( 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

油田水平井逐年增加，測(cè)井需求加大，含水率測(cè)量是水平井生產(chǎn)測(cè)井中重要的環(huán)節(jié)。適應(yīng)油田開(kāi)發(fā)中后期復(fù)雜條件下的含水率測(cè)井技術(shù)應(yīng)具有適合高含水條件的特點(diǎn)，應(yīng)用較為成功的是利用電學(xué)測(cè)量含水率[1]。斯倫貝謝公司推出的流體剖面數(shù)字圖像分析儀(DEFT)、康普樂(lè)公司推出的流體剖面分析儀(FPT)都是基于采用電導(dǎo)探針構(gòu)成陣列測(cè)量探頭,利用油氣與水的導(dǎo)電特性差異辨識(shí)井內(nèi)流體[2]。這些技術(shù)均適用于國(guó)外中高產(chǎn)液剖面的測(cè)量。大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司自主開(kāi)發(fā)了適用于國(guó)內(nèi)中低產(chǎn)液的基于陣列電導(dǎo)探針的水平井油水兩相流成像測(cè)井技術(shù)[3],基于電導(dǎo)原理，通過(guò)多個(gè)探針對(duì)水平井油水界面的判斷，具有全井眼測(cè)量,適用流量范圍廣等特點(diǎn)，為水平井含水率測(cè)量提供了新的方法。通過(guò)模擬井及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該儀器能夠滿足水平井測(cè)井需求。

1　儀器工作原理與設(shè)計(jì)

1.1　含水率測(cè)量原理

水平井的含水率通常是指體積含水率，定義在一定長(zhǎng)度的井筒內(nèi)，是水相體積占流體總體積的百分比[4,5]。受重力作用的影響，當(dāng)水平井產(chǎn)液量較低時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)明顯的分層流動(dòng)現(xiàn)象，水平井油水分層流動(dòng)示意圖如圖1所示。

圖1　水平井油水分層流動(dòng)示意圖

在中低產(chǎn)液的水平井中油水兩相流分層流動(dòng)，利用油和水的導(dǎo)電率不同，當(dāng)它們流經(jīng)電導(dǎo)探針時(shí)根據(jù)探針的不同狀態(tài)，就可以判斷出傳感器是位于油中還是位于水中。

分層流條件下，水相在測(cè)量截面上的投影與截面面積的比值即為含水率Hw，含水率Hw與油水界面高度h之間的關(guān)系為：

(1)

式中，h為油水界面高度；r為油井套管的內(nèi)半徑，一般為62.5 mm。

通常情況下，認(rèn)為水平管段足夠長(zhǎng)，有限體積的測(cè)井儀器對(duì)油水界面高度的影響微不足道，可以忽略不計(jì)。因此，只要準(zhǔn)確獲得測(cè)量截面上的油水界面高度，便可以通過(guò)式(1)計(jì)算出整個(gè)測(cè)量井段的含水率。含水率和油水界面高度之間的幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2　含水率和油水界面高度之間的幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系

1.2　儀器及相關(guān)軟件設(shè)計(jì)

陣列探針成像儀器由電路筒、支撐軸、支撐臂和電導(dǎo)探針傳感器等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中支撐軸是整個(gè)儀器的中心軸，是整個(gè)儀器的主體，所有支撐臂和電導(dǎo)探針都是圍繞著這個(gè)中心軸進(jìn)行設(shè)計(jì)和排列的；支撐臂類似于彈簧臂，依靠一端的彈簧結(jié)構(gòu)控制支撐臂的收縮與撐開(kāi)，無(wú)需外力作用，撐開(kāi)時(shí)可以緊貼管道內(nèi)壁。

儀器通過(guò)均勻分布的24個(gè)探針對(duì)油水界面進(jìn)行判斷，用‘0’、‘1’來(lái)代表探針在水和油中的狀態(tài)，再通過(guò)曼徹斯特編碼方式將探針的工作狀態(tài)進(jìn)行上傳。地面軟件接收儀器的數(shù)據(jù)后，進(jìn)行擬合處理，對(duì)油水界面的圖像進(jìn)行重建及計(jì)算含水率。

圖3　陣列電導(dǎo)探針成像儀結(jié)構(gòu)示意圖

水平井油水兩相流成像圖像重建軟件如圖4所示。軟件界面的左面顯示儀器上傳的數(shù)據(jù)信息，顯示探針工作的個(gè)數(shù)，軟件界面的右面是根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬成像及含水率的變化。

圖4　圖像重建軟件界面

2　模擬井動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)

模擬井動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)在大慶油田測(cè)井試井檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中心多相流實(shí)驗(yàn)室水平模擬井中進(jìn)行，模擬實(shí)驗(yàn)在常溫、常壓下完成。實(shí)驗(yàn)采用的流體介質(zhì)是柴油和自來(lái)水(柴油密度為0.826 3 g/cm3，自來(lái)水密度為0.988 4 g/cm3)[7]。

利用成像圖像重建軟件計(jì)算得到的測(cè)量含水率與標(biāo)準(zhǔn)配比含水率的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1測(cè)量含水率與配比含水率對(duì)比

標(biāo)準(zhǔn)配比含水率/%成像測(cè)量含水率/%滿量程誤差/%510．335．331517．732．732522．782．223537．482．484545．390．395554．610．396562．532．477571．593．418588．673．679594．110．89

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：儀器在0～100%含水率范圍內(nèi)具有較高的分辨率，測(cè)量分辨率優(yōu)于10%，最大測(cè)量誤差在6%以內(nèi)。

3　水平井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1　試驗(yàn)井及測(cè)井工藝

測(cè)試的水平井完井深度為2 040 m，射孔井段數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2　射孔數(shù)據(jù)

試驗(yàn)水平井井眼軌跡圖如圖5所示。

使用Sondex牽引器輸送測(cè)井儀器[8]：牽引器與測(cè)井電纜連接，在其下端連接測(cè)井儀器，垂直井段靠?jī)x器自然重力下放，儀器遇阻以后，通過(guò)測(cè)井電纜供電來(lái)控制牽引器開(kāi)始工作，由牽引器提供動(dòng)力將儀器推送到水平目的段，然后通過(guò)地面控制斷開(kāi)牽引器電源，為儀器供電，靠測(cè)井電纜上提儀器進(jìn)行測(cè)井。測(cè)井工藝示意圖如圖6所示。

圖6　測(cè)井工藝示意圖

3.2　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

在靜態(tài)測(cè)量過(guò)程中，各個(gè)測(cè)量點(diǎn)處成像儀器顯示含水率均為100%，這種情況是符合井下環(huán)境的。靜態(tài)測(cè)量完畢后，測(cè)量一條全井的含水率數(shù)據(jù)，測(cè)井原始曲線如圖7所示，發(fā)現(xiàn)在1 620～1 655 m處儀器響應(yīng)明顯，表明儀器工作正常。

通過(guò)軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理，測(cè)得含水率為85%。1 620～165 5 m測(cè)井井段測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)成像圖如圖8所示，參考井眼軌跡圖，可以看出在1 620～1 655 m處，井眼軌跡為上弧形，這種結(jié)構(gòu)容易在弧形的頂端聚集部分油相。

圖7　測(cè)井原始曲線

圖8　1 620～1 655 m測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)成像圖

儀器預(yù)置4 d后，進(jìn)行水平井的產(chǎn)出測(cè)試，測(cè)井曲線如圖9所示。為方便觀察，選取曲線的頂部和底部。

在產(chǎn)出測(cè)試過(guò)程中，在1 655 m處遇阻。在1 655 m以上測(cè)量了一段連續(xù)測(cè)量曲線，數(shù)據(jù)顯示在1 655～1 500 m處含水率為100%，即前2個(gè)射孔層段無(wú)油產(chǎn)出。

4　結(jié)束語(yǔ)

水平井油水兩相流成像測(cè)井儀在測(cè)井過(guò)程中，不受溫度、壓力、礦化度等條件影響，測(cè)量含水率范圍廣、適用性高。通過(guò)模擬井動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，陣列探針電導(dǎo)成像儀能夠有效地分辨出油水界面，成像軟件計(jì)算含水率比較準(zhǔn)確，含水率測(cè)量分辨率優(yōu)于10%，這種儀器的廣泛應(yīng)用將改變水平井含水率測(cè)量困難的現(xiàn)狀。

圖9　水平井產(chǎn)出測(cè)試

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