劉春輝 王成榮 李 勝 徐 銳

(中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司吐哈事業(yè)部 新疆 哈密 839009)

0 引 言

吐哈油田以水驅(qū)油方式對(duì)吐哈區(qū)塊進(jìn)行高效、快速的注水開發(fā)，目前已進(jìn)入產(chǎn)量遞減大、高含水開發(fā)階段。由于大量注入水注入吐哈油田的主產(chǎn)油層，導(dǎo)致主產(chǎn)油層水淹程度不斷加劇，對(duì)油田產(chǎn)量貢獻(xiàn)權(quán)重不斷減小，因此，提高非主產(chǎn)層產(chǎn)量成為吐哈油田穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的關(guān)鍵。非主產(chǎn)層以低孔、低滲為主要特征，客觀上導(dǎo)致產(chǎn)層產(chǎn)液量小、含水高的特點(diǎn)。為了能夠更加精細(xì)地描述油藏、指導(dǎo)油藏調(diào)配，需要準(zhǔn)確地解釋產(chǎn)層產(chǎn)狀。集流渦輪流量計(jì)存在非均衡及非線性的特征，集流后過流通道內(nèi)油、氣、水三相間滑脫效應(yīng)及流態(tài)變化復(fù)雜，從理論上難以建立集流油、氣、水三相流渦輪流量計(jì)測(cè)量物理模型;應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法能夠方便地獲取多相流流動(dòng)參量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果［1、2］。通常，當(dāng)產(chǎn)量高于20 m3/d 時(shí)，集流式渦輪流量計(jì)受含水率影響較小，流量與標(biāo)定值呈線性關(guān)系;當(dāng)流量低于20 m3/d 時(shí)，含水率對(duì)集流式渦輪流量計(jì)影響變大。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在處理產(chǎn)水率、持水率和產(chǎn)量關(guān)系時(shí)具有很大的優(yōu)勢(shì)，將兩者結(jié)合能夠提高測(cè)井解釋精度。

1 環(huán)空測(cè)井儀油、水兩相標(biāo)定實(shí)驗(yàn)

1.1 標(biāo)定裝置

標(biāo)定裝置包括:動(dòng)力系統(tǒng)、穩(wěn)壓系統(tǒng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、測(cè)試圓筒(高9 m，內(nèi)徑126 mm，透明有機(jī)玻璃)、分離系統(tǒng)等。

1.2 標(biāo)定介質(zhì)

實(shí)驗(yàn)標(biāo)定采用的介質(zhì)為柴油和水;水的密度為1.0 g/cm3(20℃);柴油的密度為0.86 g/cm3(20℃);油水表面張力為16.15 mN/m(24℃)。

1.3 測(cè)試儀器

江漢21 mm 環(huán)空測(cè)井儀0801 系列集流流量計(jì)-持水率計(jì)組合儀。輸出信號(hào):流量計(jì)響應(yīng)值、持水率計(jì)響應(yīng)值等。

1.4 標(biāo)定過程

采用依次固定總流量，逐步增加含水率方法進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的測(cè)量和觀察;標(biāo)定流量分別為4 m3/d、7 m3/d、10 m3/d、15 m3/d、20 m3/d、25 m3/d、30 m3/d，標(biāo)定含水率由1.0 以0.1 步長逐漸遞減至0。

1.5 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(0801 系列)

表1 為0801 系統(tǒng)渦輪流量計(jì)油水兩相流標(biāo)定數(shù)據(jù)。

表1 0801 系列渦輪流量計(jì)油水兩相流標(biāo)定數(shù)據(jù)表

2 集流渦輪流量計(jì)響應(yīng)統(tǒng)計(jì)模型

渦輪流量計(jì)響應(yīng)不僅與產(chǎn)量、含水率關(guān)系密切，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)建立如下模型［2、3］。

式中，A、B、C 與含水率Cw有關(guān);Qf為日產(chǎn)液量，m3/d;RPS 為渦輪流量計(jì)轉(zhuǎn)速，RPS。

采用有限窮舉法結(jié)合最小二乘法原則，計(jì)算公式(3)最優(yōu)解:

1)變量C 范圍不超過±5，在［-5，5］之間以△C =0.01 為步長，計(jì)算參數(shù)A、B 的最優(yōu)解;

2)根據(jù)上述計(jì)算的參數(shù)A、B、C 值采用公式(2)估算Qf';

3)尋找|(Qf' -Qf)/Qf|的最小值對(duì)應(yīng)的參數(shù)A、B、C，并以此作為最終的最優(yōu)解，見表2。

高含水率(Cw≥0.3)階段，參數(shù)A、B、C 與含水率Cw具有較好的二次項(xiàng)擬合關(guān)系［2、4］，如圖1 所示。

表2 0801 系列渦輪流量計(jì)實(shí)驗(yàn)計(jì)算不同含水率下的參數(shù)A、B、C

圖1 0801 系列渦輪流量計(jì)參數(shù)A、B、C 擬合結(jié)果

環(huán)空渦輪流量計(jì)與流速、含水率有關(guān)［3、5］，隨著流體速度降低，渦輪流量計(jì)受含水率影響變大，在低流量階段需考慮這種影響帶來的影響，計(jì)算精度見表3。

3 產(chǎn)水率與產(chǎn)量、電容式持水率關(guān)系模型

3.1 電容持水率、產(chǎn)量以及產(chǎn)水率三者試驗(yàn)數(shù)據(jù)

電容式持水率不能夠準(zhǔn)確測(cè)量出真實(shí)持水率［6］，通過三相流標(biāo)定裝置我們能夠獲得產(chǎn)水率、產(chǎn)量以及電容 式持水率的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表4。

表3 應(yīng)用統(tǒng)計(jì)模型對(duì)0801 系列流量標(biāo)定數(shù)據(jù)計(jì)算各刻度點(diǎn)流量值(Cw≥0.3)

表4 0801 系列電容式持水率標(biāo)定數(shù)據(jù)表

對(duì)電容式持水率歸一化處理:

式中，Yw為持水率;Eo為持水率全油計(jì)數(shù);Er為持水率測(cè)量段計(jì)數(shù);Ew為持水率全水計(jì)數(shù)。

3.2 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模［7］

當(dāng)常規(guī)方法解決不了或效果不佳，尤其對(duì)問題的機(jī)理不甚了解，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)往往是最有利的工具，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

輸入變量:產(chǎn)量Qf以及由式(4)計(jì)算的Yw;輸出:產(chǎn)水率;采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):

隱層轉(zhuǎn)移函數(shù)為對(duì)數(shù)S 型傳輸函數(shù)，輸出層為線性傳輸函數(shù);隱層神經(jīng)元個(gè)數(shù)15，迭代次數(shù)20000，迭代精度0.0002，模型參數(shù)見表5，擬合精度見表6。

表5 訓(xùn)練BP 網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù)

4 環(huán)空產(chǎn)出剖面解釋流程

用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算產(chǎn)水率不能夠獲得產(chǎn)水率解析解，采用迭代方式進(jìn)行求解，步驟如下:

表6 應(yīng)用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合不同產(chǎn)量、持水率對(duì)應(yīng)的產(chǎn)水率

(1)初始化Cw;

(2)Qf=C+e(In(RPS)-In(A))/B;

(3)應(yīng)用BP 網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)計(jì)算Qf以及歸一化持水率，計(jì)算產(chǎn)水率C'w;

(4)|Cw-C'w|≤ε 是否成立?若成立退出，否則Cw=C'w返回(2)。

5 結(jié)束語

當(dāng)產(chǎn)量較小時(shí)，環(huán)空渦輪流量計(jì)受流體性質(zhì)影響突出，本文對(duì)多相流標(biāo)定數(shù)據(jù)的分析證明了有關(guān)文獻(xiàn)論述［1、2］;在實(shí)際測(cè)井解釋時(shí)，需要考慮這種影響。通過多相流標(biāo)定數(shù)據(jù)，能建立更加實(shí)際的高含水階段渦輪解釋模型;通過應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠簡化產(chǎn)水率、持水率和產(chǎn)量的關(guān)系。

［1］王立新，陳漢林，侯文靜，等.集流式流量含水率組合測(cè)井儀生產(chǎn)測(cè)井資料解釋方法研究［J］. 江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，24(3):28 -29.

［2］金寧德，周勇桂，王微微，等.傘集流油氣水三相流渦輪流量計(jì)模型研究［J］.測(cè)井技術(shù)，2007，31(1):4 -9.

［3］汪中浩，吳錫令，張淑芝.垂直井兩相流動(dòng)生產(chǎn)測(cè)井解釋滑動(dòng)模型［J］.石油物探，2003，42(2):276 -278.

［4］李維國，黃炳家，同登科，等.數(shù)值計(jì)算方法［M］.石油大學(xué)出版社，2004:25 -75.

［5］郭海敏. 生產(chǎn)測(cè)井導(dǎo)論［M］. 石油工業(yè)出版社，2003:119-121.

［6］莊海軍，吳世旗，彭玉輝.流型對(duì)電容含水率計(jì)響應(yīng)的影響［J］.測(cè)井技術(shù)，1997，21(6):409 -412.

［7］張良均，曹 晶，蔣世忠.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)用教程［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2008:89 -116.