水平井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)井技術(shù)探索

水平井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)井技術(shù)探索

水平井段生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的必要性經(jīng)過幾年的實(shí)踐，塔里木油田的水平井設(shè)計(jì)和開挖技術(shù)日益完善，已成為塔里木油田穩(wěn)定的關(guān)鍵之一。搞好水平井的開發(fā)和管理對(duì)整個(gè)油田的穩(wěn)產(chǎn)至關(guān)重要,尤其是對(duì)水平井段的分段產(chǎn)出情況、主力產(chǎn)出層段的持率監(jiān)測(cè),對(duì)今后水平井的設(shè)計(jì)、高含水后水平井的改造以及日常生產(chǎn)管理都是不可缺少的依據(jù)。由于受國(guó)內(nèi)外水平井動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的限制,目前國(guó)內(nèi)對(duì)水平井段的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)還屬空白。塔里木油田通過技術(shù)合作,采用井下牽引器技術(shù)進(jìn)行了水平井產(chǎn)液剖面測(cè)井的探索,取得了一定的效果。關(guān)鍵技術(shù)在現(xiàn)有的技術(shù)條件下,完成水平井的生產(chǎn)測(cè)井(以產(chǎn)液剖面測(cè)井為例)需要克服3方面的困難,即測(cè)井工藝、傳感系列選擇及資料評(píng)價(jià)。1.鉆井技術(shù)如何將測(cè)井儀器送入水平鉆穿的地層是水平井測(cè)井首先要面對(duì)的問題,目前針對(duì)生產(chǎn)測(cè)井主要開發(fā)了2種技術(shù)。(1)上提或放空氣場(chǎng)測(cè)井采集測(cè)井儀器隨柔性管下入井中并通過預(yù)先插入柔性管內(nèi)的電纜與地面連接,由柔性管上提或下放帶動(dòng)儀器完成測(cè)井。該方法的優(yōu)點(diǎn)是壓力大的井可以用最少的地面設(shè)備進(jìn)行測(cè)井,可以在大、中、小曲率半徑的井中測(cè)井,同時(shí)具有輸送動(dòng)力大、成功率高和可以過油管作業(yè)的優(yōu)點(diǎn);其缺點(diǎn)是速度慢、深度控制誤差大,組合的儀器不能過重。(2)牽引器電纜上提法施工該方法是近幾年開發(fā)的新技術(shù),采用常規(guī)測(cè)井井口裝置,在測(cè)井儀器后端連接井下牽引器,牽引器與測(cè)井電纜連接,垂直井段靠?jī)x器重量自然下放,進(jìn)入造斜段儀器停止后,通過測(cè)井電纜供電并控制牽引器開始工作,由牽引器提供動(dòng)力將儀器推送到目的段,然后通過地面控制斷開牽引器電源,為儀器供電,靠測(cè)井電纜上提儀器進(jìn)行測(cè)井。該方法的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便、節(jié)省工時(shí)、深度控制準(zhǔn)確、測(cè)井過程中油井可以正常生產(chǎn);缺點(diǎn)是輸送動(dòng)力較小、對(duì)井筒技術(shù)條件要求較高(套管內(nèi)徑規(guī)則、井筒內(nèi)無雜物)、施工風(fēng)險(xiǎn)大;根據(jù)設(shè)計(jì)思路的不同,有的牽引器工作時(shí)需要電纜供電而只能上測(cè)和點(diǎn)測(cè),由于該型牽引器是采用馬達(dá)等機(jī)械結(jié)構(gòu)來推動(dòng)儀器,當(dāng)井底存在沉沙或縫、洞(裸眼完井)時(shí),會(huì)使?fàn)恳魍扑蛢x器失敗;有的牽引器已實(shí)現(xiàn)了儀器的上測(cè)和下測(cè)(見圖1)。2.水平井中多相流體流動(dòng)規(guī)律井下溫度、壓力、流量、持率是了解井下生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵參數(shù),由于水平狀態(tài)下井內(nèi)多相流體的流動(dòng)狀態(tài)極為復(fù)雜,因此水平井中錄取和應(yīng)用最多的是溫度和壓力,但這兩個(gè)參數(shù)只能用于定性分析;目前還沒有能夠準(zhǔn)確給出水平段某一截面分流量的測(cè)井系列,傳統(tǒng)的生產(chǎn)測(cè)井組合儀在水平井的應(yīng)用中都存在缺陷。3.井筒向上傾斜井筒和井筒之間的分離流動(dòng)在水平井和斜井中,由于重力作用使輕質(zhì)相與重質(zhì)相的分離,流型與垂直井中有較大差異,水平井中的流動(dòng)呈層狀分布,若井眼傾斜差異較大,上部容易形成氣塞,下部容易形成水塞。實(shí)際上水平井可能有的井段傾角大,有的地方傾角小,大于90°時(shí),井筒向上傾斜,低于90°時(shí),井筒向下傾斜。此時(shí)在水平井段的最高處為氣,形成氣堵,而在最低處為水,因此會(huì)形成壓力臺(tái)階。另外由于分離作用,鉆井碎屑和水泥膠結(jié)期間會(huì)導(dǎo)致套管外下部沉淀鉆井碎屑或其它重礦物,而在套管外上部出現(xiàn)水泥膠結(jié)的滲透水,這一存在導(dǎo)致水泥膠結(jié)失效,可能出現(xiàn)竄槽通道。同時(shí),割縫襯管完井時(shí),割縫襯管和地層之間的環(huán)形空間中容易發(fā)生竄流。由于油氣水在水平井中呈層狀分離流動(dòng),因此流量計(jì)、持水率計(jì)的響應(yīng)結(jié)果具有一定的縱向偏面性。非集流式儀器在低含水井中,由于渦輪和持水率計(jì)暴露在油中,因此所測(cè)信號(hào)主要反映油的流量及油的電容響應(yīng),而很少反映另一相水的流動(dòng)及含量。對(duì)于高含水率情況,渦輪和持水率計(jì)主要暴露在下部的水中,反映水的流動(dòng)情況。(1)水平井結(jié)構(gòu)流量測(cè)量在經(jīng)裸眼、水泥固井后射孔和襯管加管外封隔器的方式完井的水平井中建議采用集流式渦輪流量計(jì)和在線式渦輪流量計(jì)或全井眼渦輪流量計(jì)并測(cè)。測(cè)量時(shí),油氣水必須通過金屬集流傘,然后進(jìn)入集流通道,所以渦輪測(cè)得的RPS值反映了油氣水總的流動(dòng)情況,在線式渦輪流量計(jì)或全井眼渦輪流量計(jì)作為補(bǔ)充。確定產(chǎn)出剖面時(shí),最好同時(shí)測(cè)量井徑曲線,井徑擴(kuò)大,會(huì)使RPS值減小,井徑縮小,流量增大,在這種情況下,應(yīng)以井眼規(guī)則處為解釋層段計(jì)算流量。在割縫襯管完井的水平井中,不推薦使用集流式流量計(jì),主要原因是流體會(huì)通過環(huán)形空間旁通。在斜度較大的井段,可能會(huì)導(dǎo)致水沿下側(cè)倒流現(xiàn)象。另外若割縫襯管外側(cè)泥巖跨塌,井眼會(huì)嚴(yán)重?cái)U(kuò)大,流量下降(RPS減小)。在這種情況下,可以采用示蹤流量計(jì)。示蹤劑應(yīng)選用油溶性示蹤劑。選用水溶性示蹤時(shí),由于水在下部流動(dòng),容易發(fā)生示蹤劑聚集現(xiàn)象。在斜井水平井中,由于井眼傾斜,渦輪流量計(jì)不適于上下多次測(cè)量,主要問題是儀器無法靠重力作用下測(cè)。而且渦輪流量計(jì)有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)測(cè)量過程中機(jī)械損傷現(xiàn)象造成測(cè)試失敗。因此國(guó)外各大測(cè)井公司都推出了新的流量測(cè)量方式。如斯倫貝謝公司在C/O能譜測(cè)井的基礎(chǔ)之上專門研制的過油管儲(chǔ)層飽和度測(cè)井儀(RST)的RSTProWFL方式,相速探頭PVS儀器,哈里伯頓公司的儲(chǔ)層監(jiān)測(cè)儀(RMT)的SPFL方式,貝克阿特拉斯公司的RPM儀器等均可進(jìn)行水速測(cè)量,可用于測(cè)量斜井、水平井中水相的流速,它的主要優(yōu)勢(shì)是不受油氣水層狀流動(dòng)的影響。(2)儀器測(cè)量和持氣率在垂直井使用的持率儀器如電容法持水率儀器,流體密度儀器等,由于都采用居中測(cè)量,這些儀器反映的都是流道中央的流體,在水平井中不能很好居中,只能反映井眼軌跡的低側(cè)端的流體,因此應(yīng)采用全井眼測(cè)量?jī)x器。斯倫貝謝公司的RST儀器在記錄遠(yuǎn)近C/O能譜的同時(shí)記錄近遠(yuǎn)探測(cè)器的凈非彈性計(jì)數(shù)率之比,對(duì)RST解釋模型適當(dāng)改進(jìn),采用基于儀器線性響應(yīng)模型的約束反演技術(shù),既可確定飽和度,還可確定相應(yīng)的油氣水持率值。這一方法要求儀器居中測(cè)量。該方法斯倫貝謝公司用TPHL(Three-phaseHoldupLog)表示。因此在水平井中具有較好的應(yīng)用前景。哈里伯頓公司的持氣率儀器(GHT)采用低能伽馬源57CO作為放射性源發(fā)射伽馬射線,由閃爍計(jì)數(shù)器探測(cè)儀器和套管之間的流體份數(shù)。雖然持氣率儀器不能作為直接流體密度儀器使用,但它測(cè)量的是井筒中的全部流體,可直接測(cè)得持氣率。這在水平井情況下極為有用,因?yàn)槌Ｒ?guī)的持水率和流體密度儀器是中心采樣儀器,在水平井層流狀態(tài)下,不能得到正確的持率值。此外,哈里伯頓最近推出的電容法持水率成像儀器CAT,斯倫貝謝公司推出的持水率成像儀器FloView,分別采用12個(gè)和8個(gè)探頭測(cè)量整個(gè)井眼的流體性質(zhì),斯倫貝謝公司推出的GHOST儀器,采用光學(xué)探頭,利用油、氣、水對(duì)光的反射的差別確定持率,它能給出某個(gè)深度點(diǎn)上,井眼內(nèi)不同方向上的持水率值,對(duì)水平井產(chǎn)液剖面的持水率測(cè)量都很適用。4.持液率的確定據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)機(jī)構(gòu)的模擬實(shí)驗(yàn),當(dāng)井下流體不是單相時(shí),水平管中普遍存在層流,并且在總流量和持率不變的情況下,隨著管道水平角度的變化,不同密度的流相的流動(dòng)狀態(tài)也在發(fā)生變化。圖2是實(shí)驗(yàn)室在不同流量、不同角度下觀測(cè)的流態(tài)變化,這些情況使水平井產(chǎn)出剖面的解釋變得極為困難。在水平井和斜井中,由于輕質(zhì)相與重質(zhì)相的分離,流型與垂直井中有較大差異,以氣水兩相流動(dòng)為例說明水平井中的流型(斜井與水平井相似)。在水相流動(dòng)較低的情況下流型分為4種,層狀流(氣水界面光滑),波紋層狀流(界面呈波紋狀),波狀流和環(huán)霧流,流型的過渡是隨著氣的流量增大依次轉(zhuǎn)變的。層狀流中,氣體的流量很低,占據(jù)了管子的上半部,氣水界面光滑;隨著氣體的增加,氣水界面上產(chǎn)生了波紋,這就形成了波紋界面層狀流;隨著氣體流量的進(jìn)一步增加,氣水界面產(chǎn)生了大的波動(dòng),這就是波狀流;氣體流量繼續(xù)增大時(shí),氣體在中間,套管壁上為液膜,這就是環(huán)狀流,同時(shí)中間的氣體含有霧狀水滴,這就是霧狀流。在水相流量中等的情況下,層狀流型和波狀流型均變形,此時(shí)的流型稱為變形泡狀流和段塞狀流動(dòng)。此時(shí),氣體流速較低,不連續(xù)的變形氣泡浮在管子上部,氣體流速增加時(shí),這些氣泡聚集形成氣體段塞,稱為段塞狀流動(dòng),這一流型是從泡狀流向環(huán)霧狀流型過渡的一種流型。氣體的流量進(jìn)一步增加時(shí)最后形成環(huán)霧狀流動(dòng),泡狀和段塞狀流動(dòng)中,氣液之間存在著較大的滑脫速度,環(huán)霧狀流動(dòng)中,氣體和霧滴的流速近似相等。在液相水的流速較高時(shí),氣泡較為均勻地分散在整個(gè)液體當(dāng)中,濃度分布上下不大對(duì)稱,這就是分散狀泡狀流動(dòng)。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)液相和氣相的流速大小具體劃分流型。美國(guó)Tulsa大學(xué)的H.D.Beggs對(duì)水平井中的流型進(jìn)行了分析,把流型分為3種流動(dòng),分相流、間斷流和均布流。分相流包括層狀流、波狀流和環(huán)狀流;間斷流包括段塞流和段狀流;均布流包括泡狀流和霧狀流。當(dāng)氣體的流量較小時(shí),氣體和水分層流動(dòng),氣體在上半部,水在下半部,界面為平面接觸。隨著氣相流量的逐漸增加,氣體使水面形成波動(dòng);氣體流量進(jìn)一步增加形成段塞流和段狀流;之后隨著氣體流量的進(jìn)一步增加,依次形成泡狀流、環(huán)狀流和霧狀流。同一口井中不可能同時(shí)出現(xiàn)上述各類流型,具體情況取決于氣和水的流量。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)于每一種流型都給出了不同的計(jì)算持水率的關(guān)系式。圖3中給出了3次測(cè)量持液率的計(jì)算關(guān)系,傾角為50°時(shí),持液率達(dá)到最大值。實(shí)驗(yàn)給出的流型圖如圖4所示,圖中實(shí)線為原始流型分界線,虛線為作了修正的流型分界線,修正后的流型包含了分相流和間斷流之間的過渡流。流型邊界確定。分相流為λL<0.01及NFR<L1或λL≥0.01及NFR<L2;過渡流為λL≥0.01和L2≤NFR≤L3;間斷流為0.01≤λL≤0.4和L3<NFR≤L1或λL≥0.4和L3<NFR≤L4;均布流為λL<0.4和NFR≥L1或λL≥0.4和NFR>L4。其中,λL為含液率(含水率);NFR為費(fèi)勞德數(shù);Li為流型范圍;無因次。持液率(持水率)的確定是從水平位置開始,角度為φ的持液率等于水平管子的持液率乘以校正管子傾斜角度的因數(shù)y式中,HL(φ)為角度為φ的持水率;HL(0)為水平位置的持水率;y為校正管子傾斜角度因數(shù)。由公式求出式中,a、b、c是根據(jù)適當(dāng)?shù)乃搅鲃?dòng)類型從表1中得出。如果HL(0)<λL,則令HL(0)=λL;否則使用計(jì)算出的值;校正系數(shù)可以根據(jù)下列公式計(jì)算通過水平井中大量的模擬實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)到水平井段的流態(tài)是復(fù)雜多變的。在集流情況下,由于流速的提高消除了層流,使渦輪流量計(jì)的響應(yīng)趨于正常,其測(cè)井響應(yīng)是線性關(guān)系式中,Q為流量;a為常數(shù),從模擬刻度中確定;K為儀器常數(shù);N為渦輪轉(zhuǎn)速;經(jīng)過渦輪的攪拌,各相態(tài)充分混合,也使含水率及密度的測(cè)量趨于合理,因此,在集流情況下解釋變得相對(duì)簡(jiǎn)單,含水率測(cè)量值變的可信。但要對(duì)由于集流漏失產(chǎn)生的誤差進(jìn)行校正,這種校正要通過在水平模擬裝置上進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)后做出圖版來完成。實(shí)驗(yàn)得出了不同流量時(shí)儀器流道內(nèi)的流態(tài)(見表2)。承擔(dān)氧指數(shù)t和地層溫度nm井段d2002年8月9日至8月11日,新疆測(cè)井公司EX-CELL-2000測(cè)井隊(duì)成功地對(duì)××井實(shí)施了產(chǎn)液剖面測(cè)井。該井2000年9月23日投產(chǎn),自噴,6mm油嘴初期油產(chǎn)量31t/d,含水16%,產(chǎn)液量低。2000年11月13日至11月28日對(duì)該井進(jìn)行酸化作業(yè),目的是解除鉆井液固相、濾液以及可能的乳液堵塞對(duì)地層造成的傷害,提高地層產(chǎn)能。測(cè)井目的是了解水平段產(chǎn)出狀況及主力產(chǎn)層相對(duì)產(chǎn)出情況;作業(yè)后產(chǎn)液67t/d,產(chǎn)油61t/d,產(chǎn)氣876m3/d,含水5.5%;測(cè)井曲線為井下流體溫度(TEMP)、壓力(PRES)、流量(FLOW)、持水率(HYD)、持氣率(CHTC)、密度(EDEN)及伽馬(GR)、接箍等曲線;測(cè)井儀器入井方式為井下牽引器傳送。從圖5可以看出,在5460～5488m井段溫度曲線隨深度增加溫度值升高,與下部井段相比增加幅度很大,顯示有大量液體產(chǎn)出。流體密度曲線、持水率曲線、持氣率曲線在5480～5488m存在明顯的波動(dòng)現(xiàn)象,這是井筒內(nèi)流體流量突然變化引起測(cè)井曲線的變化。從流量計(jì)曲線分析,其測(cè)井值比下部井段的測(cè)井值明顯偏高,說明確實(shí)有地層流體產(chǎn)出。礦井流態(tài)分析水平井產(chǎn)液剖面測(cè)井雖然已取得了初步成功,但作為成熟技術(shù)