基于阵列探针的水平井油水两相流成像测井方法研究

( 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

油田水平井逐年增加，测井需求加大，含水率测量是水平井生产测井中重要的环节。适应油田开发中后期复杂条件下的含水率测井技术应具有适合高含水条件的特点，应用较为成功的是利用电学测量含水率[1]。斯伦贝谢公司推出的流体剖面数字图像分析仪(DEFT)、康普乐公司推出的流体剖面分析仪(FPT)都是基于采用电导探针构成阵列测量探头,利用油气与水的导电特性差异辨识井内流体[2]。这些技术均适用于国外中高产液剖面的测量。大庆油田测试技术服务分公司自主开发了适用于国内中低产液的基于阵列电导探针的水平井油水两相流成像测井技术[3],基于电导原理，通过多个探针对水平井油水界面的判断，具有全井眼测量,适用流量范围广等特点，为水平井含水率测量提供了新的方法。通过模拟井及现场应用，该仪器能够满足水平井测井需求。

1　仪器工作原理与设计

1.1　含水率测量原理

水平井的含水率通常是指体积含水率，定义在一定长度的井筒内，是水相体积占流体总体积的百分比[4,5]。受重力作用的影响，当水平井产液量较低时，就会出现明显的分层流动现象，水平井油水分层流动示意图如图1所示。

图1　水平井油水分层流动示意图

在中低产液的水平井中油水两相流分层流动，利用油和水的导电率不同，当它们流经电导探针时根据探针的不同状态，就可以判断出传感器是位于油中还是位于水中。

分层流条件下，水相在测量截面上的投影与截面面积的比值即为含水率Hw，含水率Hw与油水界面高度h之间的关系为：

(1)

式中，h为油水界面高度；r为油井套管的内半径，一般为62.5 mm。

通常情况下，认为水平管段足够长，有限体积的测井仪器对油水界面高度的影响微不足道，可以忽略不计。因此，只要准确获得测量截面上的油水界面高度，便可以通过式(1)计算出整个测量井段的含水率。含水率和油水界面高度之间的几何对应关系如图2所示。

图2　含水率和油水界面高度之间的几何对应关系

1.2　仪器及相关软件设计

阵列探针成像仪器由电路筒、支撑轴、支撑臂和电导探针传感器等部分组成，其结构如图3所示。其中支撑轴是整个仪器的中心轴，是整个仪器的主体，所有支撑臂和电导探针都是围绕着这个中心轴进行设计和排列的；支撑臂类似于弹簧臂，依靠一端的弹簧结构控制支撑臂的收缩与撑开，无需外力作用，撑开时可以紧贴管道内壁。

仪器通过均匀分布的24个探针对油水界面进行判断，用‘0’、‘1’来代表探针在水和油中的状态，再通过曼彻斯特编码方式将探针的工作状态进行上传。地面软件接收仪器的数据后，进行拟合处理，对油水界面的图像进行重建及计算含水率。

图3　阵列电导探针成像仪结构示意图

水平井油水两相流成像图像重建软件如图4所示。软件界面的左面显示仪器上传的数据信息，显示探针工作的个数，软件界面的右面是根据数据进行模拟成像及含水率的变化。

图4　图像重建软件界面

2　模拟井动态实验

模拟井动态实验在大庆油田测井试井检测实验中心多相流实验室水平模拟井中进行，模拟实验在常温、常压下完成。实验采用的流体介质是柴油和自来水(柴油密度为0.826 3 g/cm3，自来水密度为0.988 4 g/cm3)[7]。

利用成像图像重建软件计算得到的测量含水率与标准配比含水率的对比见表1。

表1测量含水率与配比含水率对比

标准配比含水率/%成像测量含水率/%满量程误差/%510．335．331517．732．732522．782．223537．482．484545．390．395554．610．396562．532．477571．593．418588．673．679594．110．89

实验结果表明：仪器在0～100%含水率范围内具有较高的分辨率，测量分辨率优于10%，最大测量误差在6%以内。

3　水平井现场试验

3.1　试验井及测井工艺

测试的水平井完井深度为2 040 m，射孔井段数据见表2。

表2　射孔数据

试验水平井井眼轨迹图如图5所示。

使用Sondex牵引器输送测井仪器[8]：牵引器与测井电缆连接，在其下端连接测井仪器，垂直井段靠仪器自然重力下放，仪器遇阻以后，通过测井电缆供电来控制牵引器开始工作，由牵引器提供动力将仪器推送到水平目的段，然后通过地面控制断开牵引器电源，为仪器供电，靠测井电缆上提仪器进行测井。测井工艺示意图如图6所示。

图6　测井工艺示意图

3.2　现场试验结果

在静态测量过程中，各个测量点处成像仪器显示含水率均为100%，这种情况是符合井下环境的。静态测量完毕后，测量一条全井的含水率数据，测井原始曲线如图7所示，发现在1 620～1 655 m处仪器响应明显，表明仪器工作正常。

通过软件对测量数据处理，测得含水率为85%。1 620～165 5 m测井井段测井数据成像图如图8所示，参考井眼轨迹图，可以看出在1 620～1 655 m处，井眼轨迹为上弧形，这种结构容易在弧形的顶端聚集部分油相。

图7　测井原始曲线

图8　1 620～1 655 m测井数据成像图

仪器预置4 d后，进行水平井的产出测试，测井曲线如图9所示。为方便观察，选取曲线的顶部和底部。

在产出测试过程中，在1 655 m处遇阻。在1 655 m以上测量了一段连续测量曲线，数据显示在1 655～1 500 m处含水率为100%，即前2个射孔层段无油产出。

4　结束语

水平井油水两相流成像测井仪在测井过程中，不受温度、压力、矿化度等条件影响，测量含水率范围广、适用性高。通过模拟井动态实验及现场应用，阵列探针电导成像仪能够有效地分辨出油水界面，成像软件计算含水率比较准确，含水率测量分辨率优于10%，这种仪器的广泛应用将改变水平井含水率测量困难的现状。

图9　水平井产出测试

[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] 杨梅,吴锡令,王志磊,等.水平井油水两相流型测量实验[J]. 测井技术, 2008, 32(5): 398-402.

[3] 豆岳龙,刘兴斌,胡金海,等.基于FPGA的双层阵列电导探针持水率计电路设计[J].石油仪器,2011,25(5):74-75.

[4] 胡金海,刘兴赋.阵列电导探针流体成像仪在油水两相下的实验[J]． 石油仪器，2013，27(1):33-35.

[5] 别静,吴锡令,缪志伟.油井流动图像重建算法研究[J].石油天然气学报,2011,33(7):34-39.

[6] 柴金刚,胡金海,杜佳楠,等.基于互补式电导阵列传感器设计与静态实验[J].石油管材与仪器,2015,1 (3):21-23.

[7] 郑希科,刘兴斌,朴玉琴,等.水平井油水两相管流流量和含水率测量方法实验研究[J].测井技术，2010，34( 4) : 323 - 326.

[8] Sondex 公司.Sondex Mule Tractor 井下爬行器培训教材[Z]. 2011:1.