Φ23集流式流量持水組合測(cè)井儀產(chǎn)液剖面測(cè)井解釋方法

陳科貴, 李民, 楊剛, 郭長(zhǎng)海, 王紅發(fā), 陳婭潔, 王小準(zhǔn)

(1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 四川 成都 610500;2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶分公司, 陜西 西安 710021)

0 引 言

隨著持續(xù)開發(fā),吐哈油田的主力油層大部分進(jìn)入了高含水期,抽油機(jī)井所占油井比例越來越大,因井下含水率高[1],導(dǎo)致抽油機(jī)井中找水難度大。因此,測(cè)井儀器需適應(yīng)低產(chǎn)液量、高含水率的條件,同時(shí)能通過油套環(huán)空下至目的層[2]。在低產(chǎn)井中,由于井筒內(nèi)壓力低,產(chǎn)量小,液體會(huì)繞過連續(xù)流量計(jì)的葉片,流量計(jì)計(jì)數(shù)不能準(zhǔn)確反映流量的大小,再者,多相流動(dòng)條件下的重質(zhì)分離作用,造成持水率分辨率較低[3]。集流式流量計(jì)能匯集流體,提高流體對(duì)渦輪的作用效率,輕、重相流體間的滑脫速度可以忽略不計(jì),有效提高了測(cè)量精度[4]。采用集流式流量計(jì)對(duì)低產(chǎn)井進(jìn)行測(cè)量是行之有效的方法。

1 Φ23集流式流量持水組合測(cè)井儀工作原理

Φ23集流式流量持水組合測(cè)井儀由持水率儀、流量計(jì)、儀器探頭、集流器等組成。其中,集流器是該儀器的關(guān)鍵部分,集流傘是集流器上最重要的部件,主要由中心管、12根不銹鋼傘筋、傘布、動(dòng)力部分、換向機(jī)構(gòu)、斷電裝置及電磁閥組成。傘布是一種高強(qiáng)度質(zhì)密不透氣的薄織面料,用于密封儀器與套管之間的環(huán)形空間。由于氣體黏度小,會(huì)通過縫隙直接漏失到傘外;油、水黏度相對(duì)較大,漏失較少。

該組合儀的持水率計(jì)是電容持水率計(jì),它依據(jù)井筒中油、氣、水之間的介電特性存在顯著差異,把流體介電特性的差異轉(zhuǎn)換成電容量的大小,從而測(cè)量持水率[5]。不同的物質(zhì)有不同的介電常數(shù)(通常水的介電常數(shù)為60～80,油氣的介電常數(shù)為1～4),持水率儀的電容量會(huì)隨著介電常數(shù)的變化而變化,持水率計(jì)振蕩電路的輸出頻率也隨之變化,可根據(jù)儀器刻度把頻率值轉(zhuǎn)換成井下持水率。

集流式流量計(jì)屬于渦輪流量計(jì),渦輪流量計(jì)是一種基于動(dòng)量矩守恒原理的速度式儀表,流體沖擊渦輪葉片,使渦輪旋轉(zhuǎn),渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化,最后從渦輪的轉(zhuǎn)數(shù)求出流量值,通過磁電轉(zhuǎn)換裝置(或機(jī)械輸出裝置)將渦輪轉(zhuǎn)速變化轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成電脈沖,送入二次儀表進(jìn)行計(jì)算和顯示,由單位時(shí)間電脈沖數(shù)和累計(jì)電脈沖數(shù)反映出瞬時(shí)流量和累計(jì)流量[6]。

紊流時(shí)渦輪流量計(jì)的響應(yīng)方程為

R=K(va-vt)

(1)

式中,R為渦輪每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù),r/s;va為沖擊葉片的流體視速度;vt為起動(dòng)速度,與黏度、密度、流量相關(guān);K為與儀器結(jié)構(gòu)有關(guān)的常量。

2 油水兩相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)

油水兩相流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)采用吐哈油田地面模擬實(shí)驗(yàn)裝置、七參數(shù)井下儀以及Φ23環(huán)空井下儀。實(shí)驗(yàn)中用柴油模擬原油,自來水模擬地層水。實(shí)驗(yàn)采用的模擬井內(nèi)徑140 mm,為便于流型觀察,井筒由透明的有機(jī)玻璃制成。組合儀器在模擬井筒中部進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)中,井斜角設(shè)定0°(模擬垂直井),油流量上限為200 m3/d,水流量上限為250 m3/d,在不同的流量情況下設(shè)定含水率分別為0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%共11組,按設(shè)定的液流量和含水率分組記錄儀器的輸出響應(yīng)值,研究不同含水率條件下流量計(jì)、持率計(jì)的響應(yīng)規(guī)律。

在低流量條件下,可觀察到模擬井筒中油水分層流動(dòng)。在高含水的情況下,油泡分散,隨液體勻速向上運(yùn)動(dòng)。隨著含水率的下降,油泡明顯增多,大小不一,且間距變短。在低含水的情況下,油泡變小,上升速率加快。雖然油泡密度明顯增大,但仍可清晰地觀察到油泡分布狀況。

隨著混合流體的流量不斷增加,各含水率情況下的油水混合流型出現(xiàn)一定的變化。在高含水條件下,油相原有的大氣泡破裂成若干個(gè)小氣泡,氣泡開始分布不均勻,但還以單個(gè)油泡的形式連續(xù)向上流動(dòng)。隨著含水率的降低,油泡聚集,其間距進(jìn)一步變短。在低含水的情況下,分層流開始不穩(wěn)定,出現(xiàn)水基油滴分散段塞流、乳沫狀段塞流和乳沫狀環(huán)狀流。

在高流量、高含水條件下,水為連續(xù)相,油泡分布其中且間距較之前變得更小,油泡進(jìn)一步聚集,沿井筒筒壁快速向上運(yùn)動(dòng),可以看出此時(shí)的流動(dòng)并不穩(wěn)定。在低含水的條件下,油泡在筒壁處聚集現(xiàn)象明顯,形成穩(wěn)定的連續(xù)相,此時(shí)流型轉(zhuǎn)變?yōu)橐杂蜑檫B續(xù)相的環(huán)狀流。

3 Φ23集流式流量持水組合儀測(cè)井解釋方法

在井筒內(nèi)油、水兩相流動(dòng)受井內(nèi)流量、流速、相含率、密度和黏度等因素的綜合影響,井下儀器的測(cè)量因此會(huì)產(chǎn)生較大偏差。通過模擬實(shí)驗(yàn),建立集流式流量計(jì)的刻度圖版和含水率的解釋圖版,由得到的解釋圖版進(jìn)行資料處理解釋[7]。

3.1 解釋圖版

集流式流量計(jì)通過環(huán)空通道下到測(cè)量井段,將儀器響應(yīng)的頻率值記錄下來,地面系統(tǒng)通過事先制作的刻度圖版[2]把所測(cè)得的頻率值轉(zhuǎn)換成體積流量。不同型號(hào)的儀器在不同測(cè)量條件下會(huì)產(chǎn)生大小不同的誤差,有時(shí)精度無法達(dá)到測(cè)量要求,下井測(cè)量之前要對(duì)儀器進(jìn)行必要的地面刻度標(biāo)定。將流量計(jì)以及三相流模擬井實(shí)驗(yàn)裝置的其他儀器下入到模擬井中,改變油水配比以及流量即可得到集流式流量計(jì)線性擬合后的解釋圖版[8-9](見圖1和圖2)。

圖1 Φ23 mm集流式流量計(jì)流量與頻率實(shí)驗(yàn)刻度圖版

圖2 Φ23 mm集流式流量計(jì)流量與持水率實(shí)驗(yàn)刻度圖版

3.2 圖版解釋方法的建立

集流式流量計(jì)采用定點(diǎn)測(cè)量,在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)是其下面各層對(duì)總產(chǎn)量的貢獻(xiàn),對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行減法處理即可獲得各產(chǎn)層的產(chǎn)量[10]。

傳感器對(duì)油、水兩相有不同的響應(yīng)規(guī)律,持水率計(jì)將其響應(yīng)的頻率值記錄下來,并通過式(2)轉(zhuǎn)換為持水率[11-12]

(2)

式中,N為持水率計(jì)的計(jì)數(shù)率,cps*1 cps=1 s-1,下同;No、Nw分別為持水率計(jì)在純油、純水中的計(jì)數(shù)率,cps。持水率計(jì)的測(cè)量受溫度、礦化度、壓力等因素的綜合影響。因此,儀器在井底與地面測(cè)量時(shí)的No、Nw值會(huì)有所不同,通過實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)可知,地面測(cè)量值比井底測(cè)量值大100～200 Hz左右,相對(duì)于通常為幾千甚至上萬(wàn)的N值所占比率極小,因此,通常取井底積液中的測(cè)量值[13]。

根據(jù)儀器測(cè)量值轉(zhuǎn)化后的持水率值,設(shè)定一個(gè)含水率初始值,在流量與頻率實(shí)驗(yàn)刻度圖版(見圖1)上,通過流量計(jì)響應(yīng)的頻率值查得流量。在流量與持水率實(shí)驗(yàn)刻度圖版(見圖2)上根據(jù)查得的流量值和持水率值,獲得含水率值。利用直線插入法重復(fù)以上步驟,使流量和含水率值各自逼近于一個(gè)值,當(dāng)誤差處于允許誤差范圍內(nèi)時(shí),認(rèn)為該解釋層的流量Q和含水率CW滿足解釋要求。對(duì)于每一個(gè)解釋層,重復(fù)以上過程,從上往下逐層解釋,得出分層產(chǎn)量以及各層油水產(chǎn)量。

3.3 圖版解釋方法的修正

集流并不能完全消除油水之間的滑脫效應(yīng),造成低流量條件下直線插入法所求的含水率相對(duì)誤差較大。為了解決低流量井解釋中遇到的這一問題,通過對(duì)持水率和含水率的計(jì)算方法進(jìn)行修正進(jìn)而提高解釋精度[11-14]。

(1) 持水率的確定

考慮到持水率儀的非一致性及井中靜水柱對(duì)儀器響應(yīng)測(cè)井影響,采用式(3)計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的持水率

(3)

(4)

(5)

(2) 含水率的確定

由式(3)右邊最后一項(xiàng)分子分母同乘以管子常數(shù)得

(6)

式中,Qm為測(cè)點(diǎn)的總流量,由流量圖版確定;PC為流體流經(jīng)流管的管子常數(shù),由儀器確定;vs為油水滑脫速度。

實(shí)際應(yīng)用中,吐哈油田油水兩相產(chǎn)液剖面解釋主要采用滑脫模型,而滑脫模型的關(guān)鍵在于滑脫速度的求取。通過三相流實(shí)驗(yàn)裝置模擬井下油水兩相流的流動(dòng)狀態(tài),利用集流式電容式持水率計(jì)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),總結(jié)出了滑脫速度與流量和持水率之間的關(guān)系式,并采用指數(shù)擬合的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,最終得到了滑脫速度的計(jì)算方法[15]。

(7)

式中,Q單位為m3/d。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 井況以及測(cè)井相關(guān)數(shù)據(jù)

米××井是溫米油田的一口低產(chǎn)井,之前進(jìn)行的環(huán)空五參數(shù)產(chǎn)液剖面測(cè)試,測(cè)量井段2 640～2 920 m,溫度、壓力自2 620.0 m至2 880.0 m進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。為了解井下產(chǎn)層出液情況,采用Φ23 mm電機(jī)驅(qū)動(dòng)集流傘式流量持水測(cè)試儀分別對(duì)2 680.0、2 733.0、2 797.0、2 835.0 m和2 865.0 m進(jìn)行點(diǎn)測(cè),含水傳感器刻度值為全油4 730 Hz,全水1 097 Hz,測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)如表1所示。

表1 米××測(cè)井相關(guān)數(shù)據(jù)

4.2 測(cè)井資料定性分析

從圖3可以看出,S2(2-2)層,溫度曲線明顯負(fù)異常,持水率值變化不大,點(diǎn)測(cè)流量有變化,該層產(chǎn)液;S3(1-1)、S3(1-2)層,溫度曲線微小負(fù)異常,持水率值升高,點(diǎn)測(cè)流量有變化,該層產(chǎn)液;S4(1-2)層,溫度曲線明顯正異常,持水率值降低,點(diǎn)測(cè)流量有變化,該層產(chǎn)液,且以產(chǎn)水為主;S4(3)層,溫度曲線在該射孔層上部顯示負(fù)異常,下部顯示正異常,持水率值升高,說明該層下部產(chǎn)水,上部產(chǎn)油。

圖3 米××井產(chǎn)出剖面測(cè)試成果圖

4.3 測(cè)井資料定量解釋

通過對(duì)該井的測(cè)井曲線進(jìn)行定性分析,得到對(duì)該井進(jìn)行定量解釋的依據(jù)。先解釋第1解釋層,首先計(jì)算持水率,從表1查出相應(yīng)解釋層位的持水率計(jì)數(shù)值,利用式(3)求出各解釋層的持水率,全流量層的持水率計(jì)算為75.9%。設(shè)定含水率初始值為85%,隨后查流量值,測(cè)得的流量頻率為31 Hz,在圖1中查得第1解釋層的流量Q1=11.2 m3/d。在圖2上利用直線插入法求得含水率Cw=80%,重復(fù)以上步驟,計(jì)算出該層油流量為9.6 m3/d,水流量為2.4 m3/d,各產(chǎn)層的產(chǎn)量為上一解釋層的油水流量減去下一解釋層的油水流量。從上往下逐層解釋,最終可以求出各解釋層油水的流量。由于井底壓力小于泡點(diǎn)壓力,油水中溶解天然氣較小,查PVT資料知Bo、Bw都接近1。

4.4 圖版解釋與油田生產(chǎn)的對(duì)比

通過對(duì)表2分析:S3(1+2)為主要產(chǎn)水層,日產(chǎn)液7 m3,含水85.7%;S1(2)為主要產(chǎn)油層,日產(chǎn)液3 m3,日產(chǎn)油1.3 m3,含油能夠達(dá)到43.3%;S3(3)為微量產(chǎn)油層。全井日產(chǎn)液量12 m3,含水81%。

表2 米××井產(chǎn)出剖面測(cè)試成果表

定量解釋結(jié)果與地面計(jì)量和根據(jù)米××井產(chǎn)出剖面測(cè)試成果圖得出的定性分析基本吻合。

從表2可以看出,2種方法解釋的分層產(chǎn)量除了S1(2)產(chǎn)層有所差異外,其他產(chǎn)層的產(chǎn)量都很接近。地面記錄的產(chǎn)液量為12.7 m3/d,采用圖版法定量解釋的產(chǎn)液量為12 m3/d,與之相差0.7 m3/d,相對(duì)誤差為5%;油田生產(chǎn)資料解釋的產(chǎn)液量11 m3/d,與地面記錄的產(chǎn)液量相差1.7 m3/d,相對(duì)誤差為13%。采用圖版法的解釋結(jié)果與油田的解釋結(jié)果都與地面記錄的結(jié)果相近,相對(duì)誤差在10%左右,均在允許的誤差范圍內(nèi),但是采用圖版法的解釋結(jié)果精度更高。

5 結(jié) 論

(1) 采用圖版解釋方法對(duì)米××井進(jìn)行定量解釋,并進(jìn)行誤差分析,得出在測(cè)量低流量產(chǎn)液剖面時(shí),采用Φ23集流式流量持水組合儀解決了因井筒流體流型變化、油水的黏度變化、密度和速度的不均勻分布,造成的測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)的難題。

(2) 采用地面刻度的圖版解釋方法對(duì)低產(chǎn)井進(jìn)行產(chǎn)液剖面的定量解釋時(shí),減小了井下流體因輕、重相之間的速度差異所帶來的滑脫影響,降低了低產(chǎn)井產(chǎn)液剖面解釋的難度,提高了解釋精度。因此,在低產(chǎn)井產(chǎn)液剖面解釋中,圖版解釋方法是行之有效的。

(3) 為了提高解釋精度,還需要改進(jìn)流量計(jì)和持水率儀,從而消除低流量下的非線性影響和提高持水率的分辨率,同時(shí),儀器標(biāo)定時(shí)需要盡量使流體性質(zhì)與井下流體性質(zhì)相接近。

參考文獻(xiàn):

[1] 王成榮, 鄧介堂, 谷會(huì)霞, 等. 取樣式環(huán)空測(cè)井儀在吐哈油田的應(yīng)用 [J]. 石油儀器, 2007, 21(3): 24-26.

[2] 伍玉平. 丘陵油田低壓產(chǎn)層產(chǎn)出剖面解釋方法研究 [D]. 成都: 西南石油大學(xué), 2007.

[3] 戴家才, 郭海敏, 侯月明, 等. 低流量三相流動(dòng)生產(chǎn)測(cè)井實(shí)驗(yàn)研究 [J]. 測(cè)井技術(shù), 2004, 28(6): 482-483.

[4] 金寧德, 周勇桂, 王微微, 等. 傘集流油氣水三相流渦輪流量計(jì)統(tǒng)計(jì)模型研究 [J]. 測(cè)井技術(shù), 2007, 31(1): 4-9

[5] 宋延杰, 陳科貴, 王向公. 地球物理測(cè)井 [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2011: 223-227.

[6] 陳科貴, 胡俊, 諶海云. 油氣田生產(chǎn)測(cè)井 [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2009: 139-153.

[7] 羅彥生, 董福印, 張曉東. 斜井油水兩相流動(dòng)產(chǎn)出剖面測(cè)試技術(shù) [J]. 測(cè)井技術(shù), 1998, 22(3): 168-171.

[8] 諶海云, 邱春寧, 郭雋菁, 等. 抽油機(jī)井產(chǎn)液剖面解釋方法研究 [J]. 西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2008, 30(4): 101-103.

[9] 郭海敏, 戴家才, 方戰(zhàn)杰, 等. 低產(chǎn)液井產(chǎn)液剖面解釋方法實(shí)驗(yàn)研究 [J]. 江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào), 1999, 21(4): 3-5.

[10] 陳文龍, 趙軍, 呂波, 等. 塔里木油田凝析氣井產(chǎn)出剖面解釋方法研究 [J]. 西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2013, 35(6): 78-81.

[11] 郭海敏, 戴家才, 凌壽培. 井下刻度技術(shù)在河南油田生產(chǎn)測(cè)井解釋中的應(yīng)用 [J]. 測(cè)井技術(shù), 1994, 18(3): 196-203.

[12] 王立新, 陳漢林, 侯文靜, 等. 集流式流量含水率組合測(cè)井儀生產(chǎn)測(cè)井資料解釋方法研究 [J]. 江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào), 2002, 24(3): 28-29.

[13] 戴家才, 郭海敏, 何億成, 等. 水平井、斜井集流式生產(chǎn)測(cè)井實(shí)驗(yàn)研究 [J]. 測(cè)井技術(shù), 2005, 29(6): 493-495.

[14] CARLSON N R, DAVARZANI M J. New Method for Accurate Determination of Water Cut in an Oil-water Flows [C]∥SPWLA 30th Annual Logging Symposium, 1989.

[15] 周勇, 陳科貴, 劉洪亮, 等. 基于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的油水兩相流滑脫速度求取方法 [J]. 測(cè)井技術(shù), 2007, 31(6): 516-518.