水平井生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)進(jìn)展

1、水平井生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)進(jìn)展水平井生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)進(jìn)展吳 錫 令（中國(guó)石油大學(xué)北京）（中國(guó)石油大學(xué)北京）主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 一、水平井生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)問(wèn)題一、水平井生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)問(wèn)題二、水平井生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)現(xiàn)狀二、水平井生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)現(xiàn)狀三、水平井生產(chǎn)測(cè)井實(shí)驗(yàn)研究三、水平井生產(chǎn)測(cè)井實(shí)驗(yàn)研究四、流動(dòng)成像測(cè)井技術(shù)研究進(jìn)展四、流動(dòng)成像測(cè)井技術(shù)研究進(jìn)展一、水平井生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)問(wèn)題一、水平井生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)問(wèn)題 水平井生產(chǎn)環(huán)境水平井生產(chǎn)環(huán)境 水平井完井類型水平井完井類型 測(cè)井技術(shù)應(yīng)用范圍測(cè)井技術(shù)應(yīng)用范圍 水平井生產(chǎn)測(cè)井工藝水平井生產(chǎn)測(cè)井工藝 水平井生產(chǎn)測(cè)井響應(yīng)水平井生產(chǎn)測(cè)井響應(yīng) 水平井測(cè)井的特殊問(wèn)題水平井測(cè)井的特殊問(wèn)題一是完井

2、多為裸眼或篩管，井壁條件復(fù)雜；二是流動(dòng)截面上重力分異，流體分布復(fù)雜；三是井眼上、下傾斜多變，流體流動(dòng)復(fù)雜。二、水平井生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)現(xiàn)狀二、水平井生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)現(xiàn)狀4個(gè)微型轉(zhuǎn)子流量計(jì)FloView、GHOST探針各5個(gè)流量計(jì)、FlowView和GHOST探針各1個(gè) SCHLUMBERGER水平井集成化測(cè)量?jī)x器水平井集成化測(cè)量?jī)x器 FlagshipFlagshipE El lo on ng ga at te ed d B Bu ut t C Co om mp pl le et te e S Sl lu ug g F Fi ig g- -5 5-50200450700950120014501700051

3、0152025T Ti im me e ( (s s) )C Co ou un nt ts s ( (C CP PS S) )SignalStatOxiFlowDcyCorOil VelocityWaterVelocityRSTC/O 三相持率三相持率FloView/GHOST ToolsElectrical imagingMarker injectionwaterFlowGas SlugVelocity持率持率速度速度Time-of-FlightE and O-probes and I/C spectra SCHLUMBERGER水平井集成化測(cè)量?jī)x器水平井集成化測(cè)量?jī)x器 Flag Scann

4、er Flag Scanner4個(gè)微型轉(zhuǎn)子流量計(jì)FloView、GHOST探針各5個(gè)流量計(jì)、FlowView和GHOST探針各1個(gè)SCHLUMBERGER ：Pin-Point Pin-Point 精確測(cè)量精確測(cè)量三個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)在同一截面測(cè)量三個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)在同一截面測(cè)量YVAmp DEFT DEFT 測(cè)量應(yīng)用測(cè)量應(yīng)用根據(jù)探針附近流體的導(dǎo)電性，導(dǎo)電性流體為水置邏輯 0，非導(dǎo)電流體為油或氣置邏輯 1。探針探針Reflection of light to photodiode is high in gas and low in liquid.GHOST GHOST 持氣率光學(xué)探針持氣率光學(xué)探針SCHLU

5、MBERGER 的的RST測(cè)井測(cè)井測(cè)井應(yīng)用：測(cè)井應(yīng)用：nSigma/孔隙度孔隙度nC/O - SwnCapture - 巖性識(shí)別巖性識(shí)別nTPHL 三相持率測(cè)井三相持率測(cè)井nPVL 相速度測(cè)井相速度測(cè)井nWFL 水流速測(cè)井水流速測(cè)井RSTToolWaterOilGasBorehole OilBorehole WaterFormationWaterFormation OilC/O Model ResponseFar C/O RatioNear C/O RatioGGGGY = 0.00Y = 0.33Y = 0.67Y = 1.00Gas Hold-Up ResponsePorosityInel

6、astic N/F RatioCarbonOxygenInelastic SpectrumCountsEnergy (MeV)YOYGo-oCasingYGYWN/F RatioNear & Far C/OSCHLUMBERGER ：三相持率三相持率TPHLTPHL測(cè)量原理測(cè)量原理水平井生產(chǎn)測(cè)井綜合曲線圖水平井生產(chǎn)測(cè)井綜合曲線圖水平井生產(chǎn)測(cè)井解釋結(jié)果圖水平井生產(chǎn)測(cè)井解釋結(jié)果圖氣油水井斜導(dǎo)致的持率改變 BAKER ATLLAS: BAKER ATLLAS:多電容流體剖面測(cè)井儀多電容流體剖面測(cè)井儀(MCFM)(MCFM)測(cè)量探頭：測(cè)量探頭：采用28個(gè)電容傳感器，分成八列裝在S形旋翼上構(gòu)成。

7、探測(cè)特性：探測(cè)特性：根據(jù)流經(jīng)每列傳感器的流體介電性質(zhì)區(qū)分油氣與水。測(cè)量應(yīng)用：測(cè)量應(yīng)用：每個(gè)傳感器處的測(cè)量值可以求出局部持水率； 對(duì)1、2、7、8列的測(cè)量信號(hào)相關(guān)處理確定相速度； 可以將測(cè)量記錄的時(shí)序數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻率域， 與模擬實(shí)驗(yàn)的功率譜比較識(shí)別流型。 HALLIBERTON: HALLIBERTON:電容陣列多相持率測(cè)井儀電容陣列多相持率測(cè)井儀(CAT)(CAT)n測(cè)量探頭：采用12個(gè)電容傳感器，分別裝在12個(gè)支撐臂上構(gòu)成。n探測(cè)特性：根據(jù)流經(jīng)每個(gè)傳感器的流體介電性質(zhì)區(qū)分油氣與水。n測(cè)量應(yīng)用：每個(gè)傳感器的測(cè)值求出各自的局部持水率；所有傳感器的測(cè)值求出截面的平均持水率；各個(gè)傳感器的測(cè)值用不同顏色

8、和輝度表示，按時(shí)間連續(xù)顯示管道的不同流體分布狀況。三、水平井生產(chǎn)測(cè)井實(shí)驗(yàn)研究三、水平井生產(chǎn)測(cè)井實(shí)驗(yàn)研究（1）流體相態(tài)：）流體相態(tài)： 油水兩相，油水兩相， 氣水兩相氣水兩相（2）井斜（）井斜（）：）： 90，45，30，15, 0， -15，-30，-45（3）流速（）流速（m/s）：）： 0.01，0.03，0.05, 0.1, 0.3, 0.5（4）含水率（）含水率（%）：）： 0，10，20，30，40，50， 60，70，80，90，100（5）測(cè)速（）測(cè)速（m/min）：）：0，4，8，12，16，20（6）測(cè)量?jī)x器：）測(cè)量?jī)x器： 電容陣列儀電容陣列儀CAT，伽馬流體密度計(jì)，電容持水率

9、計(jì)，伽馬流體密度計(jì)，電容持水率計(jì)， （Sondex系列）系列） 全井眼流量計(jì)全井眼流量計(jì)FBS或連續(xù)流量計(jì)或連續(xù)流量計(jì)CFGM（CFSM）流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)油水兩相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量 實(shí)驗(yàn)測(cè)量8種井斜角度， 320組流量配比。 取得420份儀表記錄數(shù)據(jù)， 2860份儀器測(cè)量數(shù)據(jù)， 1280份攝像攝影資料， 36份關(guān)井持率數(shù)據(jù)。 總計(jì)數(shù)據(jù)量達(dá)4596份。 氣水兩相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量 實(shí)驗(yàn)測(cè)量8種井斜角度， 219 組流量配比。 取得195份儀表記錄數(shù)據(jù)， 1159份儀器測(cè)量數(shù)據(jù)， 1780份攝像攝影資料， 146份關(guān)井持率數(shù)據(jù)。 總計(jì)數(shù)據(jù)量達(dá)3280份。 流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題n井斜井斜 4545 以上

10、時(shí)，扶正器不能支撐，儀器只能以上時(shí)，扶正器不能支撐，儀器只能貼井壁下部移動(dòng)；貼井壁下部移動(dòng)；n氣水兩相測(cè)量時(shí)，全氣流速達(dá)氣水兩相測(cè)量時(shí)，全氣流速達(dá)1m/s1m/s，全井眼流量，全井眼流量計(jì)計(jì)FBSFBS仍不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)；仍不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)；n同一流動(dòng)條件下，電容陣列儀同一流動(dòng)條件下，電容陣列儀CATCAT的下測(cè)和上測(cè)的下測(cè)和上測(cè)顯示不同。顯示不同。流動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理 數(shù)據(jù)整理包括數(shù)據(jù)整理包括 儀器測(cè)量：Va（m/min）、FDEN（g/cm3）、HYDR（CPS）、CAT 流量配給：QW（m3/d）、QO（m3/d） 儀表記錄：PreB（MPa）、PreC（MPa）、 PreD（MPa）、TemB（）

11、 攝像資料：記錄下油水混合物在II號(hào)井筒中的分布狀況 共整理計(jì)量數(shù)據(jù)文件共整理計(jì)量數(shù)據(jù)文件420420個(gè)，整理測(cè)量數(shù)據(jù)文件個(gè)，整理測(cè)量數(shù)據(jù)文件28602860個(gè)，得到個(gè)，得到 數(shù)據(jù)整理結(jié)果表數(shù)據(jù)整理結(jié)果表7070個(gè)，每個(gè)表須填內(nèi)容個(gè)，每個(gè)表須填內(nèi)容5454項(xiàng)，共計(jì)算、整理和項(xiàng)，共計(jì)算、整理和 記錄下了記錄下了42244224個(gè)數(shù)據(jù)，用個(gè)數(shù)據(jù)，用CATlasCATlas處理得到了處理得到了28002800組數(shù)據(jù)。組數(shù)據(jù)。流動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)分析包括數(shù)據(jù)分析包括 速度分析：VT（m/min）、Va（m/min）、CV（VT/ Va) 持率分析：YW（關(guān)井）、YW（密度）、YW（電容） 、 YW（

12、CAT1） 、 YW（CAT2） 流型分析：綜合分析攝相和CAT資料, 確定每種流量配給下的流型。 得到得到6464張實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表，共計(jì)算、分析和記錄張實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表，共計(jì)算、分析和記錄 3840 3840個(gè)個(gè) 數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)，用CATviewCATview觀看了觀看了14401440個(gè)數(shù)據(jù)圖像。個(gè)數(shù)據(jù)圖像。油水兩相流動(dòng)速度剖面校正 氣水兩相流動(dòng)速度剖面校正 油水兩相流動(dòng)持水率計(jì)算比較 氣水兩相流動(dòng)持水率計(jì)算比較 水平井多相流體流型判別根據(jù)目前對(duì)CATview成像的結(jié)果來(lái)看：流體分層流動(dòng)情況下，CATview成像可以清楚反映井下流體介質(zhì)分布狀況。流體其它流動(dòng)情況下， CATview成像不能清楚

13、反映井下流體介質(zhì)分布狀況。水平井油水兩相流型的邊界 水平井氣水兩相流型的邊界 四、流動(dòng)成像測(cè)井技術(shù)研究進(jìn)展四、流動(dòng)成像測(cè)井技術(shù)研究進(jìn)展 n成像測(cè)井的成像測(cè)井的技術(shù)實(shí)質(zhì)：技術(shù)實(shí)質(zhì)： 運(yùn)用一個(gè)物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)用一個(gè)物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 完成被測(cè)量物場(chǎng)某種特性分布的完成被測(cè)量物場(chǎng)某種特性分布的 Redon變換和變換和Redon逆變換逆變換n成像測(cè)井的成像測(cè)井的技術(shù)特點(diǎn)：技術(shù)特點(diǎn)： 采用陣列式探頭實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物場(chǎng)非線性測(cè)量采用陣列式探頭實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物場(chǎng)非線性測(cè)量 采用圖像顯示有助分析人員的直觀形象思維采用圖像顯示有助分析人員的直觀形象思維n成像測(cè)井的成像測(cè)井的測(cè)量系統(tǒng)：測(cè)量系統(tǒng)： 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集 + 數(shù)據(jù)處理

14、數(shù)據(jù)處理 + 圖像重建圖像重建 + 圖像分析圖像分析多相流動(dòng)成像測(cè)量系統(tǒng)多相流動(dòng)成像測(cè)量系統(tǒng)重建圖重建圖像顯示像顯示特征提取特征提取感應(yīng)陣感應(yīng)陣列激勵(lì)列激勵(lì)及數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)采集采集圖像分析圖像分析成像截面成像截面 信號(hào)信號(hào)預(yù)處理預(yù)處理圖像重建圖像重建相相濃濃度度相相速速度度流型流型傳感器陣列傳感器陣列主控計(jì)算機(jī)主控計(jì)算機(jī)流動(dòng)成像電磁測(cè)井方法研究流動(dòng)成像電磁測(cè)井方法研究n物理基礎(chǔ)：物理基礎(chǔ)： 水與油氣的導(dǎo)電和介電性質(zhì)差異水與油氣的導(dǎo)電和介電性質(zhì)差異n測(cè)量原理：測(cè)量原理： 在油井混合流體中激發(fā)電磁場(chǎng)在油井混合流體中激發(fā)電磁場(chǎng) 利用環(huán)狀陣列電極掃描測(cè)量利用環(huán)狀陣列電極掃描測(cè)量n測(cè)量信號(hào)：測(cè)量信號(hào)： 復(fù)電

15、壓復(fù)電壓幅度、相位幅度、相位Z向 測(cè)量橫截面 電極 時(shí)諧場(chǎng)的矢量波動(dòng)方程：時(shí)諧場(chǎng)的矢量波動(dòng)方程：理論研究的突破和結(jié)論：理論研究的突破和結(jié)論：n油井中并不存在嚴(yán)格意義下的截止?fàn)顟B(tài)，油井中并不存在嚴(yán)格意義下的截止?fàn)顟B(tài)，可以傳播高頻或低頻電磁波。可以傳播高頻或低頻電磁波。n導(dǎo)波的衰減和相移除與電磁波的角頻率導(dǎo)波的衰減和相移除與電磁波的角頻率有關(guān)外，主要取決于井內(nèi)流體介質(zhì)的有關(guān)外，主要取決于井內(nèi)流體介質(zhì)的電性參數(shù)。電性參數(shù)。 MJEE121iJMHH121i 油井中電磁波傳播特性分析油井中電磁波傳播特性分析n物理模型n數(shù)學(xué)模型波動(dòng)方程:Helmholtz近場(chǎng)假設(shè)下:Laplaceq測(cè)量響應(yīng)123456

16、78910111213141516主 發(fā) 射 電 極聚 焦 電 極聚 焦 電 極測(cè) 量 電 極接 地 電 極接 地 電 極0)()()(*22rArrA0)(*rDABABABdvzyxzyxzyxCde),(),(,( 流動(dòng)成像測(cè)量方法設(shè)計(jì)流動(dòng)成像測(cè)量方法設(shè)計(jì) 圖像重建算法研究圖像重建算法研究n數(shù)學(xué)模型n離散簡(jiǎn)化DiiidxdyyxyxGyxm)88, 2 , 1(),(;,(),(DDDdxdyyxyxGyxdxdyyxyxGyxdxdyyxyxGyxmmm),(;,(),(),(;,(),(),(;,(),(88218821NlllllNlllllNlllllwwwGwwwwGwwwwG

17、wmm(;()()(;()()(;()(測(cè)量探頭流動(dòng)模擬裝置控制電路激發(fā)儀器測(cè)量?jī)x器 物理模擬測(cè)量實(shí)驗(yàn)物理模擬測(cè)量實(shí)驗(yàn) 連接網(wǎng)絡(luò)分析儀作為電磁波的激發(fā)和接收裝置，利用實(shí)驗(yàn)傳感器進(jìn)行了均勻物場(chǎng)全連接網(wǎng)絡(luò)分析儀作為電磁波的激發(fā)和接收裝置，利用實(shí)驗(yàn)傳感器進(jìn)行了均勻物場(chǎng)全空氣、全水實(shí)驗(yàn)和不同持水率的氣空氣、全水實(shí)驗(yàn)和不同持水率的氣- -水分層流動(dòng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：水分層流動(dòng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：l 測(cè)量信號(hào)特征明顯，能夠重建氣水分層流動(dòng)的清晰圖像；測(cè)量信號(hào)特征明顯，能夠重建氣水分層流動(dòng)的清晰圖像；l 測(cè)量平均值與持水率呈非線性關(guān)系，計(jì)算持水率最大誤差不超過(guò)測(cè)量平均值與持水率呈

18、非線性關(guān)系，計(jì)算持水率最大誤差不超過(guò)2%；l 測(cè)量平均值與層界面高度呈線性關(guān)系，計(jì)算層界面高度最大誤差不超過(guò)測(cè)量平均值與層界面高度呈線性關(guān)系，計(jì)算層界面高度最大誤差不超過(guò)3% 。頻率(MHZ)功率（dbm）動(dòng)態(tài)范圍(mv)3100.133200.176100.186200.2210100.3610200.4130105.0530205.27測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定性 氣氣- -水分層流動(dòng)測(cè)量響應(yīng)水分層流動(dòng)測(cè)量響應(yīng) 持水率和層界面參數(shù)確定持水率和層界面參數(shù)確定 計(jì)算項(xiàng)計(jì)算項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)測(cè)量平均測(cè)量平均值值mV）計(jì)算計(jì)算持水率持水率 實(shí)際實(shí)際持水率持水率絕對(duì)絕對(duì)誤差誤差相對(duì)相對(duì)誤差誤差持水率35%100.3990.347 0.35-0.003-0.009持水率75%124.8300.740 0.75-0.010-0.013持水率85%132.7070.835 0.85-0.015-0.017 計(jì)算項(xiàng)計(jì)算項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)測(cè)量平均測(cè)量平均值值(mV)計(jì)算水計(jì)算水層高度層高度（mm）實(shí)際水實(shí)際水層高度層高度（mm）絕對(duì)絕對(duì)誤差誤差（mm）相對(duì)相對(duì)誤差誤差持水率35%100.399 46.7 45.9 0.820 0.018 持水率75%124