9水平井生产测井中国石油大学

水平井生产测井1水平井概述2水平井的分类3水平井完井技术4水平井入井技术一水平井技术水平井概述1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。2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，从而获得更高的采收率，降低油田开发成本。3发展我国水平井产油量逐年递增。4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、声波和井斜方位测井1水平井概述2水平井的分类3水平井完井技术4水平井入井技术一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300~1300m2.侧钻井从现有的井横向侧钻出来，长度为30~210m(1)超短曲率水平井水平井按曲率半径分为四类：(2)短曲率水平井(3)中曲率半径水平井-----是钻水平井的主要方法特征:半径为300~800ft，造斜角为6°~20°/100ft。水平井段长度1000~4000ft(4)长曲率半径井1水平井概述2水平井的分类3水平井完井技术4水平井入井技术一水平井技术•裸眼完井•割缝衬管完井•衬管加管外封隔器完井•水泥固井后射孔完井完井方式的选择对油井的生产动态有重要影响。水平井在选择完井方式时，同时也要考虑增产措施、生产机理、井下作业及修井等可能发生的井下作业工作。水平井完井方式3）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，下多个管外封隔器较为困难。4）水泥固井后射孔完井：只可能在中、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。1水平井概述2水平井的分类3水平井完井技术4水平井入井技术一水平井技术生产测井仪器入井技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40°～60°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油管（钻杆）输送湿接头法2连续油管传送法3牵引器传送法套管套管套管鞋PCL测井旁通电缆（在钻杆外）套管鞋电缆（在钻杆处）PCL工具循环孔湿接头测井仪器钻杆传输测井作业示意图井口电缆侧向滑轮1油管（钻杆）输送湿接头法套管套管套管鞋PCL测井旁通电缆（在钻杆外）套管鞋电缆（在钻杆处）PCL工具循环孔湿接头测井仪器钻杆传输测井作业示意图井口电缆侧向滑轮1油管（钻杆）输送湿接头法钻杆传输测井作业的三个步骤：•钻杆将仪器送入目的层段上方•湿接头对接（井下仪与地面系统建立联系）•测井作业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。累计测试平均时间15—20小时，需要作业队配合。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油管（钻杆）输送湿接头法将连续油管作业技术与水平井测井技术进行集成。利用了连续管作业机的下推力和上拉力。8mm的钢管，其柔性较好，可以像电缆一样缠绕在一个电缆车上。连续油管优点是可在长、中、短曲率半径水平井中测井，缺点是组合的仪器不能过重，过重时易损坏连续油管。2连续油管传送法3牵引器传送法井下牵引器（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1.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3.大斜度状态下的对接问题；4.电缆保护问题超深、超长裸眼水平井钻杆传输测井主要工艺技术难题二、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解释注意事项流型对比说明: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大差异，如下图所示。1.Russell油水两相流实验观察2.Hasson气水两相流实验观察3.H.D.Beggs流型分类国外研究美国H.D.Beggs流型分类：分相流.间断流.均布流分相流包括层状流、波状流和环状流；间断流包括段塞流和段状流；均布流包括泡状流和雾状流。分析：当气体的流量较小时，气体和水分层流动，气体在上半部，水在下半部，界面为平面接触。随着气相流量的逐渐增加，气体便水面形成波动；气体流量进一步增加形成段塞流和段状流；之后随着气体流量的进一步增加，依次形成泡状流、环状流和雾状流。同一口井中不可能同时出现上述各类流型，具体情况取决于气和水的流量。说明:实线为原始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图中x轴为含液率(含水率)，y轴为费劳德数。gDNmFR212确定流型边界:4516.131.0LL738.645.0LLmslgLQQQ11实验给出的流型图302.01316LL4684.220009252.0LL（1）分流相λL0.01及NFRL1，或λL≥0.01及NFRL2（2）过渡流λL≥0.01和L2≤NFR≤L3（3）间断流0.01≤λL≤0.4和L3NFR≤L1或λL≥0.4和L3NFR≤L4（4）均布流λL0.4和NFR≥L1或λL≥0.4和NFR0.4确定流型边界:倾角为50°时，持液率达到最大值。确定持液率:yHHLL)0()(水平流动类型abc分相流间断流均布流0.980.8451.0650.48460.53510.58240.08680.01730.0609cFRbLLNaH)0(1对于水平管子的持液率：计算管子角度为的持液率校正系数y：)]8.1(sin333.0)8.1[sin(13cy确定持液率:2对于角度为井的流动：])()()(ln[)1(gFRfLVeLLNNdcNLV＝液体速度，无因次；d、e、f、g的取值见参数取值表，与流型和流动方向有关。计算出c值后，若c0，则令c=0y=1+0.3c3对于垂直井的流动yHHLL)0()()]8.1(sin333.0)8.1[sin(13cy计算参数取值表水平流动类型流动方向abcdefg分相流向上0.980.48460.08680.011–3.7683.539–1.614间断流向上0.8450.53510.01732.960.305–0.44730.0978均布流向上1.0650.58240.0609无校正C=0φ=1全部流体流动类型向下4.70–0.36920.1244–0.5056持液率的确定497.067.5393.0845.0)0(0173.0535.0LH1014.0]67.502.6393.096.2ln[)393.01(0978.04473.0305.0c068.1)333.01(1014.01y512.0068.1497.0)50(LHyHHLL)0()(cFRbLLNaH)0()]8.1(sin333.0)8.1[sin(13cy间断流a0.845b0.5351c0.0173d2.96e0.305f-0.4473g0.0978])()()(ln[)1(gFRfLVeLLNNdc67.532.3212747.6FRN393.074.6/65.2L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:水平井中(内径为4in)模拟井测试管中仪器:伞式流量计和放射性密度方法:改变总流量，在每一个流量点从10%至90%更换含水率;采用自来水模拟地层水，用密度为0.82g/cm³的柴油模拟原油响应曲线的特点:含水率和流量的变化范围很大，但响应的线性关系良好。涡轮流量计的响应实验从右图可以观察到，尽管含水率和流量的变化范围很大，但响应的线性关系良好。当总流量小于900bbl/d(143m3/d）时，油水是分离的；当总流量大于这一流量时，油水混合在一起流动。但是，不管油水是否分离，用集流伞式流量计都可以取得有效的测量结果。说明: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。横坐标表示含水率（水的流量与总流量的比值），纵坐标表示仪器响应的百分数（Fr）。四条曲线对应着四种不同的总流量308、514、857和1028bbl/d放射性密度计的响应owomrffffF分析:随着流量的增加，曲线逐渐接近45°线，说明大于某一流量时，油水呈乳状混合流动状态，低于这一流量时，油水呈层状分离状态。fo,fw分别表示油、水的频率响应fm表示在流体中的频率响应owomwY1.伞式流量计的RPS为3.95流量400bbl/d。2.Fr为0.5，Fr为0.5处画一条水平线与流量分别为308bbl/d、514bbl/d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Fr为0.5时的含水率利用流量计和密度图版计算含水率)308400(308514)1()2()1(电容法持水率计响应与含水率之间的关系，如图所示，三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法持水率计响应与含水率关系斜井中的仪器响应及图版制作模拟井筒内径为2.5in，倾斜角为45°把流体电容持水率计、流体密度计和伞式流量计下入倾斜的模拟井筒中与水平井类似，伞式流量计的响应直线的斜率为：0.025RPS/(bbl/d)伞式流量计的响应说明：每一条曲线对应一个流量值，分别为:308、514、857、1028、1543和2055bbl/d持水率的值可用测得的混合密度和油、水密度确定。流体密度响应图版owomwYowomrffffF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产出剖面仪器串选择井下温度、压力、流量、持率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温度和压力，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。流量仪选择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