.01和L2NFRL3（3 3）间断流间断流0.01L0.4和L3NFRL1或L0.4和L3NFRL4（4 4）均布流均布流L0.4确定流型边界确定流型边界:倾角为50时，持液率达到最大值。确定持液率确定持液率:yHHLL)0()(水平流动类水平

15、流动类型型abc分相流分相流间断流间断流均布流均布流0.980.8451.0650.48460.53510.58240.08680.01730.0609cFRbLLNaH)0(1 对于水平对于水平管子的持液率：管子的持液率：计算管子角度为计算管子角度为 的持液率的持液率校正系数校正系数y：)8.1(sin333.0)8.1sin(13cy确定持液率确定持液率:2 对于角度为对于角度为 井的流动：井的流动：)()()(ln)1(gFRfLVeLLNNdcNLV 液体速度，无因次；液体速度，无因次；d、e、f、g的取值见参数取值表，与流型和的取值见参数取值表，与流型和流动方向有关。流动方向有关。计

16、算出计算出c 值后，若值后，若c0，则令则令c=0y=1+0.3c3 3 对于垂直井的流动对于垂直井的流动yHHLL)0()()8.1(sin333.0)8.1sin(13cy持液率的确定持液率的确定 497.067.5393.0845.0)0(0173.0535.0LH1014.067.502.6393.096.2ln)393.01(0978.04473.0305.0c068.1)333.01(1014.01y512.0068.1497.0)50(LHyHHLL)0()(cFRbLLNaH)0()8.1(sin333.0)8.1sin(13cy)()()(ln)1(gFRfLVeLLNNdc

17、67.532.3212747.6FRN393.074.6/65.2L计算持液率计算持液率 水平井中，由于油、气、水里层状分离流动，因此流量计、持水率计的响应结果具有一定的纵向片面性：低含水井中涡轮和持水率计暴露在油中，因此所测信号主要反映油的流量及油的电容响应，而很少反映另一相水的流动及含量。高含水率情况，涡轮和持水率计主要暴露在下部的水中，反映水的流动情况。水平井中的仪器响应及图版制作水平井中的仪器响应及图版制作建议:水平井中采用集流式涡轮流量计。测量时油、气、水必须通过金属集流伞，然后进入集流通道，所以涡轮测得的RPS值反映了油气水总的流动情况。装置装置:水平井中水平井中(内径为内径为4i

18、n)模拟井测试管中模拟井测试管中仪器仪器:伞式流量计和放射性密度伞式流量计和放射性密度方法方法:改变总流量，在每一个流量点从改变总流量，在每一个流量点从10%至至90%更换含水率更换含水率;采用自来水模拟地层水，用密度为采用自来水模拟地层水，用密度为0.82g/cm 的柴油模拟原油的柴油模拟原油响应曲线的特点响应曲线的特点:含水率和流量的变化范围很大，但响应的线性关系良好。含水率和流量的变化范围很大，但响应的线性关系良好。涡轮流量计的响应涡轮流量计的响应实验 从右图可以观察到，尽管从右图可以观察到，尽管含水率和流量的变化范围很含水率和流量的变化范围很大，但响应的线性关系良好大，但响应的线性关系

19、良好。当总流量当总流量小于小于900bbl/d(143m3/d）时，油水是分离的；时，油水是分离的；当总流量当总流量大于大于这一流量时这一流量时，油水混合在一起流动。，油水混合在一起流动。但是，不管油水是否分离但是，不管油水是否分离，用集流伞式流量计都可以，用集流伞式流量计都可以取得有效的测量结果取得有效的测量结果。说明说明:放射性密度计与伞式流量计同时测量的放射性密度计与伞式流量计同时测量的实验结果如图所示。实验结果如图所示。横坐标表示含水率横坐标表示含水率（水的流量与总流量的比值），纵坐标（水的流量与总流量的比值），纵坐标表示仪器响应的百分数（表示仪器响应的百分数（Fr）。四条曲线对应着四

20、种不同的总流量四条曲线对应着四种不同的总流量308、514、857和和1028bbl/d放射性密度计的响应放射性密度计的响应owomrffffF分析分析:随着流量的增加，曲线逐渐接近随着流量的增加，曲线逐渐接近4545线，说明大于某一流量时，油线，说明大于某一流量时，油水呈乳状混合流动状态，低于这一水呈乳状混合流动状态，低于这一流量时，油水呈层状分离状态。流量时，油水呈层状分离状态。fo,fwfo,fw分别表示油、水的频分别表示油、水的频率响应率响应fmfm表示在流体中的频率响应表示在流体中的频率响应owomwY 1.1.伞式流量计的伞式流量计的RPSRPS为为3.953.95流量流量4004

21、00bbl/dbbl/d。2.2.FrFr 为为0.50.5，FrFr 为为0.50.5处画一条水平线与流量分别为处画一条水平线与流量分别为308308bbl/dbbl/d、514bbl/d514bbl/d的两条曲线相交，通过交点作垂线与横坐标的的两条曲线相交，通过交点作垂线与横坐标的交点对应着两个含水率值，利用内插值方法可以计算出交点对应着两个含水率值，利用内插值方法可以计算出FrFr 为为0.50.5时的含水率时的含水率 利用流量计和密度图版计算含水率利用流量计和密度图版计算含水率)308400(308514)1()2()1(WWWWccc电容法持水率计响应与含水率之间的关系，如图所示，三

22、条曲线表示不同的流量，数值分别为308、514和857bbl/d。当含水率小于0.4时，含水率与仪器响应之间呈线性关系；当含水率大于0.4时，随着含水率增加，值增长缓慢，灵敏度降低说明与垂直井的响应相似。电容持水率计的响应电容持水率计的响应电容法持水率计响应电容法持水率计响应与含水率关系与含水率关系斜井中的仪器响应及图版制作斜井中的仪器响应及图版制作模拟井筒内径为模拟井筒内径为2.52.5inin，倾斜角为倾斜角为4545把流体电容持水率计、流把流体电容持水率计、流体密度计和伞式流量计下体密度计和伞式流量计下入倾斜的模拟井筒中入倾斜的模拟井筒中与水平井类似，伞式流量计的响应与水平井类似，伞式流

23、量计的响应直线的斜率为：直线的斜率为：0.025RPS/(bbl/d)伞式流量计的响应伞式流量计的响应说明：说明：每一条曲线对应一个流每一条曲线对应一个流量值，分别为量值，分别为:308308、514514、857857、10281028、15431543和和20552055bbl/dbbl/d持水率的值可用测得的持水率的值可用测得的混合密度和油、水密度混合密度和油、水密度确定。确定。流体密度响应图版流体密度响应图版owomwYowomrffffF流体电容的响应图版流体电容的响应图版若油水的密度和差别不大，则要改用电容持水率计确定持水率值若油水的密度和差别不大，则要改用电容持水率计确定持水率值

24、产出剖面仪器串选择产出剖面仪器串选择 井下温度、压力、流量、持率井下温度、压力、流量、持率是了解井下是了解井下生产动态的关键参数，由于水平状态下井内多相流生产动态的关键参数，由于水平状态下井内多相流体的流动状态极为复杂，因此水平井中录取和应用体的流动状态极为复杂，因此水平井中录取和应用最多的是最多的是温度温度和和压力压力，但这两个参数只能用于定性，但这两个参数只能用于定性分析；目前还没有能够准确给出水平段某一截面分分析；目前还没有能够准确给出水平段某一截面分流量的测井系列，传统的生产测井组合仪在水平井流量的测井系列，传统的生产测井组合仪在水平井的应用中都存在缺陷。的应用中都存在缺陷。流量仪选择

25、 在筛管完井的水平井中，流体会通过环形空间旁通，在斜度较大的井段，可能会导致水沿下侧倒流现象，若割缝衬管外侧泥岩跨塌，井眼会严重扩大，流速下降。这时可采用示踪流量计。在斜井中，涡轮流量计不适于上下多次测量，主要是因为仪器无法靠重力作用下测；而且涡轮流量计有机械转动部分，经常会出现机械损伤现象，造成测试失败，因此国外推出了新的流量测量方式。如过油管储层饱和度测井仪的RSTPro WFL方式，相速探头PVS仪器，储层监测仪的SPFL方式等均可用于测量斜井、水平井中水相的流速，也可用于测量油气水三相的持率，主要优势是不受层状流动的影响。产出剖面仪器串选择产出剖面仪器串选择 持率仪器选择在垂直井使用的

26、持率仪器如电容法持水率仪器，流体密度仪器等，都采用居中测量，这些仪器反映的都是流道中央的流体，在水平井中不能很好居中，只能反映井眼轨迹低侧端的流体。在水平井中应采用全井眼测量仪器如持气率仪或持水率成像仪器。产出剖面仪器串选择产出剖面仪器串选择 如果是其它完井方式，需增加井斜仪、井径仪如果是其它完井方式，需增加井斜仪、井径仪、流体成像仪和能谱水流仪。、流体成像仪和能谱水流仪。产出剖面仪器串选择产出剖面仪器串选择 水平井中油气水呈层状分离状水平井中油气水呈层状分离状态。套管外下部沉淀钻井碎屑或态。套管外下部沉淀钻井碎屑或其它重矿物，在套管外上部出现其它重矿物，在套管外上部出现水泥胶结的渗透水，这会

27、导致水水泥胶结的渗透水，这会导致水泥胶结失效，可能出现窜槽通道泥胶结失效，可能出现窜槽通道。割缝衬管完井时，割缝衬管割缝衬管完井时，割缝衬管和地层之间的环形空间中容易和地层之间的环形空间中容易发生窜流，流体会通过环形空发生窜流，流体会通过环形空间旁通。在割缝衬管中，不推间旁通。在割缝衬管中，不推荐使用集流式流量计。荐使用集流式流量计。图水平井中胶结的衬管横截面图水平井中胶结的衬管横截面 水平井生产测井资料解释注意事项水平井生产测井资料解释注意事项水平井水平井中流动状况：中流动状况：v 水平井中的重力作用使流动呈层状分布，若井眼倾斜差异较大，上水平井中的重力作用使流动呈层状分布，若井眼倾斜差异较

28、大，上部容易形成气塞，下部容易形成水塞。部容易形成气塞，下部容易形成水塞。v 水平井可能有的井段倾角大，井筒向上倾斜，最高处为气，形成气水平井可能有的井段倾角大，井筒向上倾斜，最高处为气，形成气堵；堵；v 有的地方倾角小，井筒向下倾斜，最低处为水，会形成压力台阶。有的地方倾角小，井筒向下倾斜，最低处为水，会形成压力台阶。水平井生产测井资料解释注意事项水平井生产测井资料解释注意事项段塞流态情况下水平井段稳定生产测井值 左图是压力和连续左图是压力和连续涡轮流量计记录的定点涡轮流量计记录的定点数值，点表示实测值，数值，点表示实测值，实线为平均值，横轴表实线为平均值，横轴表示时间。示时间。测点的波动表

29、示流动极测点的波动表示流动极不稳定。不稳定。图图 段塞流态情况下水平井段稳定时的生产测井值段塞流态情况下水平井段稳定时的生产测井值 左图是某井中用涡轮左图是某井中用涡轮流量计测得的流量曲线。流量计测得的流量曲线。由于该井采用割缝衬管完由于该井采用割缝衬管完井，所以井径变化较大，井，所以井径变化较大，第一道中是裸眼井井径，第一道中是裸眼井井径，曲线显示井径的变化幅度曲线显示井径的变化幅度较大。较大。标号为的地方井径扩大标号为的地方井径扩大，但转数增大，说明其下，但转数增大，说明其下部有较多的流体产出。由部有较多的流体产出。由于水平井筒弯曲较多，井于水平井筒弯曲较多，井筒扩径较严重，导致流量筒扩径较严重，导致流量曲线变化较为复杂，解释曲线变化较为复杂，解释起来也较为困难。起来也较为困难。图在下有割缝衬管的水平井中测得图在下有割缝衬管的水平井中测得的流量计曲线的流量计曲线 下有割缝衬管的水平井中的流量计曲线