朱慶軍

(大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163453)

0 引 言

在水驅(qū)開(kāi)發(fā)的油田，“油層水淹”是注水開(kāi)發(fā)油田的普遍現(xiàn)象，導(dǎo)致油井中儲(chǔ)層大量產(chǎn)水，因此需要對(duì)油井進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，測(cè)量油井中儲(chǔ)層的含水率變化規(guī)律，以指導(dǎo)油田開(kāi)發(fā)，為壓裂、堵水等選層提供資料并評(píng)價(jià)措施效果，制定合理的開(kāi)采策略。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于含水率測(cè)量方法主要有阻抗法、電容法、超短波法、同軸線相位等方法，其測(cè)量方法都是利用所測(cè)介質(zhì)混合均勻后，進(jìn)行取平均的線性模擬方式，而油井多相流體的流動(dòng)屬于非均勻介質(zhì)動(dòng)態(tài)問(wèn)題，需要采用非線性測(cè)量方法研究解決。傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)無(wú)法獲取流體介質(zhì)空間的分布信息，難以提供油井內(nèi)流動(dòng)剖面的詳細(xì)情況［1］。因此，為進(jìn)一步提高高含水條件下含水測(cè)量的準(zhǔn)確性，解決高含水、特高含水層的識(shí)別難題，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)油控水，大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司開(kāi)展了陣列探針產(chǎn)出剖面測(cè)井技術(shù)研究，該項(xiàng)目?jī)x器根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)的規(guī)律，采用的是統(tǒng)計(jì)非線性空間油泡分布信息的一種數(shù)字方式，技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

陣列探針產(chǎn)出剖面測(cè)井儀適用于產(chǎn)出井油(氣)、水兩相流測(cè)量。可同時(shí)測(cè)含水率、流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)，并可組合磁定位、井溫、壓力三參數(shù)及壓差式密度計(jì)形成多參數(shù)組合測(cè)井儀，達(dá)到綜合解釋目的。

1 儀器結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)

1.1 儀器結(jié)構(gòu)［2］

陣列探針產(chǎn)出剖面測(cè)井儀總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。從左至右依次為處理電路、渦輪流量計(jì)、含水傳感器、流體進(jìn)液口、集流傘和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等部分，并可結(jié)合磁定位、井溫、壓力三參數(shù)及壓差式密度計(jì)進(jìn)行組合測(cè)井。

1.2 技術(shù)特點(diǎn):

1)含水測(cè)量范圍寬，準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好。

2)測(cè)井時(shí)效高，含水和流量同步測(cè)量，使用和維修方便。

圖1 陣列探針產(chǎn)出剖面測(cè)井儀示意圖

3)測(cè)井成功率高:采用陣列探針組，可以分別提取各個(gè)探針測(cè)量結(jié)果，局部探針失效仍然可以完成持水率測(cè)試。

2 測(cè)量原理和技術(shù)指標(biāo)

2.1 測(cè)量原理［3］

含水率的測(cè)量依據(jù)是油(氣)、水的電導(dǎo)特性。石油和天然氣電導(dǎo)率通常小于10－9S/m ～10－16S/m，相對(duì)介電常數(shù)約為2.5 ～1.0;地層水的電導(dǎo)率一般為10 S/m ～0.1 S/m，相對(duì)介電常數(shù)約為81.0 ～56.0［4］，測(cè)量流體阻抗來(lái)探測(cè)水，設(shè)置一個(gè)門限值來(lái)區(qū)分油(氣)和水。當(dāng)在水連續(xù)相中的油(氣)泡或在油(氣)連續(xù)相中的水滴接觸到探測(cè)器的電極頭，每個(gè)探測(cè)器就產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制輸出信號(hào)。如果流動(dòng)是非乳狀流且泡的尺寸大于探頭，則可從探頭的二進(jìn)制輸出中得到持水率，持水率是由探頭的導(dǎo)電時(shí)間決定的，其探頭工作原理如圖2 所示。

圖2 陣列探針工作原理

每個(gè)探頭處的局部持水率可用下式計(jì)算:

流量的測(cè)量利用渦輪流量計(jì)采用集流點(diǎn)測(cè)的方式，通過(guò)下式計(jì)算各測(cè)點(diǎn)產(chǎn)液量，再?gòu)纳系较峦ㄟ^(guò)各測(cè)點(diǎn)產(chǎn)液量相減運(yùn)算得到層段的產(chǎn)液量。

式中，Q 為待測(cè)流量，m3/d;K 為渦輪常數(shù)，(m3·d－1)/(r·s－1);F 為渦輪頻率，r/s;q 為啟動(dòng)流量，m3/d。

2.2 技術(shù)指標(biāo)

儀器外徑:φ26 mm

儀器耐溫:150℃

儀器耐壓:50 MPa

含水率測(cè)量范圍:50% ～100%

含水率測(cè)量精度:±5%

流量測(cè)量范圍:1 m3/d ～80 m3/d

流量測(cè)量精度:±3%

3 實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，做出含水率平均圖版，得出儀器各檢測(cè)點(diǎn)含水平均誤差1.33%。圖3 是標(biāo)定的4 支儀器刻度曲線，從標(biāo)定數(shù)據(jù)結(jié)果看儀器一致性優(yōu)良。

從標(biāo)定曲線數(shù)據(jù)分析，儀器在10 m3/d ～80 m3/d 區(qū)間持水率基本上不受流量因素影響，這就避免了在此區(qū)間段上因受流量測(cè)量誤差而影響含水的測(cè)量準(zhǔn)確度;含水大于60%時(shí)，儀器具有較高的測(cè)量精度，隨著含水的升高儀器測(cè)量精度逐漸提高［5］。

圖3 儀器含水刻度圖版

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)分析

4.1 儀器測(cè)井統(tǒng)計(jì)

目前，該儀器在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用1 000 余口井，其中對(duì)在大慶油田采油廠所測(cè)235 口水驅(qū)產(chǎn)出井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，含水在95%以上為86 口，占36.6%;含水在90% ～95%為72口，占30.6%;含水在80% ～90%為54 口，占23.0%;含水在70% ～80%為16 口，占6.8%;含水在70%以下為7 口，占3.0%。

4.2 實(shí)測(cè)含水與井口化驗(yàn)含水對(duì)比

在235 口水驅(qū)井測(cè)量統(tǒng)計(jì)中，其井口化驗(yàn)含水與實(shí)測(cè)含水測(cè)量誤差如圖4 所示。

圖4 不同油井含水率測(cè)量誤差

井口化驗(yàn)含水在95%以上為86 口井，其中82 口井(占95.3%)平均誤差為2.39%;井口化驗(yàn)含水在90%～95%為72 口井，其中67 口井(占93.1%)平均誤差為2.85%;井口化驗(yàn)含水在80% ～90%為54 口井，其中51口井(占94.4%)平均誤差為3.46%;井口化驗(yàn)含水在70% ～80%為16 口井，其中15 口井(占93.8%)平均誤差為4.96%;井口化驗(yàn)含水在40% ～70%為7 口井，其中5 口(占71.4%)平均誤差為4.06%。

4.3 分析結(jié)論

陣列探針產(chǎn)出剖面測(cè)井儀在含水率大于70%的中、高含水水驅(qū)產(chǎn)出井中，有超過(guò)93%的測(cè)量井合層含水率與井口化驗(yàn)含水率相對(duì)誤差小于5%，證明儀器含水率測(cè)量準(zhǔn)確度高，為油井分層含水測(cè)試、措施挖潛、增加采收率提供了翔實(shí)可靠的理論依據(jù)。

5 地質(zhì)應(yīng)用效果

5.1 地質(zhì)及工程應(yīng)用

確定主要產(chǎn)液層和高含水層;確定分層產(chǎn)液量和含水率;評(píng)價(jià)壓裂、堵水、調(diào)剖效果;指導(dǎo)堵水、壓裂等改造措施的選層。

5.2 測(cè)井曲線

圖5 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井軟件持水率和流量實(shí)時(shí)響應(yīng)曲線

圖5 是陣列產(chǎn)出剖面測(cè)井儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，地面系統(tǒng)軟件持水和流量的實(shí)時(shí)響應(yīng)曲線。從圖中可以看出，含水和流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)測(cè)量是同步的，持水率和流量隨抽油機(jī)沖程的變化而周期變化，持水降低流量變大，實(shí)時(shí)反映產(chǎn)液和含水的相互關(guān)系。

5.3 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)例

圖6 是北X－X－PX 井探針測(cè)井解釋成果圖，井口產(chǎn)量36.9 m3/d，實(shí)測(cè)產(chǎn)量39.7 m3/d;化驗(yàn)含水85.5%，實(shí)測(cè)含水88.3%。井溫分別在994 m 和1 011 m 出現(xiàn)異常，正好位于S213－16 層和S32－4 層內(nèi)，產(chǎn)液和含水測(cè)量結(jié)果顯示，在與井溫異常段深度相對(duì)應(yīng)的射孔層段S213－16 層產(chǎn)液19.5 m3/d，占全井產(chǎn)量的49.1%，分層含水92.8%，為特高含水;S32－4 層產(chǎn)液15.1 m3/d，占全井產(chǎn)量的38%，分層含水89.6%，為高含水，該井產(chǎn)液量測(cè)量結(jié)果與井溫曲線變化情況符合。

圖6 北X－X－PX 井測(cè)井解釋成果圖

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果分析，應(yīng)用陣列探針產(chǎn)出剖面測(cè)井儀能夠真實(shí)、準(zhǔn)確地反應(yīng)井下油水分布狀況，流量和含水測(cè)量結(jié)果與井口量油和化驗(yàn)含水有很好的符合率，測(cè)量準(zhǔn)確度高。

6 結(jié) 論

陣列探針產(chǎn)出剖面測(cè)井儀是產(chǎn)出剖面儀器家族的又一新成員，是本領(lǐng)域的一項(xiàng)重大技術(shù)突破，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，工作性能穩(wěn)定，使用和維修方便，可同步測(cè)量含水、流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)，實(shí)時(shí)反映產(chǎn)液和含水的相互關(guān)系，能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)井下產(chǎn)液狀況，通過(guò)模擬井實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，已證明其方法的可行性，該儀器具有含水測(cè)量準(zhǔn)確度高、一致性、重復(fù)性好，測(cè)井時(shí)效、成功率高等特點(diǎn)，儀器適合含水高于50%、水為連續(xù)相、油為泡狀流的產(chǎn)出井兩相流測(cè)試，能夠?yàn)橛吞飫?dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及開(kāi)發(fā)中后期高含水率測(cè)量提供新的技術(shù)手段，具有廣闊的應(yīng)用前景和現(xiàn)實(shí)意義。

［1］回雪峰，吳錫令.油田開(kāi)發(fā)中后期持水率測(cè)井技術(shù)研究與展望［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2004，19(1):61－65.

［2］朱慶軍.電導(dǎo)式陣列探針找水儀研制.2008 年黑龍江省石油學(xué)會(huì)論文集，2008

［3］劉興斌.井下油/水兩相流測(cè)量［D］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士論文，1996

［4］吳錫令，趙 亮，?；⒘?流動(dòng)成像測(cè)井新方法及實(shí)驗(yàn)研究［J］.科學(xué)中國(guó)人，2004，12(12):44－45.

［5］房 乾，朱慶軍，陳 蕾，等.一種新型陣列探針產(chǎn)出剖面測(cè)井儀［J］.石油儀器，2012，26(6):46－48.