生產(chǎn)測井陣列成像儀在水平井的應用

尹國平，劉 恒，鄒岳元，陳 雄，陳海祥

(川慶鉆探工程有限公司測井公司 重慶 400021)

·儀器設備與應用·

生產(chǎn)測井陣列成像儀在水平井的應用

尹國平，劉 恒，鄒岳元，陳 雄，陳海祥

(川慶鉆探工程有限公司測井公司 重慶 400021)

水平井生產(chǎn)測井與常規(guī)直井生產(chǎn)測井有較大的差異。對于水平井而言，首先測井儀器需要特殊的輸送工藝；其次測量井段更長，產(chǎn)出剖面更多；同時，流體在水平段流動時，由于油氣水呈層狀分離流動，并受井眼軌跡和各層產(chǎn)出的影響，存在復雜的流態(tài)變化，需要采用專門的陣列測井儀器和特殊的解釋計算模型。介紹了目前主流的水平井生產(chǎn)測井陣列成像儀器的測量原理，以及水平井生產(chǎn)測井的輸送工藝和在川渝地區(qū)的實際應用情況。實測資料表明，生產(chǎn)測井陣列成像儀在水平井中具有較好的應用效果，為油田的開采提供了可靠的依據(jù)。

生產(chǎn)測井；水平井；連續(xù)油管；爬行器；生產(chǎn)測井解釋

0 引 言

為了提高油氣單井產(chǎn)量或注入量，獲得更高的采收率，水平井鉆井在川渝油氣田已取得了規(guī)模應用，目前川渝地區(qū)每年鉆勘80多口水平井，占總數(shù)的80%以上。并且，隨著非常規(guī)油氣資源的開發(fā)利用日益廣泛，特別是頁巖氣井正在成為攪動世界能源市場的中堅力量，水平井的應用得到了加速推廣。根據(jù)美國經(jīng)驗，在頁巖氣藏中，采用水平井開采的日均產(chǎn)氣量及最終產(chǎn)氣量是垂直井的3～5倍，產(chǎn)氣速率則提高10倍，而水平井的成本則不足垂直井的2～4倍。因此，水平井技術已經(jīng)成為頁巖氣藏成功開發(fā)的關鍵因素之一。在川渝重點開發(fā)的長寧、威遠和涪陵礁石壩頁巖氣井，90%以上是水平井。如何對水平井的產(chǎn)出剖面進行測量，為儲層改造效果評價及開發(fā)方案調(diào)整和完善提供依據(jù)成為測井行業(yè)的一個重要課題。

傳統(tǒng)的電纜測井方式難以將儀器送入井底，且由于水平井段流型的變化，老式的七參數(shù)生產(chǎn)測井儀采集的信息已不能正確進行產(chǎn)出剖面的計算，原有的解釋方法也已不能適應生產(chǎn)的需求。因此，應用新的儀器傳送方式，采用新的測井儀器，尋求更適用的解釋方法，對水平井生產(chǎn)測井具有重要的現(xiàn)實意義。

1 陣列成像生產(chǎn)測井儀器簡介

在水平井中進行生產(chǎn)測井作業(yè)，目前主要采用兩種儀器系列，即Sondex的MAPS陣列成像儀器系列和Schlumberger的FSI陣列成像儀器系列。

MAPS陣列成像儀器系列由電容式陣列測持水率儀CAT、電阻式陣列測持水率儀RAT和陣列渦輪流量儀SAT三支儀器短節(jié)組成。測井時，除組合這三種短節(jié)外，還需要組合自然伽馬、接箍、 溫度、壓力等Sondex通用的儀器短節(jié)[1]。

為了計算出各相產(chǎn)出剖面，MAPS陣列成像儀器的設計思路是測量井筒橫截面上的流體持率和速度。故每支儀器短節(jié)上設計了彈簧籠，同一深度的每個彈簧片內(nèi)壁安裝有持率探頭或渦輪轉(zhuǎn)子，測井時需要采用居中測量。其中CAT、RAT均采用12根彈簧配12探頭，CAT的陣列電容式微傳感器通過測量周圍靠近套管的流體的電容，根據(jù)油、氣和水具有不同的電介常數(shù)，來確定某一深度處井筒截面的相態(tài)，能清楚地分辨出油和水。RAT的陣列電阻式微傳感器通過鑒別水和碳氫化合物的不同電導率，判斷流體性質(zhì)，確定井眼截面的持水率，能清楚地辨出油氣和水。MAPS陣列持水率儀器測井效果如圖1所示。圖1(a)中，水平段測量時，在彈簧籠的作用下，探頭位于井筒橫截面的四周，這有別于“傳統(tǒng)”生產(chǎn)測井儀器只能位于井筒中間，從而能夠準確測量水平段井筒橫截面上高端到低端的不同持水率。圖1(b)是陣列電阻持水率RAT實測的水平段流態(tài)在3605m處的橫截面圖， RATMN01～RATMN12是12個探頭在截面上所處的位置，處理成像圖中紅色為氣，藍色為水，二者間的顏色為氣水混相，實測結(jié)果中可以明顯地看到氣水分層流動的特征。

圖1 MAPS陣列持水率儀器測井效果圖

MAPS陣列渦輪儀器測井效果圖如圖2所示。SAT采用6根彈簧片配6個渦輪轉(zhuǎn)子，同樣位于井筒橫截面的四周，如圖2(a)所示。SAT采用高靈敏度的寶石軸承轉(zhuǎn)子，有利于采集井筒高端到低端的不同流速。圖2(b)為上測時水平段流體流速在4 396 m處的截面圖，SPIN1～SPIN6是6個渦輪轉(zhuǎn)子位置，成像著色定義是紅色越深表明渦輪正轉(zhuǎn)越快，藍色越深表明渦輪負轉(zhuǎn)越快。圖2(b)中，3、4號渦輪位于井筒橫截面的高端，渦輪轉(zhuǎn)子在正轉(zhuǎn)，1、6號渦輪位于低端，渦輪轉(zhuǎn)子略有負轉(zhuǎn)，井筒橫截面頂部的流速最快，這與該段氣水兩相，且位于上坡流井段的特征是吻合的。故CAT、RAT、SAT三者組合測量，就能提供比較清晰和真實的井下流態(tài)[2]。

圖2 MAPS陣列渦輪儀器測井效果圖

FSI陣列儀器與MAPS陣列儀器測量原理近似，差別在于除了舍棄易受高礦化度地層水或高含水流體影響的電容式持水率探頭，配備直接測持氣率的光柵式探頭外，探頭數(shù)量和布局上存在較大差異。其設計思路為儀器沿線采集井筒從高端到低端的不同持率和流速，如圖3所示。因此儀器設計為三角形測量臂形式，一個臂上有五個電阻式持水率探針和五個光學式持氣率探針，另一個臂上有四個微轉(zhuǎn)子流量計，儀器殼體上還有第五個轉(zhuǎn)子流量計和第六對電探針和光學探針，測量井筒底端的流動。其測量方式為偏心測量。兩種儀器的綜合性能指標比較接近，見表1。

圖3 FSI陣列生產(chǎn)測井儀在水平段橫截面上位置關系示意圖

內(nèi)容MAPSFSI外徑/mm42.942.9長度/m3.84.9重量/kg24.149耐溫/℃177150耐壓/MPa104103三相持率測量精度±10%±10%流速測量精度±10%±10%最小限制/mm4946

2 水平井生產(chǎn)測井工藝

在水平井中進行生產(chǎn)測井作業(yè)時，除了井口帶壓的井控工藝外，另一個核心是如何把儀器送至水平段目的層。在現(xiàn)有生產(chǎn)測井應用中，主要有爬行器和連續(xù)油管兩種輸送方式[3]。

爬行器輸送工藝是把爬行器和下井儀器組合，通過電纜下放至遇阻，然后由爬行器推動儀器至井底進行測量的工藝。該方法具有工藝簡單，深度準確、測井成本低的優(yōu)點。其不足之處主要是對井壁光整度，井液清潔度要求較高，遇阻遇卡風險大；且推力較小，爬行器滾輪磨損大，一次下井爬行距離短，難以滿足生產(chǎn)測井多種速度、多次起下的要求。

連續(xù)油管測井作業(yè)主要有兩種，一種是存儲式測量方式，連續(xù)油管不需要穿電纜，通過井下電池對儀器供電，井下存儲短接對采集的數(shù)據(jù)進行存儲，施工結(jié)束儀器提出井后對測井采集數(shù)據(jù)進行下載和處理。該工藝的優(yōu)點是連續(xù)油管不受穿電纜的限制，只要有合適的連續(xù)油管設備就可以施工作業(yè)，應用范圍廣。其不足的方面是，井下儀器采用電池供電，無法實時監(jiān)控井下儀器的工作狀態(tài)，在測量采集過程中出現(xiàn)的異常情況也無法及時處理，對測量結(jié)果只能在儀器提出井后才能知曉。另一種是實時在線測量方式，在連續(xù)油管中穿電纜，井下儀器和地面系統(tǒng)通過電纜直接進行實時通訊，在施工作業(yè)的全過程中可以實時監(jiān)控測井資料質(zhì)量和儀器工作狀態(tài)，對出現(xiàn)的異常情況能夠及時處理，保障了測井資料的可靠性和施工作業(yè)的安全可靠。不足之處是在使用過程中，要受穿電纜連續(xù)油管的長度限制，應用范圍受到局限。

在連續(xù)油管測井作業(yè)過程中，在工藝上需要注意的是解決連續(xù)油管與測井系統(tǒng)間的深度匹配問題，該問題有兩種解決方案，第一是直接將連續(xù)油管編碼器的深度信號引入測井系統(tǒng)，但需重置測井系統(tǒng)深度脈沖數(shù)；第二種方案將測井系統(tǒng)自己的深度采集裝置安裝在連續(xù)油管車的深度測量輪上。就測井深度的準確性而言，后者優(yōu)于前者。從采用穿電纜的連續(xù)油管測井的應用情況看，該工藝對于解決較為復雜的頁巖氣水平井生產(chǎn)測井效果是最好的，測井風險也相對更容易控制。

3 生產(chǎn)測井陣列成像儀在水平井中的應用實例

川慶測井公司在四川某頁巖氣田成功地對Y12-XH井進行了水平井生產(chǎn)測井。該井采用分簇式射孔，在2 875～4 200.5 m的井段內(nèi)，分16段45簇，所有射孔層位均位于Ⅰ類頁巖氣儲層，并實施了多級加砂壓裂，每段進液量在1 491.8～2 232 m3之間，進砂量在30.4～70.6m3之間，平均砂比在1.8～4.1%之間。測量段井斜86.1°～89.6°，測井時地面產(chǎn)量穩(wěn)定在氣29×104m3/d，水3～4 m3/d。

該井使用MAPS陣列成像測井儀器，采用穿電纜的連續(xù)油管輸送，實現(xiàn)了多種測速，多次起下的測井工藝。本井在測井時，井內(nèi)較“臟”，儀器測量臂處帶出大量橋塞碎片，最終在3 800 m以下有4段壓裂段未能取到有效資料。

圖4為處理得到的截面流型與井眼軌跡對比圖，圖中可見，井下氣、水呈明顯的分層流動特征，并且，隨著井眼軌跡變化以及射孔段位置的產(chǎn)出影響，總體呈現(xiàn)出波狀流特性[4]。

圖5為該井的產(chǎn)出剖面分段計算成果圖。第二道為層段道，綠色為壓裂段，紅色為射孔段，黃色為轉(zhuǎn)子刻度段，灰色為流速計算區(qū)，白色為根據(jù)壓裂段定義的產(chǎn)出層段，其中3 800 m以下未能測到資料的4段壓裂段合為一個產(chǎn)出段。第七、八、九道中紅色為氣，藍色為水，其中第七道把井眼軌跡，射孔段和氣水持率合在一起，可以直觀判斷井下流型變化。第五、六道分別是MAPS陣列儀器測量計算的流速和持水率、持氣率，以及非線性回歸算法計算得到的流速和持水率、持氣率質(zhì)量控制曲線。根據(jù)解釋計算質(zhì)量控制方法，計算的流速和持率與實際測量的流速和持率擬合度較高，普遍在80%～90%以上，表明本井的計算模型和參數(shù)選擇是合理的，其計算結(jié)果具備較高的可信度。從成果圖中可以看出，幾乎每一個壓裂段都有明顯的產(chǎn)出，表明該井的分段壓裂儲層改造效果較好。

圖4 生產(chǎn)測井流態(tài)變化圖

綜合來看，該井的計算結(jié)果準確地為油氣田開發(fā)方提供了各層產(chǎn)出貢獻情況，明確了主要產(chǎn)水層位，并對裸眼解釋的符合情況、分簇式射孔與多級加砂壓裂效果的評價提供了更加直觀的依據(jù)。

圖5 產(chǎn)出剖面分段計算成果圖

4 結(jié) 論

水平井生產(chǎn)測井的應用為油氣田開發(fā)、特別是目前的頁巖氣藏開發(fā)提供了較好的決策依據(jù)，隨著陣列成像生產(chǎn)測井儀器的應用和水平井解釋模型的進一步完善，在為甲方解決分層產(chǎn)出貢獻，確定主要氣水層等方面，已經(jīng)具備了較高的指導意義。但是，水平井中由于橋塞碎片等雜物較多對測井資料質(zhì)量的影響，以及水平井中積水回流等因素對生產(chǎn)測井解釋的影響仍是需要進一步研究的[5]。

[1] 楊繼波，王雅麗，王佳凡，等.SONDEX 生產(chǎn)測井組合儀的設計特點及對比應用[J].石油儀器，2007，21(2)：39-43.

[2] 戴家才，郭海敏，劉 恒，等.電容陣列儀測井資料流動成像算法研究[J].測井技術，2010，34(1)：27-30.

[3] 王兆東,路立軍，雷 軍，等.水平井氣井生產(chǎn)測井施工工藝及應用[J]，國外測井技術，2010，31(2)：64-66.

[4] 郭海敏，戴家才，陳科貴.生產(chǎn)測井原理與資料解釋[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007：209-212.

[5] 彭小嬌，陳 職，張云善等.水平井積液機理初探[J].石化技術，2015，35(2)：136-137.

Application of Array Image Tools of Production Logging in Horizontal Wells

YIN Guoping, LIU Heng, ZOU Yueyuan, CHEN Xiong, CHEN Haixiang

(CNPCChuanqingDrillingEngineeringCompanyLimitedLoggingBranch,Chongqing400021,China)

There are great differences between horizontal well production logging and conventional vertical well production logging. For the horizontal well, firstly the logging tools need special transportation technology. Secondly, the logging interval is longer, and the number of production layer increases. Meanwhile, because of oil-gas-liquid stratified flow, when the fluid flow in the horizontal segment, which is affected by the well trajectory and different reservoirs’ productions, and the flow patterns become complicated, so the special array logging tools and particular interpretation models are needed to solve those problems. The measuring principle of present mainstream array image tools of the horizontal well production logging and the horizontal well production logging transportation technology are introduced with its practical application situations in Chuan-yu area. Practical logging data indicates that the tools have been applied well in horizontal wells, which can provide reliable foundations for exploitation of oilfields.

production logging; horizontal well; coiled tubing; tractor; production logging interpretation

尹國平，男，1966年生，高級工程師，1989年畢業(yè)于西安石油學院測井專業(yè)，現(xiàn)從事測井技術管理工作。E-mail:yinguop_sc@cnpc.com.cn

P631.8+1

A

2096-0077(2016)06-0059-04

2015-12-23 編輯：姜 婷)