FSI產(chǎn)氣剖面測井技術(shù)在F頁巖氣田水平井中的應(yīng)用-應(yīng)用昆蟲學(xué)報

1、涪陵頁巖氣田水平井產(chǎn)氣剖面測井技術(shù)應(yīng)用試驗秦羽喬 1 ，石文睿 1，石元會 2，張志華 2，葛華 2（ 1. 長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北武漢 430100 ；2. 中石化江漢石油工程有限公司測錄井公司，湖北潛江 433123 ）摘要： 涪陵頁巖氣田水平井具有水平段長、產(chǎn)量高的特點，為了解水平井各壓裂段的動態(tài)產(chǎn)氣能力、認(rèn)識返排規(guī)律以及確定單井最佳生產(chǎn)工作制度，實現(xiàn)氣田低成本高效開采，利用FSI 流體掃描成像測井儀，采用牽引器或光纖連續(xù)油管輸送工藝， 在 25 口重點井中進(jìn)行了連續(xù)產(chǎn)氣剖面測井試驗和資料解釋評價研究。結(jié)果表明： 牽引器或光纖連續(xù)油管能將測井儀器安全高效地輸送至井底，滿足測

2、井施工要求；即使在同一口頁巖氣井的相同或相似層段，各壓裂段的產(chǎn)氣能力仍存在較大差別；C 井在日產(chǎn)20 ×10 4 m3 的工作制度下，頁巖氣井滯留地層中壓裂液無返排現(xiàn)象，而在日產(chǎn)30 ×10 4 m3 的工作制度下，滯留地層中壓裂液返排量明顯增加，并影響部分壓裂段生產(chǎn)。研究成果被用來指導(dǎo)氣田單井工作制度的制定，對國內(nèi)外同類頁巖氣田開采具有重要指導(dǎo)意義和參考價值。關(guān)鍵詞： 頁巖氣；水平井；產(chǎn)氣剖面測井；多相流動；光纖-連續(xù)油管傳輸；爬行器；FSI測井儀中圖分類號 ： P631.84文獻(xiàn)標(biāo)志碼 ：A引言涪陵頁巖氣田是迄今國內(nèi)發(fā)現(xiàn)并投入開發(fā)的大型非常規(guī)氣田，水平井鉆井和水平段分段

3、壓裂是頁巖氣藏開發(fā)的主要方式1,2 ，了解和掌握各壓裂段的產(chǎn)出情況，確定臨界攜液流量和最佳生產(chǎn)工作制度，對氣田的開發(fā)和合理配產(chǎn)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的產(chǎn)出剖面測井技術(shù)，在應(yīng)用于水平井時會面臨較大的困難 3-8 。一是水平井段多相流流態(tài)的復(fù)雜性。水平段的流動以分層流動為主，且油氣水之間存在滑脫現(xiàn)象 9-12 ，尤其是低流量時，井斜對流態(tài)的影響程度更為強烈。傳統(tǒng)的產(chǎn)出剖面測井儀器在井筒中為居中測量，無法準(zhǔn)確測量和評價水平段復(fù)雜的分層流動情況。二是水平井井眼軌跡和井身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的測井儀器組合很難在水平井中實現(xiàn)工具串的順利起下與測量，穩(wěn)定合理的測速也難以保證。為了實現(xiàn)涪陵頁巖氣田水平井產(chǎn)氣剖面測量，采

4、用江漢油田研制的JHQY-A/B 型電纜牽引器或收稿日期： 2016-08-51回稿日期：基金項目 ：中石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司科技攻關(guān)項目“復(fù)雜井射孔與產(chǎn)氣剖面牽引器應(yīng)用研究”（SG15-26K ），中國石化集團(tuán)公司科技攻關(guān)項目“涪陵頁巖氣水平井產(chǎn)能預(yù)測測井方法研究”（JP14042）作者簡介： 秦羽喬（ 1991），男，地球物理勘探專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向為油氣田勘探與開發(fā)。E-mail ：qinyuqiao。通訊地址：武漢市蔡甸區(qū)大學(xué)路特一號（ 430100）光纖 - 連續(xù)油管輸送 斯倫貝謝公司的 FSI 流體掃描成像測井儀施工技術(shù)，在多口水平井中進(jìn)行了多相流流態(tài)測量試驗并取得了

5、較好的應(yīng)用效果。1 測井儀器傳輸技術(shù)1.1光纖 - 連續(xù)油管傳輸方式光纖 - 連續(xù)油管傳輸方式是將測井光纖穿入連續(xù)油管中（圖1），并配備相關(guān)的工具和接頭，末端與測井儀器連接，采用連續(xù)油管地面裝備，依靠連續(xù)油管自身的鋼度和韌性將井下測井儀器送到2收稿日期： 2016-08-5回稿日期：基金項目 ：中石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司科技攻關(guān)項目“復(fù)雜井射孔與產(chǎn)氣剖面牽引器應(yīng)用研究技攻關(guān)項目“涪陵頁巖氣水平井產(chǎn)能預(yù)測測井方法研究”（JP14042）”（SG15-26K ），中國石化集團(tuán)公司科作者簡介： 秦羽喬（ 1991），男，地球物理勘探專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向為油氣田勘探與開發(fā)。通訊地址：武漢市

6、蔡甸區(qū)大學(xué)路特一號（430100）E-mail ：。水平井的目的井段進(jìn)行測試。與其他硬線傳輸介質(zhì)相比，光纖具有許多優(yōu)勢，玻璃纖維以光脈沖的形式傳播信號，傳輸速度更快且不受電磁干擾。有四根光纖：兩根用于與傳感器通信，一根用于測量溫度，另一根作為備用。這些光纖被封閉在柔性鉻鎳鐵合金鋼制保護(hù)套內(nèi)。該保護(hù)套與光纖都通過連續(xù)油管滾筒下入到位于連續(xù)油管管柱末端的工具頭中。光纖保護(hù)套的外徑只有1.8mm（ 0.071in. ），對連續(xù)油管內(nèi)截面的影響幾乎可以忽略不計，因此不會對泵速產(chǎn)生影響。而且，重量非常輕，只相當(dāng)于一段同等長度單芯電纜重量的1/20 。圖 1光纖穿過連續(xù)油管剖面圖1.2爬行器輸送方式江漢油

7、田研 制的 JHQY-A型牽引器是一種輪式爬行器（圖2），可用于套管完井水平井。工作時由地面控制器發(fā)出指令，井下儀器中的輔助電機(jī)控制爬行器的兩組四支驅(qū)動輪的張開，使驅(qū)動輪緊緊壓在套管壁上行走，從而完成對測井儀器的牽引工作，通過改變供電電壓可調(diào)節(jié)爬行器的牽引速度。 它具有牽引力大、操作簡便、深度控制準(zhǔn)確等優(yōu)點。扶正器驅(qū)動輪驅(qū)動輪扶正器圖 2井下牽引器實物圖32 水平井多相流動測量及解釋2.1水平井多相流動測量FSI 流體掃描成像測井儀（以下簡稱為FSI ）是 斯倫貝謝公司特別為大斜度井、水平井和近水平井而開發(fā)的。儀器組合包括：一個儀器臂上有四個微轉(zhuǎn)子流量計，測量流動速度剖面，另一個臂上有五個電子

8、探針和五個光學(xué)探針（圖3），分別測量局部的持水率和持氣率。另外，儀器殼體上還有第五個轉(zhuǎn)子流量計和第六對電子探針和光學(xué)探針，測量井筒底端的流動。所有傳感器的測量是同時在相同深度上進(jìn)行的。微轉(zhuǎn)子流量計GHOST 光學(xué)探針電探針圖 3a FSI儀器示意圖圖3b流速、持率分層測量圖 3 FSI流體掃描成像測井儀FSI 為偏心儀器，測量時儀器主體位于井筒的底端，測量臂可展開，最大可到井筒的內(nèi)直徑，像井徑儀一樣，提供計算流動速率所需要的井筒內(nèi)全范圍測量。FSI 具有較小的外徑，僅為42.9 mm（ 1-11 ?16in. ），測量的井眼范圍為73.0mm 228.6 mm（ 2-7?8in.to 9 in

9、.），可用光纖 - 連續(xù)油管或爬行器輸送。該儀器長度較短，為4.9 m （ 16 ft），對狗腿度嚴(yán)重的井非常理想。當(dāng)需要更短的儀器串時，可把控制測量臂開合的液壓短節(jié)1.2 m（ 4 ft ）去掉。儀器可在溫度 150°C（302°F ）和壓力103,425 kPa （ 15,000 psi ）下工作（表1）。表 1 FSI-1000 型產(chǎn)氣剖面測井儀技術(shù)指標(biāo)項目技術(shù)指標(biāo)外徑（ mm）42.9長度（ m）4.9重量（ kg）49.0溫度（）150.0壓力（ MPa）103.0耐腐蝕NACE標(biāo)準(zhǔn) MR0175井筒覆蓋率6-in. 內(nèi)徑 90%三相持率精度±10流速精

10、度（ %）±10井筒尺寸（ mm）73.0 228.6最小尺寸（ mm）46.0FSI 可與 PSP生產(chǎn)測井平臺和其他套管井測井儀器組合。4（ 1）多相流速度剖面因為 FSI測量沿井筒直徑方向的速度剖面，它可測量到單個居中轉(zhuǎn)子測不出的速度變化。它可測量混合和分層流態(tài)，包括多相流水平井中氣相流速的獨立測量。 FSI 甚至可以探測到井下水相的循環(huán)流動。五個微型轉(zhuǎn)子中的每一個可直接測量到流經(jīng)其位置的流體速度，從而計算多相流速度剖面。（ 2）從水中辨別油氣FSI 通過六個低頻探針測量流體阻抗來探測水。因為水導(dǎo)電，但油氣不能，設(shè)定一個門限值可使儀器能辨別出油氣和水。當(dāng)連續(xù)水相中的油滴或氣泡，或

11、連續(xù)油氣相的水滴接觸到探針針尖時，探針會產(chǎn)生一個二進(jìn)制信號。根據(jù)電路接通的時間可計算出持水率，持水率剖面精確地表現(xiàn)了井筒內(nèi)的流態(tài)。（ 3）從液體中辨別氣常規(guī)低頻探針僅能從油氣中辨別水，但FSI 配備了用于氣檢測的光學(xué)探針。六個GHOST持氣率光學(xué)探針對流體的光學(xué)折射系數(shù)敏感。典型地，氣的折射率接近于1，水的約為 1.35 ，原油的是 1.5 。因為油和水具有類似的流體光學(xué)折射系數(shù)，所以光學(xué)探針被用來從液體中辨別出氣體。從原始數(shù)據(jù)中也可得到氣泡計數(shù)，用來確定第一個產(chǎn)氣點的位置。光學(xué)探針的持氣率測量不需要刻度，因為其信號是二進(jìn)制的。2.2水平井多相流動解釋光纖探針持氣率測量是基于油氣水三相流中氣相

12、中的氣體和液相中的油、水對光的折射率不同，當(dāng)光纖探針接觸三相流體中的氣體時，光在光纖探針上產(chǎn)生全反射現(xiàn)象，光線返回到傳感器接收端，輸出高電平；當(dāng)光纖探針接觸到三相中的水或油時，因為介質(zhì)折射率增大，致使全反射的臨界角增大，光線折射入水或油相中，不滿足全反射條件，傳感器輸出低電平。傳感器輸出電平的寬度表示氣的大小，實時采集傳感器輸出脈沖并對其進(jìn)行統(tǒng)計，測量一定時間內(nèi)光纖探針中傳輸光強反映到探測器的次數(shù)及脈沖寬度可計算出持氣率值。光學(xué)探針和電探針結(jié)合在一起，可提供同一深度三相持率的數(shù)據(jù)。水持率計算為：Yw= 低信號時間 /全部時間，氣體持率：Yg = 紅色區(qū)域時間/總時間。3 應(yīng)用試驗3.1試驗一：

13、評價頁巖氣藏含氣特征及產(chǎn)能A井是位于川東南地區(qū)焦石壩構(gòu)造的一口評價井，井深3653.99m，井斜在 87.68 °，水平段長1007.9m，測試目的是系統(tǒng)評價焦石壩地區(qū)志留系龍馬溪組頁巖氣含氣特征及產(chǎn)能。采用爬行器輸送FSI儀器方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。分別在6× 104 m3/d 、9× 104 m3/d 和12× 104 m3/d 產(chǎn)量穩(wěn)定時， 以 6 m/min測速從 2600.0m開始下測， 采集數(shù)據(jù)， 直到井底 3550.0m。關(guān)閉爬行器以15 m/min速度上提電纜上測。在地面計量產(chǎn)量為6× 104 m3/d 的生產(chǎn)制度下，水平井剖面測試過

14、程中，儀器受井下復(fù)雜條件影響較大，部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失。將FSI 儀器提出井筒，發(fā)現(xiàn)儀器中夾雜著大塊雜物，轉(zhuǎn)子已經(jīng)損壞，一些探針也遭到破壞，說明井下條件非常惡劣?；谌〉玫馁Y料解釋結(jié)果如下（圖4）：52506m2702m3045m3328m3522m圖 4 A井 FSI 測井解釋成果圖注：第一道（ Depth）：深度；第二道（ Z）：分段；第三道（QZI）：各壓裂段產(chǎn)量；第四道（QZT）：井筒中累積產(chǎn)量分布圖；第五道（ Well View #1 ）：井筒持率剖面；第六道（Gas rate match ）：產(chǎn)氣率匹配；第七道（Imagie View #1）：FSI 持率探針結(jié)果圖；第八道（ DEVI）：

15、井斜。（ 1）從產(chǎn)氣剖面解釋結(jié)果來看，按壓裂級段，主要貢獻(xiàn)是1215段，占總產(chǎn)氣量90， 2 11段貢獻(xiàn)小，產(chǎn)氣量僅占10。 36個射孔簇， 13個沒有產(chǎn)量，有效率64。 2769.0m 2770.0m 射孔簇貢獻(xiàn) 31.7 （ 2）地面產(chǎn)水微量，但在井下斜井段發(fā)現(xiàn)有水回流現(xiàn)象，水平段積液較多。3.2試驗二：評價各段、簇壓裂生產(chǎn)能力B井是位于重慶市涪陵地區(qū)的一口頁巖氣評價井，井深4350.0m，完鉆層位為志留系下統(tǒng)龍馬溪組，井底井斜 89.8 °，水平段長 1500.0m。為了解該井各段、簇產(chǎn)出情況，評價各段、簇壓裂生產(chǎn)出力情況，為后續(xù)各井的軌跡優(yōu)化、分段壓裂參數(shù)優(yōu)化、射孔井段優(yōu)選提

16、供依據(jù)，采用2" 光纖 - 連續(xù)油管攜帶 FSI 流體掃描成像測井儀對目的層段進(jìn)行產(chǎn)氣剖面測試。開井至27× 104m3/d 的產(chǎn)量穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)行了一次下測和一次上測，測試深度為 2751.0 3525.0m（壓裂段 9 15段）。測試過程中，儀器下放多次遇阻，兩次通井之后打撈筒內(nèi)撈出較多的卡瓦碎屑、膠皮和泥沙。根據(jù)上測下測FSI 采集數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，采用相應(yīng)的水平井滑脫模型以及流速校正因子，利用6MPT 多傳感器處理模塊，從而計算出油相和水相在每個深度的產(chǎn)量。參考地面估算產(chǎn)氣為427× 10m3/d。由于本井為套管內(nèi)徑 118mm 油層套管射孔完井，共壓裂15 段

17、，但測試深度為第9 15 壓裂段，數(shù)據(jù)解釋時按 7段壓裂段和 21 個射孔簇進(jìn)行解釋，根據(jù)5 個轉(zhuǎn)子流量計的響應(yīng)，持水率探針讀值，解釋出結(jié)果如圖5。圖 5 B井 FSI 產(chǎn)氣剖面測井解釋成果圖注：第一道（ Depth）：深度；第二道（ Z）：分段；第三道（ QZI）：各壓裂段產(chǎn)量；第四道（QZT）：井筒中累積產(chǎn)量分布圖；第五道（ Well View #1）：井筒持率剖面；第六道（ Imagie View #1 ）：FSI 持率探針結(jié)果圖。根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與流體速度刻度數(shù)據(jù)表，應(yīng)用MPT計算出的產(chǎn)氣剖面結(jié)果如下：（ 1）測井解釋計算地面產(chǎn)氣為34時 270745.6m3/d 。（ 2）在此

18、產(chǎn)量制度下，第9 15 段，所有壓裂段均有氣體貢獻(xiàn)。（ 3）第 9 壓裂段以下產(chǎn)氣貢獻(xiàn)占全井產(chǎn)量的60.13%。（ 4）第 9 15 段井筒中沒有水，全部為氣。3.3 試驗三：評價氣井產(chǎn)能以確定合理工作制度C井是部署在上奧陶統(tǒng)五峰組- 下志留統(tǒng)龍馬溪組下部頁巖氣層的一口評價井。井深4245.0m ，井底井斜 89.7 °，水平段長度1344.1m。采用 2" 光纖 - 連續(xù)油管攜帶FSI 測井儀對目的層段 2836.0 4207.0m 進(jìn)行產(chǎn)氣剖面測井，評價不同工作制度下的產(chǎn)氣情況以及氣井產(chǎn)能，確定合理工作制度，指導(dǎo)氣井合理配產(chǎn)。開井至 20× 104 m3/d的

19、產(chǎn)量穩(wěn)定狀態(tài)，組合儀器串以8m/min 速度下測到 4188.0m，然后以15m/min 進(jìn)行上測到 2802.0m，分析數(shù)據(jù)后，又以10m/min速度下測到4188.0m 附近。上提儀器，上提過程中，調(diào)整產(chǎn)量到434329× 10m /d ，并等穩(wěn)產(chǎn)。開井至29× 10 m /d 的產(chǎn)量穩(wěn)定狀態(tài)，組合儀7器串以 10m/min 速度下測到 4188.0m 附近，然后以 15m/min 進(jìn)行上測到 2802.0m。測得兩種工作制度下產(chǎn)氣剖面測井資料 ( 圖 6) 。解釋結(jié)果：工作制度： 20× 104 m3/d工作制度： 29×104 m3/d圖 6兩種

20、工作制度下C 井產(chǎn)出剖面測井解釋成果對比圖注：第一道（ Depth）：深度；第二道（Z）：分段；第三道（ Well View #1）：井筒持率剖面；第四道（Imagie View #1）：FSI 持率（ 1）該井射開層位基本上都有產(chǎn)出，且分布相對均勻，兩種生產(chǎn)制度下，產(chǎn)層主要產(chǎn)出情況略有差異。（ 2）第一制度下，第一主產(chǎn)氣層為第6 段，產(chǎn)氣4.14 × 104 m3/d ，占總產(chǎn)量的14.3%；第 7 段產(chǎn)少量水， 4.02 m 3/d 。（ 3）第二制度下，第一主產(chǎn)氣層為第 12 段，產(chǎn)氣 2.85 × 104 m3/d ，占總產(chǎn)量的 14.19%；基本不產(chǎn)水。（ 4）第

21、一制度29× 104 m3/d ，對下部6 9 段儲層開采較為有利；第二制度20× 104 m3/d ，對中部 11 14 段儲層開采較為有利。8（ 5）水平段井斜均小于 90°，井下有積水，流動中存在積水的回流現(xiàn)象；第二制度積水更多，回流現(xiàn)象更明顯。4 主要認(rèn)識（ 1）對于套管完井的水平井產(chǎn)氣剖面測井作業(yè)，爬行器和光纖- 連續(xù)油管傳輸是目前最佳傳輸方式。為了保證FSI 儀器在井下正常工作從而取全取準(zhǔn)資料，測試前，要確保井筒干凈，鉆塞后要反復(fù)循環(huán)洗井，將殘屑徹底清除出井筒。（） FSI 流體掃描成像測井儀通過集成的多個渦輪和傳感器，同時測量水平井流動截面上不同深度

22、的流速及各相持率，解決了居中測量的常規(guī)測井儀器在水平井或斜井中出現(xiàn)性能指標(biāo)下降及響應(yīng)結(jié)果產(chǎn)生縱向片面性等問題。同時，不同傳感器測量得到的同一水平井流動截面的不同目標(biāo)參數(shù)，極大地簡化了水平井產(chǎn)出剖面測井解釋的算法和難度，提高了解釋精度。（ 3）通過產(chǎn)氣剖面測試能夠了解各壓裂層段產(chǎn)氣情況，確定氣井的最佳工作制度，檢測到井筒中流體的分布流態(tài)，對下一步開發(fā)方案具有指導(dǎo)作用。Application Test of Gas Production Profile Logging Technology inthe Horizontal Wells of Fuling Shale Gas FieldQIN Yu

23、qiao 1, SHI Wenrui1, SHI Yuanhui2, ZHANG Zhihua 2, Ge Hua 2(1.Geophysics and Oil Resources Institute of Yangtze University，Wuhan 430100, China ；2. Jianghan Oilfield Service Corporation Logging Company, Qianjiang 433123, Hubei, China)AbstractFuling shale gas oilfield has features of long horizontal s

24、ection and highproduction. In order to know the dynamic capacity of each fractured zone and determinethe properworkingsystemofa welltoimplement low-costand high-efficiencydevelopmentof the field, FSI gas production profile logging tool, which is conveyed by the tractoror optic fiber-coiled tube, has

25、 been used in 25 wells. The results show that the tractoror optic fiber-coiled tube can transmit the logging tool safely and efficiently to thebottom of a well and meet theneed ofoperation;thereis a greatdifferenceingas productionbetween thefracturedzoneseven ifinthe same or similarshale gas layers;

26、the formationfracturing fluid displacement of Well C increases greatly under the working system of30×10 4m3/dcompared withthat of20×104m3/dwhich has no fluiddisplacement.The researchfindings have been used to instruct determination of the working system of a single wellin Fuling gas field. It is of significance and reference for the same kind shale gasdevelopment in China.Key wordsshalegas;horizontalwell;gas productionprofilelogging;multi-faciesflow;optic fiber-coiled tube convey; tractor; FSI