7第七章水平井生产测井技术

第七章水平井生产测井技术水平井钻井的主要目的是提高原油的采收率或者是降低油田开发成本，有的地方是为了避开地面重要建筑物。水平井与垂直井的主要区别是井筒中的流型发生了较大变化，另外由于井眼的倾斜导致下井方式、测井手段及测井方法都相应发生了很大变化，本章主要描述水平井的完井方式、水平井流型、仪器响应及资料处理方法。水平井钻井的目的是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。一般情况下，水平井平行于油藏层面。但对大倾角油层和垂直裂缝的油层来说，水平井要横穿这些油层。第一节水平井完井技术0水平井示意图图7－１垂直层面直井与平行层面水平井示意图图7－２垂直油藏层面的水平井水平井完井方式通常采用下套管注水泥射孔完井、裸眼井完井或割缝衬管完井，完井方式主要取决于油藏物性和该地区的实际经验。水平井主要适用于以下情况：1、在近海地区、边远地区及环境敏感的区域，钻水平井既可以提高产量也可以节约钻井费用。2、提高采收率，特别是在热采提高采收率开采时，水平井段可与油藏大面积接触，因此注汽井可提高采收率。3、水平井可用于低渗气田开采，也可用于高渗气藏开采。1.1水平井应用水平井的形成可分为两类：一是从地面新钻的井，通常水平井段长度为300～1300米长；另一类井为侧钻井，是从现有的井，横向侧钻出来，长度为30～210米。水平井和侧钻井技术可分为四类，主要取决于曲率半径，曲率半径即由直井过渡到水平井的半径。1.2水平井的几个概念半径为１～２ft，造斜角为45°～60°/ft。侧钻水平距离为7～10ft长。在同一深度上，可以钻几口井向外辐射出去，井径为2ft左右。（1）超短曲率水平井（2）短曲率水平井曲率半径为20～40ft，造斜角为2°～5°/ft。水平段既可从套管中侧钻出去，也可在裸眼井中直接钻出去，水平井段长度可达1000ft。（3）中曲率半径水平井半径300～800ft，造斜角为6°～20°/100ft。此方法是钻水平井的主要方法，水平井段长度可达2000～4000ft。通常用裸眼、割缝衬管或衬管加管外封隔器完井，有时也用水泥固井射孔方法完井。曲率半径为1000～3000ft，造斜角为2°～60°/100ft。这一钻井方法所形成的水平距离可达4000ft以上。（4）长曲率半径水平井图7－３不同的钻井技术示意图c—中等曲率（R=300～800ft，L=100～4000ft）；d—长曲率（R1000ft，L=1000～4000ft）a—超短曲率（R=1～2ft，L=100～200ft）；b—短曲率（R=20～40ft，L=100～800ft）；（5）不同的钻井技术示意图在致密岩石地层中，可采用裸眼方式完井，裸眼完井的缺点是不能实施增产措施，难于控制注入量和产量。割缝衬管完井的主要做法是在水平井段下入割缝衬管以防止井眼坍塌，通常使用的三种衬管是穿孔衬管、割缝衬管和砾石充填衬管。割缝衬管的主要缺点是难以进行有效的增产措施。衬管及分段隔开放式完井是将衬管与管外封隔器一起下，将长平段分割成若干段，此方法将提供有限的分隔段。这样可沿着井段进行增产措施和生产控制。这一方式完井可以进行增产措施。1.3水平井完井技术图7－３a水平井完井技术示意图1.3水平井完井技术对于致密的地层，可以考虑裸眼办法完井，如对于致密的石灰岩地层可以应用裸眼方法完井。用短曲率半径钻成的井可采用裸眼或采用割缝衬管完井。对于采用中长曲率半径的水平井，既可采用裸眼办法，又可采用割缝衬管或水泥射孔完井。为了减少钻井时的地层伤害，可以采用负压钻井。同时也可以用一些特殊的泥浆，如低固相或无固相的聚合物泥浆。1.地层的岩性3.钻井液2.钻井方法1.4完井的几个问题在水平井和斜井中，由于轻质相与重质相的分离，流型与垂直井中有较大差异.水的表观速度较低时（小于0.1英尺／秒），为均质泡状流动。随着油相表观速度的增加，油泡开始聚集形成大油泡流动（段塞流），最后形成雾状流。第二节水平井中的流型图８－４18.0厘泊，比重0.834的油与水在0.806英寸管道中的流型0-1油水两相流形图图８－４a空气－水混合物在1.026英寸管道中的流型0-2气水两相流形图在水相流动较低的情况下，流型分为四种：层状流，波纹层状流，波状流和环雾流，流型的过渡是随着气的流量增大依次转变的。层状流中，气体的流量很低，占居了管子的上半部，气水界面光滑；随着气体的增加，气水界面上产生了波纹，这就形成了波纹界面层状流；随着气体流量的进一步增加，气水界面产生了大的波动，这就是波状流；气体流量继续增大时，气体在中间，套管壁上为液膜，这就是环状流，同时中间的气体含有雾状水滴，这就是雾状流。0-3水相流动较低时四种流型在水相流量中等的情况下，此时，气体流速较低，不连续的变形气泡浮在管子上部，气体流速增加时，这些气泡聚集形成气体段塞，称为段塞状流动，这一流型是从泡状流向环雾状流型过度的一种流型。气体的流量进一步增加时最后形成环雾状流动，泡状和段塞状流动中，气液之间存在着较大的滑脱速度，环雾状流动中，气体和雾滴的流速近似相等。0-4水相流动中等时的流型水平井中的流型分为三种流动：（1）分相流；（2）间断流；（3）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。图7－５水平管道中的流型0-5水平井中流型的分类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，气体使水面形成波动；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。0-6各流型出现的条件利用实验模型进行水平井流型实验，观察相应流体的流型并测量持水率，各参数的变化范围为：（１）气体流量，0～300MSCF/d；（２）水的流量，0～30gal/min；（３）平均系统压力，35～95Psi；（４）管子直径，１英寸和1.5英寸；（５）持水率，０～0.87；（６）压力梯度，０～0.8Psi/ft；（７）倾斜度，－90°～90°；（8）水平流型。2.1流型实验及流型图（1）流型实验图7－７水平管中的流型图图7－８归一化两相流摩阻系数图7－６持液率与管子倾斜度的关系（1）流型实验流动类型的范围为：(1)分相流0.01及NFRL1或≥0.01及NFRL2(2)过度流≥0.01和L2≤NFR≤L3(3)间断流0.01≤≤0.4和L3＜NFR≤L1或≥0.4和L3＜NFR≤L4(4)均布流＜0.4和NFR≥L1或≥0.4和NFR＞L4LLLLLLL（2）流型边界确定L284DQVlsl(7-1)284DQVgsgmslgllLVVQQQgDVNmFR212(7-2)glmVVV(7-3)(7-4)(7-5)41)(938.1LLslLVVN(7-6)302.01316LL(7-7)4684.220009252.0LL(7-8)4516.131.0LL(7-9)738.645.0LL(7-10)①计算和NFR需要的参数Qg—气体流量（bbl/d）；Ql—液体流量（bbl/d）；Vsg—表观气体速度，ft/s；Vsl—表观液体速度，ft/s；NFR—费劳德数，无因次；NLV—液体速度，无因次；—含液率，无因次；Li—流型范围，无因次；D—管子内径，英寸；g—重力常数，32.2ft/s2；—液体密度，1b/ft3；—液体表面引力，达因/厘米。LLL②各参数的意义从水平位置开始，角度为的持液率等于水平管子的持液率乘以校正管子倾斜角度的因数y：首先根据下列公式求出HL(0)：根据适当的水平流动类型，从参数表7－１中得出的参数a、b和c的值。yHHLL)0()((7-11)cFRbLNLaH)0((7-12)2.2持液率（持水率）HL的确定1表８－１参数a、b和c的值水平流动类型abc分相流间断流均布流0.980.8451.0650.48460.53510.58240.08680.01730.0609如果HL(0)＜，则令HL(0)=；反之使用式（８－１２）中计算出的HL(0)的值。LL2.2持液率（持水率）HL的确定2校正系数可以根据下列公式计算：对于垂直井的流动y=1+0.3c，})]8.1[sin333.0)8.1{sin(13cy(7-13)])()()(ln[)1(gFRfLVeLLNNdc(7-14)（1）校正系数的计算下表给出了不同流型和流动方向的情况下式(7-14)中d、e、f和g的取值方法。1)(fHL水平流动类defg分相流向上0.011–3.7683.539–1.614间断流向上2.960.305–0.44730.0978均布流向上无校正c=0全部流体向下4.700.1244–0.3692–0.5056流动类型表８－２（2）不同情况下参数的取值两相流体间的摩擦系数ftp是用无滑动摩擦系数fn与校正因数es相乘得出来的：s值与及相关。(1)计算fn式中—井内条件下的液体密度，1b/ft3—井内条件下的气体密度，1b/ft3sntpeff(7-15)L)(LHLg1ggLLn(7-16)(7-17)gL2.3摩擦系数的确定1式中—井内条件下的液体粘度，cp；—井内条件下的气体粘度，cp；式中，和分别是无滑动混合密度和混合粘度。NRen是无滑动雷诺数。D是单位为英寸的管子内径。NRen求出后，可利用下式求出fn值：ggLLnnmnnDVN124Re32.0Re5.00056.0nnNfLg(7-18)nn(7-19)2.3摩擦系数的确定2(2)计算校正因素es其中，4201853.08725.0182.30523.0xXXXs2)]([LLHY)ln(YX(7-20)(7-21)(7-22)2.3摩擦系数的确定3(3)计算压力降落式中gc—32.2ft·1bm/(1bf·s2)g—当地重力加速度，ft/s2freldZdPdZdPdZdP)()(gLLLsHH)](1[)()()(scelggdZdP(7-23)(7-24)(7-25)2.3摩擦系数的确定4由于水平井中油气水呈层状分离流动，故流量计、持水率计的响应结果具有一定的纵向偏面性，由于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。对于高含水率情况，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。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。第三节水平井产出剖面图7－10高含水情况下的分层流体图7－１１水平井生产测井组合仪示意图图7－９低含水情况下的分层流体第三节水平井产出剖面把伞式流量计和放射性密度计下入测试管中。改变总流量，在每一个流量点处从10%至90%更换不同的含水率，得到如图所示的集流伞式流量计在水平井中（内径为４英寸）的响应曲线。图8-12内径为4in的水平管内流量计对油水两相流的响应3.1涡轮流量计和密度计的响应纵坐标表示仪器响应的百分数fw、fo分别表示水、油的频率响应。横坐标为含水率，四条曲线对应不同的总流量。随着流量增加，曲线接近45°线，说明大于该流量油水呈乳状混合流动状态，低于该流量油水呈层状分离状态。owomrffffF图8-13密度测井仪响应（1）密度测井仪响应同样可得电容法持水率计响应与含水率之间的关系，如图所示横坐标表示实际含水率，纵坐标表示仪器响应的百分数(Fr)，三条曲线表示不同流量。当含水率小于0.4时，含水率与仪器响应之间呈线性关系，大于0.4时，含水率增加时，Fr值增长缓慢，灵敏度降低，说明响应曲线与垂直井的响应相似。图８－１４在内径为4in的水平测试管中电容持水仪对油水两相流的响应（2）电容法持水率计响应与含水率关系图