秦昊, 戴家才, 秦民君, 裴陽, 王中濤

(1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 四川 成都 610500; 2.中國石油集團(tuán)測井有限公司生產(chǎn)測井中心, 陜西 西安 710077)

0 引 言

持水率作為油井產(chǎn)出剖面評價的一個關(guān)鍵參數(shù),對找準(zhǔn)產(chǎn)水層位、采取措施、提高油氣產(chǎn)量至關(guān)重要[1-2]。在水平井中,由于輕質(zhì)相與重質(zhì)相的重力分離,井下流體的流型非常復(fù)雜,與垂直井中的情形相比有較大差異,常規(guī)持水率測井儀器不適用于水平井。目前水平井中多采用陣列電容持水率計(CAT)和陣列電阻持水率計(RAT)獲取井筒各相流體的持水率[3-9]。在低產(chǎn)水平井測井過程中,多種陣列持水率儀器一次下井,可以得到豐富的持水率測量資料。不同持水率測量儀器的測量原理和響應(yīng)特征不盡相同,選擇合理的持水率測井資料及計算方法對測井資料解釋精度的提高至關(guān)重要。為此,本文結(jié)合長慶油田水平井普遍存在低產(chǎn)量的特點(diǎn),在分析陣列電容持水率計和陣列電阻持水率計測井理論基礎(chǔ)上,利用多相流動模擬實(shí)驗(yàn)裝置開展與井下真實(shí)情況相似的水平井油水兩相流模擬實(shí)驗(yàn)研究。

1 陣列持水率計測量原理

用于油、氣、水三相流持率監(jiān)測的陣列電容持水率計(CAT)由12個裝有微探針的弓形彈簧片組成,12只探針圓周均布于井筒同一橫截面上,形成一個監(jiān)測環(huán)[3-9]。陣列電容持水率計的每個探頭頂部具有微型的電容傳感器,12只微型電容傳感器具有相同的測量原理,利用油、氣與水的相對介電常數(shù)性質(zhì)差異識別流體性質(zhì),每只傳感器都與測量電路連接,輸出與周圍液體介電常數(shù)相關(guān)的頻率信號。氣體相對介電常數(shù)等于1,探針在氣體中測量的電容為低值;水的相對介電常數(shù)約等于80,探針在水中測量的電容為高值;油的相對介電常數(shù)介于氣體與水兩者之間,探針在油中測量的電容介于兩者之間,相對而言更偏向于氣體,從而每個傳感器附近的相態(tài)可以根據(jù)電路的震蕩頻率識別。

陣列電阻持水率計(RAT)用于監(jiān)測油水兩相流中的各相持率,它由12個裝有微電阻傳感器的弓形彈簧片組成,其測量原理與CAT略有不同。陣列電阻持水率計每個微傳感器以10 000個樣點(diǎn)每秒的速度測量探針頂端和電極之間流體的電阻率,12微傳感器圓周均布于井筒同一橫截面上,形成一個監(jiān)測環(huán),每個傳感器能探測流體信息,然后轉(zhuǎn)化為局部流體持率[4-7]。

2 陣列持水率計持水率計算方法

2.1 平均插值法

平均插值法是指將陣列持水率計12只探測傳感器的測量值利用線性插值原理求取每只探測器附近的持水率之后,然后對12只探測器所計算的持水率值進(jìn)行加權(quán)平均,求出井筒持水率值。

陣列電容(電阻)持水率計在實(shí)際測量中,爬行器帶動儀器向下爬行時陣列持水率計無響應(yīng),僅向上提時分別記錄各微型探針的測量值。假定陣列電容(電阻)持水率計響應(yīng)值與持水率呈正比例關(guān)系[2],用線性插值的方法求解每個傳感器附近的持水率Yiw

(1)

(2)

式中,Yw為井筒持水率;Yiw為第i只傳感器的持水率(i=1,2,3,…,12)。

2.2 分層界面法

分層界面法確定相傳感器總橫斷面面積與管子橫斷面面積之比,其理論是各個傳感器對總持相率測量的貢獻(xiàn)隨傳感器相對井筒頂部的位置而變化。

陣列持水率計在測量時可提供方位數(shù)據(jù),確定每個微傳感器的具體方位,因此根據(jù)每只傳感器的測量值判斷傳感器所在區(qū)域的流體性質(zhì)。傳感器全部在水中,則該傳感器理論響應(yīng)歸一化值應(yīng)為1;傳感器全部在油中,其響應(yīng)值應(yīng)該為0。實(shí)際生產(chǎn)中,進(jìn)行油水兩相水平井生產(chǎn)測井的測量時,設(shè)置傳感器響應(yīng)值可能大于等于1,則傳感器所在區(qū)域?yàn)槿畬?傳感器響應(yīng)值小于等于0為全油層。

在低產(chǎn)水平井中,井內(nèi)流體流型多為層流,層狀流包括光滑層流、波狀層流和滾波層狀流3種[11-16]。當(dāng)水平井段流型為光滑層流,若陣列傳感器位置不處于油水層界面處,則陣列傳感器測量值不會出現(xiàn)0～1的情況,只要統(tǒng)計傳感器的測量值和相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的個數(shù),即可知道處于油中的節(jié)點(diǎn)個數(shù)和處于水中的節(jié)點(diǎn)個數(shù),持水率值為水相節(jié)點(diǎn)所占有的面積數(shù)除以井筒橫截面積。當(dāng)測量傳感器位置處于油水層界面處時,井筒持水率計算方法與流型為波狀層流和波狀流時持水率計算方法相同。在油水流型為波狀層流,油相和水相之間光滑的相界面出現(xiàn)波動,波動幅度與流量和持率相關(guān)。在波狀流中,平穩(wěn)流動處陣列傳感器測量值為全水或者全油值,統(tǒng)計傳感器的測量值和相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的個數(shù),即可知處于油中的節(jié)點(diǎn)個數(shù)和處于水中的節(jié)點(diǎn)個數(shù)。在波狀起伏處,陣列傳感器測量值位于0～1之間,統(tǒng)計位于波動處傳感器節(jié)點(diǎn)個數(shù),即可知位于油水波動界面處的傳感器個數(shù),利用線性插值的方法求解每個位于油水波動界面處傳感器的持水率Yiw,再乘以權(quán)重系數(shù),最后加上全水傳感器個數(shù)除以全油傳感器個數(shù)再乘上權(quán)重系數(shù),就是井筒持水率。

井筒持水率Yw為

(3)

式中,Yw為持水率;So為油相占井筒的截面積,m2;S為井筒截面積,m2;n為位于全油中傳感器個數(shù)。

當(dāng)陣列傳感器在油相中的個數(shù)n大于7時,持水率Yw為

(4)

式中,Yw為持水率;Sw為水相占井筒的截面積,m2;S為井筒截面積,m2;n為位于全油中傳感器個數(shù)。

3 持水率計響應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究

3.1 持水率計實(shí)驗(yàn)方案

在多相流動模擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)研究,井筒由透明有機(jī)玻璃制成,模擬井內(nèi)徑為5.5 in*非法定計量單位,1 in=25.4 mm,下同。實(shí)驗(yàn)采用柴油和自來水模擬原油和地層水,實(shí)驗(yàn)儀器組合為扶正器+陣列電容式持水率計(CAT)+中心電容式持水率計+陣列電阻式持水率計(RAT)+扶正器。實(shí)驗(yàn)過程中,實(shí)驗(yàn)儀器串居中測量,陣列電容持水率計和陣列電阻持水率計各自12個微傳感器組成的監(jiān)測環(huán)覆蓋井筒橫截面上所有流體,測量輸出信號為3種持水率計的響應(yīng)值。

進(jìn)行油水兩相實(shí)驗(yàn)時,將模擬井筒設(shè)定為0°井斜角,流量分別設(shè)置為3、10 m3/d和20 m3/d,含水分別設(shè)置為0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%。實(shí)驗(yàn)中持率計定點(diǎn)測量,記錄中心持水率計、陣列電容持水率計和陣列電阻持水率計12只探測傳感器的響應(yīng)值。每一個測點(diǎn)完成后,然后瞬間關(guān)閉流管進(jìn)出口,將井筒垂直,測量井筒中水柱油柱高度。

3.2 陣列持水率計響應(yīng)特征

在極低流量下,陣列電容持水率計的測井響應(yīng)值隨含水率增加而線性減小。隨流量的增加,流體流型從光滑界面層流向界面紊亂波狀層流轉(zhuǎn)變,其測井響應(yīng)受油水流型變化影響嚴(yán)重,在低流量時,其當(dāng)含水率大于40%時,電容陣列持水率計對油水的分辨能力顯著降低。陣列電阻持水率計的測井響應(yīng)值也隨著含水率增加線性減小,但陣列電阻持水率計不受流體流量和流型的影響,并且隨流量的增大,響應(yīng)值一致性加強(qiáng)。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論及分析

在0°井斜的情況下,設(shè)定極低流量3 m3/d、中低流量10 m3/d和低流量20 m3/d這3種液流量進(jìn)行實(shí)驗(yàn),記錄3種持水率計的響應(yīng)。根據(jù)3種持水率計(CAT、RAT和中心持水率計)響應(yīng)值、實(shí)驗(yàn)所設(shè)定的液流量、含水值作出0°井斜下,關(guān)井持率、含水率和3種持水率儀器所測定的持水率響應(yīng)關(guān)系圖。

圖1 0°井斜角,流量3 m3/d,持水率計響應(yīng)計算值與含水率值關(guān)系圖

圖2 0°井斜角,流量10 m3/d,持水率計響應(yīng)計算值與含水率值關(guān)系圖

圖3 0°井斜角,流量20 m3/d,持水率計響應(yīng)計算值與含水率值關(guān)系圖

圖1、圖2和圖3分別是流量為3、10 m3/d和20 m3/d時,持水率計響應(yīng)計算值與含水率值關(guān)系圖。其中,RAT平均代表陣列電阻持水率計測井資料利用平均插值法計算的持水率;CAT平均代表陣列電容持水率計測井資料用平均插值法計算的持水率;中心電容代表中心電容持水率計測井資料計算的持水率;RAT分層代表陣列電阻持水率計根據(jù)分層界面法計算的持水率;CAT分層代表陣列電容持水率計根據(jù)分層界面法計算的持水率;關(guān)井持率代表模擬井筒瞬時關(guān)閉的持水率值。

圖4 極低流量界面光滑層流中CAT和RAT每只傳感器測量計算值與含水率的關(guān)系圖及實(shí)驗(yàn)流型圖

圖1表明,極低流量時,與中心電容持水率計相比,2種陣列持水率計測井資料計算的持率更接近關(guān)井持率值。因?yàn)樵跇O低流量水平管油水兩相流中普遍存層流,有較為清晰的油水界面。隨著含水率的變化,常規(guī)居中測量的儀器將只浸沒于油相或水相中,中心電容計測量計算的持率值出現(xiàn)片面性,導(dǎo)致不能真實(shí)反映井中流體的分布情況;與RAT測量數(shù)據(jù)計算的持水率值相比,CAT測量數(shù)據(jù)計算的持率值更接近關(guān)井持率,并且分層界面法計算的持水率結(jié)果更加優(yōu)于平均計算方法;對比陣列儀器測量數(shù)據(jù)所采用的2種持水率計算方法計算的持水率值,分層界面法所計算的持水率結(jié)果更加接近實(shí)際的關(guān)井持率。

從圖2和圖3可以看出,陣列電容持水率計受流量和含水率影響較大。隨流量和含水率的增加,采用陣列電阻持水率計測井?dāng)?shù)據(jù)計算的持率結(jié)果更接近關(guān)井持率值。因?yàn)殡S流量的增加,井筒內(nèi)流體流型從平穩(wěn)的層狀流逐漸轉(zhuǎn)化為波狀層流,并隨含水率的改變,波狀起伏的幅度也在改變。當(dāng)井筒流量較低時,井筒內(nèi)各相流體相對較為穩(wěn)定,層界面穩(wěn)定,此時,CAT能夠較好地反映各相持率;當(dāng)井筒流量較高時,井筒內(nèi)流體流動較為復(fù)雜,可能出現(xiàn)油包水、水包油等現(xiàn)象,此時CAT測量資料失真,持水率計算結(jié)果與關(guān)井持率有較大偏差,并且流量越高,偏差越大。

3.4 陣列傳感器測量值與流型

實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),可根據(jù)陣列儀器每個微傳感器測量值定性判斷井筒流體流型。根據(jù)流體流動及儀器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),在同一含水率條件下測量,當(dāng)井筒流體流型是界面光滑的層狀流時,陣列持水率計傳感器節(jié)點(diǎn)未處于油水分界面,則每只傳感器將完全處于單相油或者單相水中,陣列持水率計測量值等于在油或水的刻度值;若陣列持水率計傳感器節(jié)點(diǎn)處于油水分界面處時,最多將有2個傳感器節(jié)點(diǎn)位于油水分界面處,此時將有10～11只傳感器將完全處于單相油或者單相水中,因此,陣列儀器12只微探頭的測量值中最多有2只傳感器的測量值位于油水刻度值之間(見圖4)。

當(dāng)井筒內(nèi)流體總流量逐漸增大,油水界面間將產(chǎn)生波動,形成界面混雜波狀分層流,此時位于全水相和全油相中的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目減少,測量值處于油、水刻度值之間的傳感器節(jié)點(diǎn)個數(shù)增多。因?yàn)楫?dāng)流量增大時,隨著油流量逐漸增加,含水率逐漸降低時,因水量少,水沒有形成單獨(dú)一層,頂部為單相油,底部為水包油,形成上層油下層水包油;油流量進(jìn)一步增加時,油變?yōu)檫B續(xù)相,水分散在油中,形成油包水;類似,當(dāng)水流量逐漸增加,含水率逐漸增加時,將依次形成上層水包油下層水、水包油。因此,流量越大,波狀起伏幅度越大,處于油、水刻度值之間的傳感器節(jié)點(diǎn)個數(shù)越多[見圖5(a)和5(b)]。圖5(a)是中低流量下,波狀層流中CAT和RAT每只傳感器測量計算值與含水率的關(guān)系圖;圖5(b)是低流量下,界面紊亂層流中CAT和RAT每只傳感器測量計算值與含水率的關(guān)系圖。對比發(fā)現(xiàn),隨流量的增加,圖5(b)中處于油、水刻度值之間的傳感器節(jié)點(diǎn)個數(shù)多于圖5(a)中處于油、水刻度值之間的傳感器節(jié)點(diǎn)個數(shù),同時明顯可觀察到,圖5(b)中流體分層界面比圖5(a)更加紊亂,流體流型更加復(fù)雜。

圖5 波層狀流中CAT和RAT每只傳感器測量計算值與含水率的關(guān)系圖及實(shí)驗(yàn)流型圖

4 結(jié) 論

(1) 低產(chǎn)水平井中采用陣列持水率計測井資料計算的持率結(jié)果準(zhǔn)確性高,并且隨液流量和含水率的增加,與陣列電容持水率計相比,陣列電阻持水率計測量資料計算的持水率值可信度更高。

(2) 低產(chǎn)水平井中,不同的液流量下的測井資料計算持率的方法不盡相同。極低流量下,利用分層界面法計算的持率準(zhǔn)確度高;低流量下,應(yīng)采用平均插值法計算持率。

(3) 低產(chǎn)水平井中,根據(jù)陣列持水率計12只探測傳感器的測量值與其在油水中的刻度值之間的關(guān)系可定性判斷井筒流型。根據(jù)判定結(jié)果,可為低產(chǎn)水平井產(chǎn)出剖面測井資料處理及解釋方法的選擇提供參考。

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宮腔粘連的預(yù)后與粘連嚴(yán)重程度有著密切的關(guān)系，輕度宮腔粘連如能及早治療，絕大多數(shù)患者宮腔形態(tài)及內(nèi)膜功能可以恢復(fù)，預(yù)后好，反之，隨著組織纖維化發(fā)展，疾病進(jìn)展為中重度宮腔粘連，導(dǎo)致預(yù)后差[7]。由此可見，及早診斷、合理分級、及時治療宮腔粘連對于患者的預(yù)后具有重要的臨床意義。宮腔鏡下粘連分解術(shù)是目前公認(rèn)的宮腔粘連的主要治療手段，對于輕度宮腔粘連疏松的膜狀粘連，宮腔鏡外鞘可以完全分離粘連；對于中重度宮腔粘連的致密粘連，手術(shù)難度較大，子宮穿孔及出血等風(fēng)險增加，手術(shù)時間延長，手術(shù)成功率低[8]。因此在臨床上，如何及早診斷宮腔粘連并進(jìn)行分度對疾病的治療具有積極的臨床意義。

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