曾桃，鄭永建，李躍林 （中海石油 （中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江524057）

水平井／大斜度井是海上油氣田開發(fā)的主要方式，以南海西部文昌油田為例，水平井占開發(fā)井總數(shù)的一半以上，且大多數(shù)井已進入中高含水期，找、控水需求迫切。因此，水平井的動態(tài)監(jiān)測對海上油田的開發(fā)和管理至關(guān)重要。傳統(tǒng)的產(chǎn)出剖面測井技術(shù)在應(yīng)用于水平井時面臨較大的困難，主要原因有：①水平多相流流態(tài)的復(fù)雜性。水平井段的流動以分層流動為主，且油水氣之間存在滑脫，尤其是低流量時，井斜對流態(tài)的影響強烈①Rob North．Profiling and qualifying complex multiphase flow．Schlumberger Oilfield Review，2004，Autumn：4～13．。而常規(guī)流量剖面測井儀器在井筒中居中測量，無法評價復(fù)雜的水平分層流動。②水平井井眼軌跡、井身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，常規(guī)的工具組合很難在水平井中實現(xiàn)工具串的順利起下及保證穩(wěn)定合理的測速。這也造成大批有動態(tài)監(jiān)測需求的水平井無法取得產(chǎn)液剖面資料，極大地限制了油田后期的開發(fā)調(diào)整。針對以上難題，南海西部文昌油田使用往復(fù)卡緊式井下爬行器MaxTRAC及集成了多個渦輪和傳感器的流體掃描成像測井儀FSI進行了水平井產(chǎn)出剖面測井作業(yè)，并根據(jù)測井結(jié)果實施了控水措施，取得了較好的效果。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1．1 儀器傳輸方式

MaxTRAC井下牽引系統(tǒng)是一種往復(fù)卡緊式井下爬行器［1］（圖1），適用于井下管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜的套管或篩管完井水平井，相對于常規(guī)的爬行器，它可以在水平井中實現(xiàn)工具串的順利起下及保證穩(wěn)定合理的測速。其主要特點有：

1）能在內(nèi)徑0．061～0．2445m范圍的任何尺寸井眼內(nèi)工作并提供其全部1000lb（1lb＝4．4482N）的驅(qū)動力。

2）兩個驅(qū)動單元交替?zhèn)鲃?，能提供穩(wěn)定的爬行速度，因此可以在下行過程中實現(xiàn)邊爬邊測，測井儀器迎著液流方向移動，儀器本身對流動干擾小，測量數(shù)據(jù)更精確。

圖1 MaxTRAC爬行器驅(qū)動單元

1．2 水平井多相流動測量方案

與直井相比，水平井井下流動較為復(fù)雜，多相流并不以混合狀態(tài)存在，而是受井斜和流量等多因素的影響，呈水平層流為主的復(fù)雜流態(tài)，用于直井的在井筒中居中測量的常規(guī)生產(chǎn)測井儀器不能滿足其產(chǎn)出剖面測量的需要。

測井儀器組合主要包括基本測量短節(jié) （PBMS）和流體掃描成像測井儀（FSI），可提供壓力、溫度、自然伽馬、磁性定位以及水平井井下分層流速和分層三相持率等數(shù)據(jù)。

圖2 FSI流體掃描成像儀及工作狀態(tài)示意圖

由于重力作用FSI會在井筒中保持垂直，在2個儀器臂及本體上有5個微轉(zhuǎn)子流量計、6個FlowView電阻探針和6個 Ghost 光 學(xué) 探 針［2，3］，分別測量水平井分層流動速度剖面及局部的持水率和持氣率，所有傳感器在相同深度上同時進行測量（圖2）。

1）持水率測量 持水率通過電阻探針進行測量 （圖3）。探針測量流體的導(dǎo)電率，利用二進制進行數(shù)據(jù)傳輸。如果探針接觸的是水 （導(dǎo)電介質(zhì)），則電路短路；如果探針接觸的是油或氣，則電路斷路。根據(jù)電路單位時間內(nèi)接通的時間可計算出持水率 （Yw）＝短路時間／總時間。

2）持氣率測量 持氣率通過光學(xué)探針進行測量 （圖4），利用光學(xué)原理測量從探針尖端反射回來的光線強度并利用二進制進行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)探針接觸氣體時，光線幾乎100%反射；當(dāng)探針接觸油或水時，反射回來的光線很弱。根據(jù)單位時間內(nèi)光線強弱反射的時間比即可計算出持氣率 （Yg）＝強反射時間／總時間。

3）流速測量 FSI的流量計在流動截面上有5個微轉(zhuǎn)子流量計，利用懸置于流體中的轉(zhuǎn)子在流體的推動下轉(zhuǎn)動，可反映被測流體的瞬時流量和累計流量，從而計算出流速。每個渦輪所測的流速即視為該區(qū)域的平均流速。

圖3 持水率測量原理示意圖

圖4 持氣率測量原理示意圖

1．3 水平井多相流動解釋理論

常規(guī)居中測量的渦輪流量計測量的僅是管壁中央的流體表觀速度vt（圖5），但在參與最終的流量計算前，還需通過流速校正因子fv轉(zhuǎn)換為流體平均速度vm，同時需考慮各相間的滑脫速度。由于水平井段多為復(fù)雜的分層流動，需要通過復(fù)雜的滑脫速度模型和實驗解釋模板進行間接求解［4］。而FSI集成了多個傳感器，直接測量流動截面的多個參數(shù)，極大地簡化了后期解釋的算法和難度，同時提高了解釋精度。

圖5 常規(guī)渦輪流量計測量示意圖

圖6 多渦輪流量計流速計算示意圖

1）流速計算 如圖6所示，按渦輪的數(shù)量和分布方式將水平流動截面在垂向上分為i個區(qū)域，每個測井速度下區(qū)域i的流速vi為：

式中：vi為區(qū)域i范圍內(nèi)的平均流速，m／min；Rrps，i為每個測井速度下第i個轉(zhuǎn)子的響應(yīng)，r／s；vx為轉(zhuǎn)子速度的門限值，m／min；vl為測井速度，m／min；Si為通過轉(zhuǎn)子校正后獲得第i個轉(zhuǎn)子的斜率，（r／s）／ （m／min）。則整個水平流動截面的平均流速為：

式中：vm為整個截面的平均流速，m／min；Ai為區(qū)域i的面積，m2。Ai可由管柱內(nèi)徑及渦輪的數(shù)量和分布方式得出。

2）持率計算 假定各相流體的持率在區(qū)域i中各自處處相等，則：

式中：Yp為油相、水相或氣相的持率，1；Yp（i）為區(qū)域i內(nèi)的各相持率，1。區(qū)域i內(nèi)的持水率Yw（i）和持氣率Yg（i）由區(qū)域i內(nèi)的電阻探針和光學(xué)探針直接測量，持油率Yo（i）＝1－Yw（i）－Yg（i）。

3）流量計算 假定在區(qū)域i內(nèi)的各相流體間不存在滑脫效應(yīng)，即同一區(qū)域內(nèi)各相速度處處相等，則：

式中：qp為油相、水相或氣相在工況下的流量，m3／d。通過PVT（壓力、體積、溫度）轉(zhuǎn)換即可求得對應(yīng)地面條件下的產(chǎn)量。

由于FSI有5個在垂向上均勻分布的渦輪，因此i＝1，2，3，4，5；相應(yīng)的Ai可由管柱內(nèi)徑和儀器幾何尺寸求得。

2 應(yīng)用實例

A井為珠江口盆地文昌油田新近系珠江組的一口開發(fā)水平井，造斜點460m，完鉆斜深2676m，水平段長721m，采用5in（1in＝0．0254m）優(yōu)質(zhì)篩管完井，泵抽生產(chǎn)，生產(chǎn)測井前產(chǎn)液250m3／d，含水率68%。

2．1 現(xiàn)場作業(yè)

完成前期準備工作后，該井進行了產(chǎn)出剖面測井作業(yè)，MaxTRAC在進入防砂管柱前通電工作，順利跨越防砂封隔器臺階并牽引測試工具串，完成了整個水平井段的測量，獲得了一下一上兩趟測量數(shù)據(jù)及12個點測數(shù)據(jù)，質(zhì)量良好。測試過程中地面設(shè)備可實時回放地下流動狀況（圖7）。

2．2 資料解釋

圖7 A井水平井段分層流動狀態(tài)示意圖

使用生產(chǎn)測井解釋軟件Emeraude進行了定量解釋。A井在井下不脫氣，為油水兩相流動，從井斜－持率剖面上可看出水平井井下流動狀態(tài)受井斜的影響很大。根據(jù)FSI測量結(jié)果并結(jié)合裸眼井解釋結(jié)果劃分了4個產(chǎn)液層段：水平井趾端的3、4號產(chǎn)層為主要的產(chǎn)出段，產(chǎn)液量占全井段的85．9%，產(chǎn)水量占全井段的95．5%；1、2號產(chǎn)層由于物性相對較差，在生產(chǎn)壓差不足0．1MPa的情況下，產(chǎn)液比例僅占全井段的14．1%（表1）。

表1 A井水平井段分段產(chǎn)出比例（地面產(chǎn)量）

2．3 措施驗證

通過生產(chǎn)測井了解產(chǎn)液剖面后，A井進行了控水作業(yè)。通過下入分采管柱并封堵3、4號產(chǎn)層段后，該井含水率持續(xù)降至3．6%并保持了30余天，初期日增油約80m3／d（圖8）?？厮蟮纳a(chǎn)情況與生產(chǎn)測井解釋結(jié)果基本一致，驗證了產(chǎn)出剖面測井的準確性。

圖8 A井控水作業(yè)后生產(chǎn)曲線圖

3 結(jié)論

1）往復(fù)卡緊式井下爬行器MaxTRAC作業(yè)效率高、適應(yīng)能力強，可應(yīng)用于井下管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜的水平井生產(chǎn)測井作業(yè)。

2）流體掃描成像測井儀FSI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，不同傳感器測量得出的同一水平井流動截面的不同目標參數(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，同時提高了解釋精度。

［1］郭宏志，李冬梅 ．Flagship在中高含水期水平井中的應(yīng)用研究［J］．西南石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，（2）：107～110．

［2］TallalT S M，AI Abdullatif M M，Zeybek M，et al．Identification of water entry with new integrated production logging tool in challenging horizontal wells［R］．Doha Qatar，2005．

［3］Ricardo U Oosthuizen，Ahmed AI Naqi，Khalaf AI－Anzi，et al．Horizontal－well－production logging experience in heavyoil environment with sand screen：a case from Kuwait［J］．SPE105327，2007．

［4］郭海敏，劉軍鋒，戴家才，等 ．水平井產(chǎn)出剖面解釋模型及圖版［J］．中國科學(xué)（D輯：地球科學(xué)），2008，38（S2）：146～150．