陣列探針測井在油田開發(fā)動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

朱慶軍

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163453)

0 引 言

在水驅(qū)開發(fā)的油田，“油層水淹”是注水開發(fā)油田的普遍現(xiàn)象，導(dǎo)致油井中儲層大量產(chǎn)水，因此需要對油井進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，測量油井中儲層的含水率變化規(guī)律，以指導(dǎo)油田開發(fā)，為壓裂、堵水等選層提供資料并評價措施效果，制定合理的開采策略。目前，國內(nèi)關(guān)于含水率測量方法主要有阻抗法、電容法、超短波法、同軸線相位等方法，其測量方法都是利用所測介質(zhì)混合均勻后，進(jìn)行取平均的線性模擬方式，而油井多相流體的流動屬于非均勻介質(zhì)動態(tài)問題，需要采用非線性測量方法研究解決。傳統(tǒng)測量技術(shù)無法獲取流體介質(zhì)空間的分布信息，難以提供油井內(nèi)流動剖面的詳細(xì)情況［1］。因此，為進(jìn)一步提高高含水條件下含水測量的準(zhǔn)確性，解決高含水、特高含水層的識別難題，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)油控水，大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司開展了陣列探針產(chǎn)出剖面測井技術(shù)研究，該項目儀器根據(jù)統(tǒng)計學(xué)的規(guī)律，采用的是統(tǒng)計非線性空間油泡分布信息的一種數(shù)字方式，技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

陣列探針產(chǎn)出剖面測井儀適用于產(chǎn)出井油(氣)、水兩相流測量。可同時測含水率、流量兩個參數(shù)，并可組合磁定位、井溫、壓力三參數(shù)及壓差式密度計形成多參數(shù)組合測井儀，達(dá)到綜合解釋目的。

1 儀器結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)

1.1 儀器結(jié)構(gòu)［2］

陣列探針產(chǎn)出剖面測井儀總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。從左至右依次為處理電路、渦輪流量計、含水傳感器、流體進(jìn)液口、集流傘和驅(qū)動電機(jī)等部分，并可結(jié)合磁定位、井溫、壓力三參數(shù)及壓差式密度計進(jìn)行組合測井。

1.2 技術(shù)特點(diǎn):

1)含水測量范圍寬，準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好。

2)測井時效高，含水和流量同步測量，使用和維修方便。

圖1 陣列探針產(chǎn)出剖面測井儀示意圖

3)測井成功率高:采用陣列探針組，可以分別提取各個探針測量結(jié)果，局部探針失效仍然可以完成持水率測試。

2 測量原理和技術(shù)指標(biāo)

2.1 測量原理［3］

含水率的測量依據(jù)是油(氣)、水的電導(dǎo)特性。石油和天然氣電導(dǎo)率通常小于10－9S/m ～10－16S/m，相對介電常數(shù)約為2.5 ～1.0;地層水的電導(dǎo)率一般為10 S/m ～0.1 S/m，相對介電常數(shù)約為81.0 ～56.0［4］，測量流體阻抗來探測水，設(shè)置一個門限值來區(qū)分油(氣)和水。當(dāng)在水連續(xù)相中的油(氣)泡或在油(氣)連續(xù)相中的水滴接觸到探測器的電極頭，每個探測器就產(chǎn)生一個二進(jìn)制輸出信號。如果流動是非乳狀流且泡的尺寸大于探頭，則可從探頭的二進(jìn)制輸出中得到持水率，持水率是由探頭的導(dǎo)電時間決定的，其探頭工作原理如圖2 所示。

圖2 陣列探針工作原理

每個探頭處的局部持水率可用下式計算:

流量的測量利用渦輪流量計采用集流點(diǎn)測的方式，通過下式計算各測點(diǎn)產(chǎn)液量，再從上到下通過各測點(diǎn)產(chǎn)液量相減運(yùn)算得到層段的產(chǎn)液量。

式中，Q 為待測流量，m3/d;K 為渦輪常數(shù)，(m3·d－1)/(r·s－1);F 為渦輪頻率，r/s;q 為啟動流量，m3/d。

2.2 技術(shù)指標(biāo)

儀器外徑:φ26 mm

儀器耐溫:150℃

儀器耐壓:50 MPa

含水率測量范圍:50% ～100%

含水率測量精度:±5%

流量測量范圍:1 m3/d ～80 m3/d

流量測量精度:±3%

3 實(shí)驗室標(biāo)定數(shù)據(jù)分析

通過對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，做出含水率平均圖版，得出儀器各檢測點(diǎn)含水平均誤差1.33%。圖3 是標(biāo)定的4 支儀器刻度曲線，從標(biāo)定數(shù)據(jù)結(jié)果看儀器一致性優(yōu)良。

從標(biāo)定曲線數(shù)據(jù)分析，儀器在10 m3/d ～80 m3/d 區(qū)間持水率基本上不受流量因素影響，這就避免了在此區(qū)間段上因受流量測量誤差而影響含水的測量準(zhǔn)確度;含水大于60%時，儀器具有較高的測量精度，隨著含水的升高儀器測量精度逐漸提高［5］。

圖3 儀器含水刻度圖版

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況統(tǒng)計分析

4.1 儀器測井統(tǒng)計

目前，該儀器在現(xiàn)場應(yīng)用1 000 余口井，其中對在大慶油田采油廠所測235 口水驅(qū)產(chǎn)出井進(jìn)行統(tǒng)計，含水在95%以上為86 口，占36.6%;含水在90% ～95%為72口，占30.6%;含水在80% ～90%為54 口，占23.0%;含水在70% ～80%為16 口，占6.8%;含水在70%以下為7 口，占3.0%。

4.2 實(shí)測含水與井口化驗含水對比

在235 口水驅(qū)井測量統(tǒng)計中，其井口化驗含水與實(shí)測含水測量誤差如圖4 所示。

圖4 不同油井含水率測量誤差

井口化驗含水在95%以上為86 口井，其中82 口井(占95.3%)平均誤差為2.39%;井口化驗含水在90%～95%為72 口井，其中67 口井(占93.1%)平均誤差為2.85%;井口化驗含水在80% ～90%為54 口井，其中51口井(占94.4%)平均誤差為3.46%;井口化驗含水在70% ～80%為16 口井，其中15 口井(占93.8%)平均誤差為4.96%;井口化驗含水在40% ～70%為7 口井，其中5 口(占71.4%)平均誤差為4.06%。

4.3 分析結(jié)論

陣列探針產(chǎn)出剖面測井儀在含水率大于70%的中、高含水水驅(qū)產(chǎn)出井中，有超過93%的測量井合層含水率與井口化驗含水率相對誤差小于5%，證明儀器含水率測量準(zhǔn)確度高，為油井分層含水測試、措施挖潛、增加采收率提供了翔實(shí)可靠的理論依據(jù)。

5 地質(zhì)應(yīng)用效果

5.1 地質(zhì)及工程應(yīng)用

確定主要產(chǎn)液層和高含水層;確定分層產(chǎn)液量和含水率;評價壓裂、堵水、調(diào)剖效果;指導(dǎo)堵水、壓裂等改造措施的選層。

5.2 測井曲線

圖5 現(xiàn)場測井軟件持水率和流量實(shí)時響應(yīng)曲線

圖5 是陣列產(chǎn)出剖面測井儀現(xiàn)場測試中，地面系統(tǒng)軟件持水和流量的實(shí)時響應(yīng)曲線。從圖中可以看出，含水和流量兩個參數(shù)測量是同步的，持水率和流量隨抽油機(jī)沖程的變化而周期變化，持水降低流量變大，實(shí)時反映產(chǎn)液和含水的相互關(guān)系。

5.3 動態(tài)監(jiān)測實(shí)例

圖6 是北X－X－PX 井探針測井解釋成果圖，井口產(chǎn)量36.9 m3/d，實(shí)測產(chǎn)量39.7 m3/d;化驗含水85.5%，實(shí)測含水88.3%。井溫分別在994 m 和1 011 m 出現(xiàn)異常，正好位于S213－16 層和S32－4 層內(nèi)，產(chǎn)液和含水測量結(jié)果顯示，在與井溫異常段深度相對應(yīng)的射孔層段S213－16 層產(chǎn)液19.5 m3/d，占全井產(chǎn)量的49.1%，分層含水92.8%，為特高含水;S32－4 層產(chǎn)液15.1 m3/d，占全井產(chǎn)量的38%，分層含水89.6%，為高含水，該井產(chǎn)液量測量結(jié)果與井溫曲線變化情況符合。

圖6 北X－X－PX 井測井解釋成果圖

通過現(xiàn)場試驗測量結(jié)果分析，應(yīng)用陣列探針產(chǎn)出剖面測井儀能夠真實(shí)、準(zhǔn)確地反應(yīng)井下油水分布狀況，流量和含水測量結(jié)果與井口量油和化驗含水有很好的符合率，測量準(zhǔn)確度高。

6 結(jié) 論

陣列探針產(chǎn)出剖面測井儀是產(chǎn)出剖面儀器家族的又一新成員，是本領(lǐng)域的一項重大技術(shù)突破，設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，工作性能穩(wěn)定，使用和維修方便，可同步測量含水、流量兩個參數(shù)，實(shí)時反映產(chǎn)液和含水的相互關(guān)系，能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測井下產(chǎn)液狀況，通過模擬井實(shí)驗及現(xiàn)場測試，已證明其方法的可行性，該儀器具有含水測量準(zhǔn)確度高、一致性、重復(fù)性好，測井時效、成功率高等特點(diǎn)，儀器適合含水高于50%、水為連續(xù)相、油為泡狀流的產(chǎn)出井兩相流測試，能夠為油田動態(tài)監(jiān)測及開發(fā)中后期高含水率測量提供新的技術(shù)手段，具有廣闊的應(yīng)用前景和現(xiàn)實(shí)意義。

［1］回雪峰，吳錫令.油田開發(fā)中后期持水率測井技術(shù)研究與展望［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2004，19(1):61－65.

［2］朱慶軍.電導(dǎo)式陣列探針找水儀研制.2008 年黑龍江省石油學(xué)會論文集，2008

［3］劉興斌.井下油/水兩相流測量［D］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士論文，1996

［4］吳錫令，趙 亮，牛虎林.流動成像測井新方法及實(shí)驗研究［J］.科學(xué)中國人，2004，12(12):44－45.

［5］房 乾，朱慶軍，陳 蕾，等.一種新型陣列探針產(chǎn)出剖面測井儀［J］.石油儀器，2012，26(6):46－48.