水平井生产测井解释技术研究

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1、1 水平井生产测井解释技术研究水平井生产测井解释技术研究 2 目目 录录 问问 题题 提提 出出 解释模型建立解释模型建立 一一 二二 四四 五五 应应 用用 效效 果果 六六 实实 验验 研研 究究 解解 决决 思思 路路 结结 论论 七七 三三 创创 新新 点点 3 目前海上油田水平井数量日益增多，并且水平井在海上油田的增产稳产中的作用日益突出，正在逐步成为油田稳产的关键技术之一。水平井开采面临的最大问题是油层出水，如何确定出水层位及出水量直接影响了水平井的开发效果。 动态监测技术是解决该问题最有效的手段之一。近年来国内外水平井的动态监测技术方面取得的成果仅局限于仪器方面的进展，如Schl

2、umberger（FlowScan）、Atlas（MCFM）、Sondex(SAT、RAT、CAT)，而资料解释方法方面在国内外还没有相应的报道。水平井生产测井解释技术已经提上了日程！ 一、问题提出一、问题提出 4 水平井产出剖面流动机理水平井产出剖面流动机理 理论模型理论模型 经验模型经验模型 统计模型统计模型 实验模型实验模型 流体动力学理论流体动力学理论 流体动力学实验流体动力学实验 水平井生产测井响应特征水平井生产测井响应特征 水平井生产测井解释模型水平井生产测井解释模型 水平井生产测井解释软件水平井生产测井解释软件 水平井生产测井解释试验水平井生产测井解释试验 多相流实验多相流实验

3、物理模拟实验物理模拟实验 流体测井数值模拟流体测井数值模拟 二、解决思路二、解决思路 针对海上水平井的特殊完井方式，在多相流流动机理理论分析和实验研究（物理模拟实验、多相流实验）的基础上建立了水平井筒中两相变质量流动的漂移模型，并且提出了基于水平井井眼轨迹（水平流、上坡流、下坡流）、基于测井仪数据的解释模型。 5 三、创新点三、创新点 1、首次在生产测井流动实验中采用模拟油、沿程注入变质量、仪器运动等多种工况条件下的实验方案，属国内首次。 2、开发了具有沿程注入和可变角度的水平井筛管流动模拟实验装置。该套装置已经申请了实用新型专利CN29546709U。 3、首次通过实验观察确认了筛管变质量模

4、拟油/气/水多相流动的基本流型，并在理论分析的基础上提出了分离流（分层流、环状流）、均相流（泡状流）和间歇流（段塞流、气团流）等主要流型的判别准则。 4、首次得出测井仪运动、起伏管（倾角）对流体流态的影响规律。 5、首次按照油水和气水的垂直流动、水平流动、上坡流动和下坡流动分类，建立了先进实用的测井解释模型。 6 不同管径、起伏管路物理模拟实验 在综合考虑水平井测量过程中仪器运动、完井方式、井眼轨迹、仪器在综合考虑水平井测量过程中仪器运动、完井方式、井眼轨迹、仪器偏心等对井筒中流态的影响因素偏心等对井筒中流态的影响因素,设计了两类实验：设计了两类实验： 1 1、实验设计、实验设计物理模拟实验物

5、理模拟实验 5种井斜角度： 水平、0.2、 1 空气/水、空气/稀油、空气/稠油 筛管完井方式具有沿程注入的物理模拟实验 40mm、50mm 11种井斜角度：水平管路（0 ）、2 、5、15、30、45 油水、气水两相、油气水三相 四、实验研究四、实验研究 流型判别、理论模型流型判别、理论模型 7 在多相流模拟实验装置上，观察实际生产测井仪器（Sondex公司七参数仪）在不同流体性质、不同流量、倾斜角度的测井响应规律。 电容阵列仪CAT，伽马流体密度计，电容持水率计，（Sondex系列） 全井眼流量计CFB或连续流量计CFSM （1）流体相态：）流体相态： 油水两相油水两相 （2）井斜（）井斜

6、（）：）： 0，45，30，15，90，-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（%）：）： 0，10，30，50，70，100 （流速：（流速：0.01） （5）测速（）测速（m/min）：）： 0，4，8，12，16，20 （1）流体相态：）流体相态： 气水两相气水两相 （2）井斜（）井斜（）：）： 0，45，15，5，90，-2，-5，-10 （3）流速（）流速（m/s）：）： 0.05，0.1，0.2，0.4， 0.8 （4）含水率（）含水率（%）：）： 0，10，30，50，70，90

7、（5）测速（）测速（m/min）：）：0，3，6，9，12，15（井斜（井斜90） 0，4，8，12，16，20（井斜（井斜150-5） 1 1、实验设计、实验设计多相流模拟实验多相流模拟实验 四、实验研究四、实验研究 8 流态划分流态划分油水两相流油水两相流 油水两相流流态油水两相流流态 分离流分离流 分散流分散流 分层流分层流 界面混杂分层流界面混杂分层流 三层流三层流 油水包油油水包油 油包水油包水 水包油水包油 水包油全分散水包油全分散 水包油水水包油水 2 2、研究成果、研究成果-常规倾斜管道流型总结常规倾斜管道流型总结 图图1 1 分层流分层流 图图2 2 界面混杂分层流界面混杂分

8、层流 四、实验研究四、实验研究 9 水平管流型图水平管流型图 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.00.20.40.60.81.01.2混合流速（m/s)混合流速（m/s)入口含水率（%）入口含水率（%）(1)(2)(3)(4)(5)(6) ST ST&MI 3L Do/w&w o/w w/o o&o/w2 2起伏管上坡段流型图起伏管上坡段流型图 2 2起伏管下坡段流型图起伏管下坡段流型图 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.00.20.40.60.81.01.21.41.6 STST&MI 3L o/w w/o Do/w&w

9、o&o/wUsm(m/s)入口含水率（%）入口含水率（%）(1)(2)(3)(4)(5)(5)1515起伏管上坡段流型图起伏管上坡段流型图 0.00.20.40.60.81.00.00.20.40.60.81.01.21.41.6 STST MI 3L o/w w/o o/w&wDo&o/w混合流速（m/s）混合流速（m/s）入口含水率（%）入口含水率（%）(1)(2)(3)(4)1515起伏管下坡段流型图起伏管下坡段流型图 共得到18张流型图，拟合边界方程关系式90个。 2 2、研究成果、研究成果-常规倾斜管道流型总结常规倾斜管道流型总结 四、实验研究四、实验研究 10 （1）当油水流速较低

10、时，上坡为分层流，下坡为界面混杂分层流。 （2）当油水的流速增大，上坡形成界面混杂分层流而下坡形成三层流。 2 2、研究成果、研究成果-常规倾斜管道流型总结常规倾斜管道流型总结 倾角影响倾角影响 5起伏管上、下坡段流型图 15起伏管上、下坡段流型图 四、实验研究四、实验研究 11 流态划分流态划分气水两相流气水两相流 2 2、研究成果、研究成果-常规倾斜管道流型总结常规倾斜管道流型总结 （a）分层流 （b）分层波浪流 （d）段塞流 （e）环状流 四、实验研究四、实验研究 12 0.010.110.1110100Vsg/(m.s-1)Vsl/(m.s-1)分层流气团流段塞流环状流水平管道气-水两

11、相流实验流型分界分层流环状流气团流段塞流0.010.110.1110100Vsg/(m.s-1)Vsl/(m.s-1)分层流气团流段塞流环状流水平管道气-水两相流实验流型分界分层流环状流气团流段塞流2 2、研究成果、研究成果-常规倾斜管道流型总结常规倾斜管道流型总结 倾角影响倾角影响 在水平常规管路中，段塞流主要形成在比较高的气液相折算速度范围内，而在倾角为+1.0的常规管路中，段塞流范围扩大，不仅包括了这一范围，在低气速和低液速的区域内，也形成了段塞流。与水平常规管道相比，倾角为-1.0时分层流范围变大，气团流和段塞流范围变小，环状流范围变化不大。 （a）水平与+1.0 （b）水平与-1.0

12、 四、实验研究四、实验研究 13 2 2、研究成果、研究成果两相变质量流型判别准则两相变质量流型判别准则 水平管气水两相流型区域面积吻合率为83.4%。 四、实验研究四、实验研究 14 2 2、研究成果、研究成果-筛管变质量流型总结筛管变质量流型总结 由实验观察知，割缝筛管对流态影响很小，未观察到新的流型产生。流型以分层流、气团流、段塞流为主。 小径向注入量下（0.2m/s），对筛管内液量影响较小，对流型分布影响较小，当径向注入量增大时，对流型的分布影响很大。 倾角对筛管流型的影响和常规实验的规律一致，上倾使段塞流范围增大，分层和气团流减少，下倾趋势相反。 筛管实验段的压降比常规压降大。 0m

13、/s 0.2m/s 0.4m/s 四、实验研究四、实验研究 15 实验证明：在空气/水或稀油两相流动情况下模拟测井仪对流型的影响可以忽略；空气/稠油两相流动时测井仪对流型有影响，但不很大；测井仪的存在增加了压降损失，上倾时的压降较大。 2 2、研究成果、研究成果-模拟测井仪流型总结模拟测井仪流型总结 -1.0 0 1.0 常规管道流动实验 筛管管道流动实验 四、实验研究四、实验研究 16 稀油/稠油-气-水三相的流动型态极为复杂，不仅受气相和液相的流量影响，还与液相的含油率（含水率）有关；同时，在水平管内由于受重力的影响，各相分布呈现不对称的状态，即气相偏于管子顶部聚集，液相偏于管底分布。 本

14、次实验观察到的流型主要有：分层流，包括分层光滑流和分层波浪流、气团流、段塞流和环状流。 2 2、研究成果、研究成果-油气水三相实验流型总结油气水三相实验流型总结 四、实验研究四、实验研究 17 无注入时的流型图（以水平为例）无注入时的流型图（以水平为例） 0.010.110.1110100Vsg/(m.s-1)Vsl/(m.s-1)分层流气团流段塞流环状流曼德汉流型分界气团流光滑流波浪流环状流段塞流2525 4040 0.010.110.1110100Vsg/(m.s-1)Vsl/(m.s-1)分层流气团流段塞流环状流曼德汉流型分界气团流光滑流波浪流环状流段塞流5555 0.010.110.1

15、110100Vsg/(m.s-1)Vsl/(m.s-1)分层流气团流段塞流环状流曼德汉流型分界气团流光滑流波浪流环状流段塞流0.010.110.1110100Vsg/(m.s-1)Vsl/(m.s-1)分层流气团流段塞流环状流曼德汉流型分界气团流光滑流波浪流环状流段塞流8585 流型分界线略微有所不同 与气水两相流相似。 流型分界线略微有所不同 稀油-气-水流型 四、实验研究四、实验研究 18 含水含水2525 0.010.110.1110100Vsg/(m.s-1)Vsl/(m.s-1)分层流气团流段塞流环状流曼德汉流型分界气团流光滑流波浪流环状流段塞流无注入无注入 0.010.110.11

16、10100Vsg/(m.s-1)Vsl/(m.s-1)气团流段塞流环状流曼德汉流型分界气团流光滑流波浪流环状流段塞流0.010.110.1110100Vsg/(m.s-1)Vsl/(m.s-1)分层流气团流段塞流环状流曼德汉流型分界气团流光滑流波浪流环状流段塞流注入注入0.1m/s0.1m/s 注入注入0.2m/s0.2m/s 随着注入比例增大，段塞流和气团流的边界向下偏移。 稀油-气-水流型 四、实验研究四、实验研究 19 sg=0.5m/s sg=0.9m/s sg=0.5m/s sg=0.8m/s 水平筛管入口含水率对压力梯度的影响 稀油、气、水 稠油、气、水 三相流动中油水两相的转相点

17、对应的液相中入口体积含水率在40%55%之间。峰值的存在表明了三相流动中油水两相间的反相现象，即在转相点附近连续相发生了从油到水的转变。 四、实验研究四、实验研究 20 （1 1）流动速度剖面校正系数）流动速度剖面校正系数 2 2、研究成果、研究成果-多相流模拟实验多相流模拟实验 四、实验研究四、实验研究 相同角度，低流量情况下，与总流量的关系曲线迅速增长，中、高流量情况下逐渐趋近于1； 不同倾角下，变化趋势趋于一致。但是水平井的速度剖面校正系数要大于倾斜情况下的流体校正系数。 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91050100 150 200250 300 350400

18、450 500总流量（方/天）Cv（Vt/Va）井斜90井斜000.10.20.30.40.50.60.70.80.91050100 150 200250 300 350400 450 500总流量（方/天）Cv（Vt/Va）井斜90井斜75井斜60井斜4521 00.20.40.60.8100.10.20.30.40.50.60.70.80.9含水率（Cw）持水率（Yw）Yw(关井)Yw(密度)Yw(电容)Yw(CAT平均)Yw(CAT模型)（2 2）流动持水率）流动持水率 PD0QT400各持水率对比0.00.20.40.60.81.01.20.00.20.40.60.81.0含水率(%)

19、持水率(%)密度持水率电容持水率关井持水率CATAVE(Yw)CATAVE(Yl)CATMOD(Yw)CATMOD(Yl)当倾斜角度接近水平时，密度、电容得到的持水率都不可靠，这时CAT得到的两种持水率跟关井持水率比较接近，其中CAT平均持水率吻合得更好。 四、实验研究四、实验研究 2 2、研究成果、研究成果-多相流模拟实验多相流模拟实验 22 （3 3）流型图）流型图 0.0010.010.110.0010.010.11油相表观速度，Vm（m/s）水相表观速度，Vm（m/s）STST&MID O/W&W/OD O/W&WW/OO/W Trallero流型转换界线STST&MID O/W&WO

20、/WD O/W&W/OW/O0 0.0010.010.110.0010.010.11油相表观速度,Vso(m/s)水相表观速度,Vsw(m/s)STST&MID O/W&W/OD O/W&WW/OO/WFlores流型转换边界层状流、波状流泡状流沫状流乳状流15 四、实验研究四、实验研究 0.0010.010.110.0010.010.11油相表观速度,Vso(m/s)水相表观速度,Vsw(m/s)D O/W&WW/OO/W Flores流型转换边界D O/W&W乳状流O/W45 2 2、研究成果、研究成果-多相流模拟实验多相流模拟实验 23 在室内两相流实验研究和理论分析的基础上，分别对分离

21、流模型、漂移模型和Hughmark相关式三种方法对水平流动中无因次持液高度进行了预测，并与实验测量值进行比较，得出了几种模型的预测效果 无因次持液高度的模型计算值严重偏高，修正后的计算值误差也偏大，仍不能满足工程计算的精度要求，建议不要采用。漂移模型可用于小倾角井筒中无因次持液高度的预测，预测效果稳定，基本上能满足工程计算的要求。当无因次持液高度小于0.3时，Hughmark相关式的预测结果有点偏高。总体上来看，Hughmark相关式可用于小倾角井筒中无因次持液高度的预测，预测效果稳定，基本上能满足工程计算的要求。无因次持液高度分离流模型漂移模型Hughmark相关式预 测 效 果空气-水空气

22、-轻质油空气-稠油空气-稠油+水I空气-稠油+水II五、解释模型建立五、解释模型建立 24 平均漂移速度平均漂移速度 4/12/ )(lglbbgCv式中，重力加速度g、气液表面张力、气相密度g和液相密度l均为解释参数； Cb可视为漂移速度系数。 jmsvvCvEv0/bomooosavyvcyyv22)1/()1 (/ 模拟流动实验确定模拟流动实验确定Co、Cb 五、解释模型建立五、解释模型建立 1、水平井内两相流动物理模型漂移模型 25 00.511.522.533.544.555.566.50.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.0Vm/(1-Yo)*

23、(1-Yo)(m/s)Vos/Yo*(1-Yo)*(1-Yo)(m/s)井斜75井斜60井斜45井斜000.511.522.533.544.555.50.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0Vm/(1-Yo)*(1-Yo)(m/s)Vos/Yo*(1-Yo)*(1-Yo)(m/s)井斜105井斜120井斜135 图1 油水两相垂直及上坡流动实验关系 图2 油水两相下坡流动实验关系 下坡流 Co=1.15 Cb=-3.31 上坡流 Co=1.12 Cb=1.44 五、解释模型建立五、解释模型建立 26 五、解释模型建立五、解释模型建立 27 2、水平井油水两相倾斜流动的

24、测井解释模型 对于油水两相流动，上坡层状、泡状和段塞状流动的测井解释模型为： 24/1222)sin1 (cos/ )(44. 1)1 (12. 1)1 (wowomooosgEvEEv对于油水两相沫状和环雾状流动，由于流体分布比较均匀，可以借助均流模型，测井解释模型为 : omsoEVV12. 12 1/42221.153.31()/cos(1sin )(1)(1)osmwowooovvgEEE 对于油水两相流动，下坡层状、泡状和段塞状流动的测井解释模型为： 五、解释模型建立五、解释模型建立 28 利用相应实验关系图版，通过拟合分析，可以分别建立气水两相流动的实用测井解释模型如下： (1)气

25、水两相上坡层状或分散泡状流动测井解释模型： 0.2522()1.251.96cos(1sin)11sgmWGWgggvvgYYY (2)气水两相上坡段塞状或加长泡状流动测井解释模型： 0.52()/1.120.45cos(1sin)WGsggmWgDvYv2、水平井气水两相流动的测井解释模型 (3)气水两相水平层状、波状、加长泡状流动测井解释模型： gmsgYVV55. 1五、解释模型建立五、解释模型建立 29 从解释结果对比来看，两种解释结果基本一致，总产量误差9.7%，产水量误差12.6%，产油量一致，出水点位置两者计算结果一致，说明所建立的解释模型同样适用于斜井中。 含水含水斜深 mm3

26、/dm3/dm3/d%m3/dm3/dm3/d%1683.6-1686.91709.4-1711.11714.0-1718.11720.8-1723.61726.4-1728.11744.5-1745.51747.0-1769.01770.2-1770.91776.8-1792.81799.5-1800.91807.0-1807.31860.5-1861.61888.0-1895.71990.5-1907.674.310022.810097.110076.583.7100.022.8100.0106.5100.078.61.21.387.2合计1.50.20.81.491.578.132.93

27、.90.20.93.13.293.590.921.493.897.522.297.491.76.494.475.876.11269.593.5本次解释结果水油合计水油合计油组射孔井段Emeraude计算结果1.92.60.41.82.32.482.67.283.97.61.25.47.6六、应用效果六、应用效果 斜井对比解释 30 七、结七、结 论论 （1）生产测井解释的关键在于正确判别流型并选择相应解释模型。建议水平井生产测井时优先选择应用CAT进行流型判别。 （2）在进行水平井生产测井资料解释时，应该参考井眼轨迹，按照水平流动、上坡流动和下坡流动划分出解释层段，依次判别相态和流型，选择合适的解释模型进行解释计算。