阵列探针测井在油田开发动态监测中的应用

朱庆军

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163453)

0 引 言

在水驱开发的油田，“油层水淹”是注水开发油田的普遍现象，导致油井中储层大量产水，因此需要对油井进行动态监测，测量油井中储层的含水率变化规律，以指导油田开发，为压裂、堵水等选层提供资料并评价措施效果，制定合理的开采策略。目前，国内关于含水率测量方法主要有阻抗法、电容法、超短波法、同轴线相位等方法，其测量方法都是利用所测介质混合均匀后，进行取平均的线性模拟方式，而油井多相流体的流动属于非均匀介质动态问题，需要采用非线性测量方法研究解决。传统测量技术无法获取流体介质空间的分布信息，难以提供油井内流动剖面的详细情况［1］。因此，为进一步提高高含水条件下含水测量的准确性，解决高含水、特高含水层的识别难题，实现稳油控水，大庆油田测试技术服务分公司开展了阵列探针产出剖面测井技术研究，该项目仪器根据统计学的规律，采用的是统计非线性空间油泡分布信息的一种数字方式，技术达到国内领先水平。

阵列探针产出剖面测井仪适用于产出井油(气)、水两相流测量。可同时测含水率、流量两个参数，并可组合磁定位、井温、压力三参数及压差式密度计形成多参数组合测井仪，达到综合解释目的。

1 仪器结构和技术特点

1.1 仪器结构［2］

阵列探针产出剖面测井仪总体结构如图1 所示。从左至右依次为处理电路、涡轮流量计、含水传感器、流体进液口、集流伞和驱动电机等部分，并可结合磁定位、井温、压力三参数及压差式密度计进行组合测井。

1.2 技术特点:

1)含水测量范围宽，准确度高、重复性好。

2)测井时效高，含水和流量同步测量，使用和维修方便。

图1 阵列探针产出剖面测井仪示意图

3)测井成功率高:采用阵列探针组，可以分别提取各个探针测量结果，局部探针失效仍然可以完成持水率测试。

2 测量原理和技术指标

2.1 测量原理［3］

含水率的测量依据是油(气)、水的电导特性。石油和天然气电导率通常小于10－9S/m ～10－16S/m，相对介电常数约为2.5 ～1.0;地层水的电导率一般为10 S/m ～0.1 S/m，相对介电常数约为81.0 ～56.0［4］，测量流体阻抗来探测水，设置一个门限值来区分油(气)和水。当在水连续相中的油(气)泡或在油(气)连续相中的水滴接触到探测器的电极头，每个探测器就产生一个二进制输出信号。如果流动是非乳状流且泡的尺寸大于探头，则可从探头的二进制输出中得到持水率，持水率是由探头的导电时间决定的，其探头工作原理如图2 所示。

图2 阵列探针工作原理

每个探头处的局部持水率可用下式计算:

流量的测量利用涡轮流量计采用集流点测的方式，通过下式计算各测点产液量，再从上到下通过各测点产液量相减运算得到层段的产液量。

式中，Q 为待测流量，m3/d;K 为涡轮常数，(m3·d－1)/(r·s－1);F 为涡轮频率，r/s;q 为启动流量，m3/d。

2.2 技术指标

仪器外径:φ26 mm

仪器耐温:150℃

仪器耐压:50 MPa

含水率测量范围:50% ～100%

含水率测量精度:±5%

流量测量范围:1 m3/d ～80 m3/d

流量测量精度:±3%

3 实验室标定数据分析

通过对检测数据进行分析计算，做出含水率平均图版，得出仪器各检测点含水平均误差1.33%。图3 是标定的4 支仪器刻度曲线，从标定数据结果看仪器一致性优良。

从标定曲线数据分析，仪器在10 m3/d ～80 m3/d 区间持水率基本上不受流量因素影响，这就避免了在此区间段上因受流量测量误差而影响含水的测量准确度;含水大于60%时，仪器具有较高的测量精度，随着含水的升高仪器测量精度逐渐提高［5］。

图3 仪器含水刻度图版

4 现场应用情况统计分析

4.1 仪器测井统计

目前，该仪器在现场应用1 000 余口井，其中对在大庆油田采油厂所测235 口水驱产出井进行统计，含水在95%以上为86 口，占36.6%;含水在90% ～95%为72口，占30.6%;含水在80% ～90%为54 口，占23.0%;含水在70% ～80%为16 口，占6.8%;含水在70%以下为7 口，占3.0%。

4.2 实测含水与井口化验含水对比

在235 口水驱井测量统计中，其井口化验含水与实测含水测量误差如图4 所示。

图4 不同油井含水率测量误差

井口化验含水在95%以上为86 口井，其中82 口井(占95.3%)平均误差为2.39%;井口化验含水在90%～95%为72 口井，其中67 口井(占93.1%)平均误差为2.85%;井口化验含水在80% ～90%为54 口井，其中51口井(占94.4%)平均误差为3.46%;井口化验含水在70% ～80%为16 口井，其中15 口井(占93.8%)平均误差为4.96%;井口化验含水在40% ～70%为7 口井，其中5 口(占71.4%)平均误差为4.06%。

4.3 分析结论

阵列探针产出剖面测井仪在含水率大于70%的中、高含水水驱产出井中，有超过93%的测量井合层含水率与井口化验含水率相对误差小于5%，证明仪器含水率测量准确度高，为油井分层含水测试、措施挖潜、增加采收率提供了翔实可靠的理论依据。

5 地质应用效果

5.1 地质及工程应用

确定主要产液层和高含水层;确定分层产液量和含水率;评价压裂、堵水、调剖效果;指导堵水、压裂等改造措施的选层。

5.2 测井曲线

图5 现场测井软件持水率和流量实时响应曲线

图5 是阵列产出剖面测井仪现场测试中，地面系统软件持水和流量的实时响应曲线。从图中可以看出，含水和流量两个参数测量是同步的，持水率和流量随抽油机冲程的变化而周期变化，持水降低流量变大，实时反映产液和含水的相互关系。

5.3 动态监测实例

图6 是北X－X－PX 井探针测井解释成果图，井口产量36.9 m3/d，实测产量39.7 m3/d;化验含水85.5%，实测含水88.3%。井温分别在994 m 和1 011 m 出现异常，正好位于S213－16 层和S32－4 层内，产液和含水测量结果显示，在与井温异常段深度相对应的射孔层段S213－16 层产液19.5 m3/d，占全井产量的49.1%，分层含水92.8%，为特高含水;S32－4 层产液15.1 m3/d，占全井产量的38%，分层含水89.6%，为高含水，该井产液量测量结果与井温曲线变化情况符合。

图6 北X－X－PX 井测井解释成果图

通过现场试验测量结果分析，应用阵列探针产出剖面测井仪能够真实、准确地反应井下油水分布状况，流量和含水测量结果与井口量油和化验含水有很好的符合率，测量准确度高。

6 结 论

阵列探针产出剖面测井仪是产出剖面仪器家族的又一新成员，是本领域的一项重大技术突破，设计结构合理，工作性能稳定，使用和维修方便，可同步测量含水、流量两个参数，实时反映产液和含水的相互关系，能够准确地监测井下产液状况，通过模拟井实验及现场测试，已证明其方法的可行性，该仪器具有含水测量准确度高、一致性、重复性好，测井时效、成功率高等特点，仪器适合含水高于50%、水为连续相、油为泡状流的产出井两相流测试，能够为油田动态监测及开发中后期高含水率测量提供新的技术手段，具有广阔的应用前景和现实意义。

［1］回雪峰，吴锡令.油田开发中后期持水率测井技术研究与展望［J］.地球物理学进展，2004，19(1):61－65.

［2］朱庆军.电导式阵列探针找水仪研制.2008 年黑龙江省石油学会论文集，2008

［3］刘兴斌.井下油/水两相流测量［D］.哈尔滨工业大学博士论文，1996

［4］吴锡令，赵 亮，牛虎林.流动成像测井新方法及实验研究［J］.科学中国人，2004，12(12):44－45.

［5］房 乾，朱庆军，陈 蕾，等.一种新型阵列探针产出剖面测井仪［J］.石油仪器，2012，26(6):46－48.