Φ23集流式流量持水组合测井仪产液剖面测井解释方法

陈科贵, 李民, 杨刚, 郭长海, 王红发, 陈娅洁, 王小准

(1.西南石油大学地球科学与技术学院, 四川 成都 610500;2.中国石油集团测井有限公司长庆分公司, 陕西 西安 710021)

0 引 言

随着持续开发,吐哈油田的主力油层大部分进入了高含水期,抽油机井所占油井比例越来越大,因井下含水率高[1],导致抽油机井中找水难度大。因此,测井仪器需适应低产液量、高含水率的条件,同时能通过油套环空下至目的层[2]。在低产井中,由于井筒内压力低,产量小,液体会绕过连续流量计的叶片,流量计计数不能准确反映流量的大小,再者,多相流动条件下的重质分离作用,造成持水率分辨率较低[3]。集流式流量计能汇集流体,提高流体对涡轮的作用效率,轻、重相流体间的滑脱速度可以忽略不计,有效提高了测量精度[4]。采用集流式流量计对低产井进行测量是行之有效的方法。

1 Φ23集流式流量持水组合测井仪工作原理

Φ23集流式流量持水组合测井仪由持水率仪、流量计、仪器探头、集流器等组成。其中,集流器是该仪器的关键部分,集流伞是集流器上最重要的部件,主要由中心管、12根不锈钢伞筋、伞布、动力部分、换向机构、断电装置及电磁阀组成。伞布是一种高强度质密不透气的薄织面料,用于密封仪器与套管之间的环形空间。由于气体黏度小,会通过缝隙直接漏失到伞外;油、水黏度相对较大,漏失较少。

该组合仪的持水率计是电容持水率计,它依据井筒中油、气、水之间的介电特性存在显著差异,把流体介电特性的差异转换成电容量的大小,从而测量持水率[5]。不同的物质有不同的介电常数(通常水的介电常数为60～80,油气的介电常数为1～4),持水率仪的电容量会随着介电常数的变化而变化,持水率计振荡电路的输出频率也随之变化,可根据仪器刻度把频率值转换成井下持水率。

集流式流量计属于涡轮流量计,涡轮流量计是一种基于动量矩守恒原理的速度式仪表,流体冲击涡轮叶片,使涡轮旋转,涡轮的旋转速度随流量的变化而变化,最后从涡轮的转数求出流量值,通过磁电转换装置(或机械输出装置)将涡轮转速变化转换转换成电脉冲,送入二次仪表进行计算和显示,由单位时间电脉冲数和累计电脉冲数反映出瞬时流量和累计流量[6]。

紊流时涡轮流量计的响应方程为

R=K(va-vt)

(1)

式中,R为涡轮每秒钟的转数,r/s;va为冲击叶片的流体视速度;vt为起动速度,与黏度、密度、流量相关;K为与仪器结构有关的常量。

2 油水两相流动实验

油水两相流动模拟实验采用吐哈油田地面模拟实验装置、七参数井下仪以及Φ23环空井下仪。实验中用柴油模拟原油,自来水模拟地层水。实验采用的模拟井内径140 mm,为便于流型观察,井筒由透明的有机玻璃制成。组合仪器在模拟井筒中部进行测量。实验中,井斜角设定0°(模拟垂直井),油流量上限为200 m3/d,水流量上限为250 m3/d,在不同的流量情况下设定含水率分别为0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%共11组,按设定的液流量和含水率分组记录仪器的输出响应值,研究不同含水率条件下流量计、持率计的响应规律。

在低流量条件下,可观察到模拟井筒中油水分层流动。在高含水的情况下,油泡分散,随液体匀速向上运动。随着含水率的下降,油泡明显增多,大小不一,且间距变短。在低含水的情况下,油泡变小,上升速率加快。虽然油泡密度明显增大,但仍可清晰地观察到油泡分布状况。

随着混合流体的流量不断增加,各含水率情况下的油水混合流型出现一定的变化。在高含水条件下,油相原有的大气泡破裂成若干个小气泡,气泡开始分布不均匀,但还以单个油泡的形式连续向上流动。随着含水率的降低,油泡聚集,其间距进一步变短。在低含水的情况下,分层流开始不稳定,出现水基油滴分散段塞流、乳沫状段塞流和乳沫状环状流。

在高流量、高含水条件下,水为连续相,油泡分布其中且间距较之前变得更小,油泡进一步聚集,沿井筒筒壁快速向上运动,可以看出此时的流动并不稳定。在低含水的条件下,油泡在筒壁处聚集现象明显,形成稳定的连续相,此时流型转变为以油为连续相的环状流。

3 Φ23集流式流量持水组合仪测井解释方法

在井筒内油、水两相流动受井内流量、流速、相含率、密度和黏度等因素的综合影响,井下仪器的测量因此会产生较大偏差。通过模拟实验,建立集流式流量计的刻度图版和含水率的解释图版,由得到的解释图版进行资料处理解释[7]。

3.1 解释图版

集流式流量计通过环空通道下到测量井段,将仪器响应的频率值记录下来,地面系统通过事先制作的刻度图版[2]把所测得的频率值转换成体积流量。不同型号的仪器在不同测量条件下会产生大小不同的误差,有时精度无法达到测量要求,下井测量之前要对仪器进行必要的地面刻度标定。将流量计以及三相流模拟井实验装置的其他仪器下入到模拟井中,改变油水配比以及流量即可得到集流式流量计线性拟合后的解释图版[8-9](见图1和图2)。

图1 Φ23 mm集流式流量计流量与频率实验刻度图版

图2 Φ23 mm集流式流量计流量与持水率实验刻度图版

3.2 图版解释方法的建立

集流式流量计采用定点测量,在每个测量点采集的数据是其下面各层对总产量的贡献,对每个测量点进行减法处理即可获得各产层的产量[10]。

传感器对油、水两相有不同的响应规律,持水率计将其响应的频率值记录下来,并通过式(2)转换为持水率[11-12]

(2)

式中,N为持水率计的计数率,cps*1 cps=1 s-1,下同;No、Nw分别为持水率计在纯油、纯水中的计数率,cps。持水率计的测量受温度、矿化度、压力等因素的综合影响。因此,仪器在井底与地面测量时的No、Nw值会有所不同,通过实验统计可知,地面测量值比井底测量值大100～200 Hz左右,相对于通常为几千甚至上万的N值所占比率极小,因此,通常取井底积液中的测量值[13]。

根据仪器测量值转化后的持水率值,设定一个含水率初始值,在流量与频率实验刻度图版(见图1)上,通过流量计响应的频率值查得流量。在流量与持水率实验刻度图版(见图2)上根据查得的流量值和持水率值,获得含水率值。利用直线插入法重复以上步骤,使流量和含水率值各自逼近于一个值,当误差处于允许误差范围内时,认为该解释层的流量Q和含水率CW满足解释要求。对于每一个解释层,重复以上过程,从上往下逐层解释,得出分层产量以及各层油水产量。

3.3 图版解释方法的修正

集流并不能完全消除油水之间的滑脱效应,造成低流量条件下直线插入法所求的含水率相对误差较大。为了解决低流量井解释中遇到的这一问题,通过对持水率和含水率的计算方法进行修正进而提高解释精度[11-14]。

(1) 持水率的确定

考虑到持水率仪的非一致性及井中静水柱对仪器响应测井影响,采用式(3)计算各测点的持水率

(3)

(4)

(5)

(2) 含水率的确定

由式(3)右边最后一项分子分母同乘以管子常数得

(6)

式中,Qm为测点的总流量,由流量图版确定;PC为流体流经流管的管子常数,由仪器确定;vs为油水滑脱速度。

实际应用中,吐哈油田油水两相产液剖面解释主要采用滑脱模型,而滑脱模型的关键在于滑脱速度的求取。通过三相流实验装置模拟井下油水两相流的流动状态,利用集流式电容式持水率计记录的实验数据,总结出了滑脱速度与流量和持水率之间的关系式,并采用指数拟合的方法对实验数据进行处理,最终得到了滑脱速度的计算方法[15]。

(7)

式中,Q单位为m3/d。

4 应用实例

4.1 井况以及测井相关数据

米××井是温米油田的一口低产井,之前进行的环空五参数产液剖面测试,测量井段2 640～2 920 m,温度、压力自2 620.0 m至2 880.0 m进行连续测量。为了解井下产层出液情况,采用Φ23 mm电机驱动集流伞式流量持水测试仪分别对2 680.0、2 733.0、2 797.0、2 835.0 m和2 865.0 m进行点测,含水传感器刻度值为全油4 730 Hz,全水1 097 Hz,测井数据如表1所示。

表1 米××测井相关数据

4.2 测井资料定性分析

从图3可以看出,S2(2-2)层,温度曲线明显负异常,持水率值变化不大,点测流量有变化,该层产液;S3(1-1)、S3(1-2)层,温度曲线微小负异常,持水率值升高,点测流量有变化,该层产液;S4(1-2)层,温度曲线明显正异常,持水率值降低,点测流量有变化,该层产液,且以产水为主;S4(3)层,温度曲线在该射孔层上部显示负异常,下部显示正异常,持水率值升高,说明该层下部产水,上部产油。

图3 米××井产出剖面测试成果图

4.3 测井资料定量解释

通过对该井的测井曲线进行定性分析,得到对该井进行定量解释的依据。先解释第1解释层,首先计算持水率,从表1查出相应解释层位的持水率计数值,利用式(3)求出各解释层的持水率,全流量层的持水率计算为75.9%。设定含水率初始值为85%,随后查流量值,测得的流量频率为31 Hz,在图1中查得第1解释层的流量Q1=11.2 m3/d。在图2上利用直线插入法求得含水率Cw=80%,重复以上步骤,计算出该层油流量为9.6 m3/d,水流量为2.4 m3/d,各产层的产量为上一解释层的油水流量减去下一解释层的油水流量。从上往下逐层解释,最终可以求出各解释层油水的流量。由于井底压力小于泡点压力,油水中溶解天然气较小,查PVT资料知Bo、Bw都接近1。

4.4 图版解释与油田生产的对比

通过对表2分析:S3(1+2)为主要产水层,日产液7 m3,含水85.7%;S1(2)为主要产油层,日产液3 m3,日产油1.3 m3,含油能够达到43.3%;S3(3)为微量产油层。全井日产液量12 m3,含水81%。

表2 米××井产出剖面测试成果表

定量解释结果与地面计量和根据米××井产出剖面测试成果图得出的定性分析基本吻合。

从表2可以看出,2种方法解释的分层产量除了S1(2)产层有所差异外,其他产层的产量都很接近。地面记录的产液量为12.7 m3/d,采用图版法定量解释的产液量为12 m3/d,与之相差0.7 m3/d,相对误差为5%;油田生产资料解释的产液量11 m3/d,与地面记录的产液量相差1.7 m3/d,相对误差为13%。采用图版法的解释结果与油田的解释结果都与地面记录的结果相近,相对误差在10%左右,均在允许的误差范围内,但是采用图版法的解释结果精度更高。

5 结 论

(1) 采用图版解释方法对米××井进行定量解释,并进行误差分析,得出在测量低流量产液剖面时,采用Φ23集流式流量持水组合仪解决了因井筒流体流型变化、油水的黏度变化、密度和速度的不均匀分布,造成的测量结果不准的难题。

(2) 采用地面刻度的图版解释方法对低产井进行产液剖面的定量解释时,减小了井下流体因轻、重相之间的速度差异所带来的滑脱影响,降低了低产井产液剖面解释的难度,提高了解释精度。因此,在低产井产液剖面解释中,图版解释方法是行之有效的。

(3) 为了提高解释精度,还需要改进流量计和持水率仪,从而消除低流量下的非线性影响和提高持水率的分辨率,同时,仪器标定时需要尽量使流体性质与井下流体性质相接近。

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