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生产管理知识-水平井生产测井技术培训教材(PPT 61页)

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水平井生产测井技术教材PPT 水平井生产测井技 术 水平井生产测井技术 水平井生产测井
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水平井钻井的主要目的是提高原油的采收率或者 是降低油田开发成本,有的地方是为了避开地面重要建 筑物。水平井与垂直井的主要区别是井筒中的流型发生 了较大变化,另外由于井眼的倾斜导致下井方式、测井 手段及测井方法都相应发生了很大变化,本章主要描述 水平井的完井方式、水平井流型、仪器响应及资料处理 方法。 第七章 水平井生产测井技术 水平井钻井的目的是尽可能多的钻穿油 层,提高油井单井产量或注入量,从而获得更 高的采收率。 一般情况下,水平井平行于油藏层面。 但对大倾角油层和垂直裂缝的油层来说,水平 井要横穿这些油层。 第一节第一节 水平井完井技术水平井完井技术 图7-1 垂直层面直井与平 行层面水平井示意图 图7-2 垂直油藏层面的水平井 水平井完井方式通常采用下套管注水泥射孔完 井、裸眼井完井或割缝衬管完井,完井方式主要取 决于油藏物性和该地区的实际经验。水平井主要适 用于以下情况: 1、在近海地区、边远地区及环境敏感的区域 ,钻水平井既可以提高产量也可以节约钻井费用。 2、提高采收率,特别是在热采提高采收率开 采时,水平井段可与油藏大面积接触,因此注汽井 可提高采收率。 3、水平井可用于低渗气田开采,也可用于高 渗气藏开采。 一、水平井应 用 水平井的形成可分为两类:一是从地面新 钻的井,通常水平井段长度为300~1300米长; 另一类井为侧钻井,是从现有的井,横向侧钻出 来,长度为30~210米。 水平井和侧钻井技术可分为四类,主要取 决于曲率半径,曲率半径即由直井过渡到水平井 的半径。 二、水平井的几个概 念 半径为1~2ft,造斜角为45°~60°/ft。侧钻水 平距离为7~10ft长。在同一深度上,可以钻几口井向 外辐射出去,井径为2ft左右。 曲率半径为20~40ft,造斜角为2°~5°/ft。水平 段既可从套管中侧钻出去,也可在裸眼井中直接钻出 去,水平井段长度可达1000ft。 1.超短曲率水平井 2.短曲率水平井 半径300~800ft,造斜角为6°~20°/100ft。此方 法是钻水平井的主要方法,水平井段长度可达2000~ 4000ft。通常用裸眼、割缝衬管或衬管加管外封隔器完 井,有时也用水泥固井射孔方法完井。 曲率半径为1000~3000ft,造斜角为2°~ 60°/100ft。这一钻井方法所形成的水平距离可达4000ft 以上。 3.中曲率半径水平井 4.长曲率半径水平井 图7-3 不同的钻井技术示意图 c—中等曲率(R=300~ 800ft,L=100~4000ft) ; d—长曲率(R1000ft, L=1000~4000ft) a—超短曲率(R=1~2ft,L=100~200ft); b—短曲率(R=20~40ft,L=100~800ft); 5.不同的钻井技术示意图 在致密岩石地层中,可采用裸眼方式完井, 裸眼完井的缺点是不能实施增产措施,难于控制注 入量和产量。 割缝衬管完井的主要做法是在水平井段下入割 缝衬管以防止井眼坍塌,通常使用的三种衬管是穿 孔衬管、割缝衬管和砾石充填衬管。割缝衬管的主 要缺点是难以进行有效的增产措施。 衬管及分段隔开放式完井是将衬管与管外封隔 器一起下,将长平段分割成若干段,此方法将提供 有限的分隔段。这样可沿着井段进行增产措施和生 产控制。这一方式完井可以进行增产措施。 三、水平井完井技 术 图7-3a 水平井完井技术示意图 对于致密的地层,可以考虑裸眼办法完井,如对 于致密的石灰岩地层可以应用裸眼方法完井。 用短曲率半径钻成的井可采用裸眼或采用割缝衬 管完井。对于采用中长曲率半径的水平井,既可采用裸 眼办法,又可采用割缝衬管或水泥射孔完井。 为了减少钻井时的地层伤害,可以采用负压钻井 。同时也可以用一些特殊的泥浆,如低固相或无固相的 聚合物泥浆。 四、完井的几个问 题 1.地层的岩性 3.钻井液 2.钻井方法 在水平井和斜井中,由于轻质相与重质相的 分离,流型与垂直井中有较大差异. 水的表观速度较低时(小于0.1英尺/秒), 为均质泡状流动。随着油相表观速度的增加,油泡 开始聚集形成大油泡流动(段塞流),最后形成雾 状流。 第二节第二节 水平井中的流型水平井中的流型 图8-4 18.0厘泊,比重0.834的油与水在0.806英寸管道中的流型 1.油水两相流形图 图8-4a 空气-水混合物在1.026英寸管道中的流型 2.气水两相流形图 在水相流动较低的情况下,流型分为四种:层状流, 波纹层状流,波状流和环雾流,流型的过渡是随着气的流量 增大依次转变的。 层状流中,气体的流量很低,占居了管子的上半部, 气水界面光滑;随着气体的增加,气水界面上产生了波纹, 这就形成了波纹界面层状流;随着气体流量的进一步增加, 气水界面产生了大的波动,这就是波状流;气体流量继续增 大时,气体在中间,套管壁上为液膜,这就是环状流,同时 中间的气体含有雾状水滴,这就是雾状流。 3. 水相流动较低时四种流 型 在水相流量中等的情况下,此时,气体流速较低 ,不连续的变形气泡浮在管子上部,气体流速增加时, 这些气泡聚集形成气体段塞,称为段塞状流动,这一流 型是从泡状流向环雾状流型过度的一种流型。 气体的流量进一步增加时最后形成环雾状流动, 泡状和段塞状流动中,气液之间存在着较大的滑脱速度 ,环雾状流动中,气体和雾滴的流速近似相等。 4. 水相流动中等时的流 型 水平井中的流型分 为三种流动: (1)分相流; (2)间断流; (3)均布流。 分相流包括层状流 、波状流和环状流; 间断 流包括段塞流和段状流; 均布流包括泡状流和雾状 流。 图7-5 水平管道中的流型 5. 水平井中流型的分 类 当气体的流量较小时,气体和水分层流动,气 体在上半部,水在下半部,界面为平面接触。随着气相 流量的逐渐增加,气体使水面形成波动;气体流量进一 步增加形成段塞流和段状流;之后随着气体流量的进一 步增加,依次形成泡状流、环状流和雾状流。同一口井 中不可能同时出现上述各类流型,具体情况取决于气和 水的流量。 6.各流型出现的条 件 利用实验模型进行水平井流型实验,观察相应流体 的流型并测量持水率,各参数的变化范围为: (1) 气体流量,0~300MSCF/d; (2) 水的流量,0~30gal/min; (3) 平均系统压力,35~95Psi; (4) 管子直径,1英寸和1.5英寸; (5) 持水率,0~0.87; (6) 压力梯度,0~0.8Psi/ft; (7) 倾斜度,-90°~90°; ( 8 ) 水平流型。 一、流型实验及流型 图 1.流型实验 图7-7 水平管中的流型图 图7-8 归一化两相流摩阻系数 图7-6 持液率与管子倾斜度的关系 流动类型的范围为: (1) 分相流 0.01及NFRL1或 ≥0.01及NFRL2 (2) 过度流 ≥0.01和L2≤NFR≤L3 (3) 间断流 0.01 ≤ ≤ 0.4和 L3 <NFR≤L1 或 ≥0. 4和 L3 <NFR≤L4 (4) 均布流 <0. 4和NFR ≥ L1 或 ≥0. 4和NFR > L4 2.流型边界确定 (7-1) (7-2) (7-3) (7-4) (7-5) (7-6) (7-7)(7-8) (7-9)(7-10) 1.计算 和 NFR需要的参 数 Qg—气体流量(bbl/d);Ql—液体流量(bbl/d); Vsg—表观气体速度,ft/s; Vsl—表观液体速度,ft/s; NFR—费劳德数,无因次; NLV—液体速度,无因次; —含液率,无因次; Li—流型范围,无因次; D—管子内径,英寸; g —重力常数,32.2ft/s2 ; —液体密度,1b/ft3; —液体表面引力,达因/厘米 。 2. 各参数的意 义 从水平位置开始,角度为 的持液率等于水平 管子的持液率乘以校正管子倾斜角度的因数y: 首先根据下列公式求出HL(0): 根据适当的水平流动类型,从参数表7-1中 得出的参数a、b和c的值。 (7-11) (7-12) 二、持液率(持水率)HL的确 定 表8-1参数a、b和c的值 水平流动类型abc 分相流 间断流 均布流 0.98 0.845 1.065 0.4846 0.5351 0.5824 0.0868 0.0173 0.0609 如果HL(0)< , 则令HL(0)= ;反之使用式 (8-12)中计算出的 HL(0)的值。 二、持液率(持水率)HL的确 定 校正系数可以根据下列公式计算: 对于垂直井的流动y=1+0.3c , (7-13) (7-14) 1. 校正系数的计 算 下表给出了不同流型和流动方向的情况下式(7-14) 中d、e、f和g的取值方法。 水平流动类 d e f g 分相流 向上 0.011 –3.768 3.539 – 1.614 间断流 向上 2.96 0.305 –0.4473 0.0978 均布流 向上 无校正 c=0 全部流体 向下 4.70 0.1244 –0.3692 – 0.5056 流动类型 表8-2 2. 不同情况下参数的取 值 两相流体间的摩擦系数ftp是用无滑动摩擦系数fn 与校正因数es相乘得出来的:s值与 及 相关。 (1)计算fn 式中 —井内条件下的液体密度,1b/ft3 —井内条件下的气体密度,1b/ft3 (7-15) (7-16) (7-17) 三、摩擦系数的确 定 式中 —井内条件下的液体粘度,cp; —井内条件下的气体粘度,cp; 式中, 和 分别是无滑动混合密度和混合粘度 。NRen是无滑动雷诺数。D是单位为英寸的管子内 径。NRen求出后,可利用下式求出fn值: (7-18) (7-19) (2)计算校正因 素es 其中, (7-20) (7-21) (7-22) (3)计算压力降 落 式中 gc —32.2ft · 1bm/(1bf·s2) g —当地重力加速度,ft/s2 (7-23) (7-24) (7-25) 由于水平井中油气水呈层状分离流动,故流 量计、持水率计的响应结果具有一定的纵向偏面性 ,由于涡轮和持水率计暴露在油中,因此所测信号 主要反映油的流量及油的电容响应,而很少反映另 一相水的流动及含量。 对于高含水率情况,涡轮和持水率计主要暴 露在下部的水中,反映水的流动情况。测量时,油 气水必须通过金属集流伞,然后进入集流通道,所 以涡轮测得的RPS值反映了油气水总的流动情况。 第三节第三节 水平井产出剖面水平井产出剖面 图7-10 高含水情况下的分层流体 图7-11 水平井生产测井组合仪示意图 图7-9 低含水情况下的分层流体 把伞式流量计和放 射性密度计下入测试管中 。改变总流量,在每一个 流量点处从10%至90%更 换不同的含水率,得到如 图所示的集流伞式流量计 在水平井中(内径为4英 寸)的响应曲线。 图8-12 内径为4in的水平管内流量计对油水两 相流的响应 一、涡轮流量计和密度计的响 应 纵坐标表示仪器响应 的百分数 fw、fo分别表示水、油的频 率响应。横坐标为含水率, 四条曲线对应不同的总流量。 随着流量增加,曲线接近 45°线,说明大于该流量油 水呈乳状混合流动状态,低 于该流量油水呈层状分离状态 。 图8-13 密度测井仪响应 1.密度测井仪响应 同样可得电容法持水率 计响应与含水率之间的关系, 如图所示横坐标表示实际含水 率,纵坐标表示仪器响应的百 分数(Fr) ,三条曲线表示不同 流量。当含水率小于0.4时,含 水率与仪器响应之间呈线性关 系,大于0.4时,含水率增加时 ,Fr值增长缓慢,灵敏度降低 ,说明响应曲线与垂直井的响 应相似。 图8-14 在内径为4in的水平测试管中 电容持水仪对油水两相流的响应 2.电容法持水率计响应与含水率关系 图7-15 集流型仪器组合 二、斜井中的仪器响应与图版制 作 解释图版在模拟井中制作完成。模拟井筒内 径为2.5英寸,倾斜角为45°。把流体电容持水率计 、流体密度计和伞式流量计下入倾斜的模拟井筒中 ,如图所示 图7-16 内径为2.5in,倾角为45°的管内 油水两相流中流体密度响应 图7-17 内径为2.5in,倾角为45°的 管内油水两相流中电容持水率计的响应 1.流体密度、流体电容的响应 第一步,把测得的RPS值通过斜率为0.025RPS/(桶/ 天)的实验结果转换为总流量Qt 。 第二步,把持水率值(Hw)或Fr(电容持水率计测得 )转换为含水率值。这一步可通过内插完成。 2.用图版进行资料解释的步骤 3.计算含水率Wc 1)在图8-16中,以特定的Hw值为出发点,作水平 线,该直线与流量值308、514、857、1028、1543、 2055bbl/d对应的曲线相交。 2)找到两个包含Qt值的曲线流量值Qt(1)和Qt(2),相应 的含水率用Wc(1)和Wc(2)表示。 3)计算含水率Wc 对于总流量大于300m3/d的流动,若采用集流 式仪器,由于压力过大容易导致仪器损坏而发生测 井事故,因而难于完成测井任务,此时,需要使用 组合式连续测井仪。 三、组合式连续测井仪在斜井的响 应 把连续型涡轮流量计、电容持水率计和流体密度 计组成的组合仪放置在内径为6.5英寸的模拟井中,改变 井筒的倾角、流量和含水率,记录相应的输出数据,即 可制作相应的解释图版。 倾角的改变值为15°、30°、45°和60°;含水率的 改变范围为0%至100%;总流量的变化范围为1000至 15500bbl/d。 1.连续组合式测井仪在模拟中的响应 左图是井斜角 为15°时(与垂直方向 的夹角),连续流量 计的测量数据,纵坐 标表示涡轮的时间平 均值,横坐标表示油 水两相流的总流量。 对于每一个给定的含 水率值,都可以作出 一条相应的响应曲线 。 图7-18 内径为6.5in,倾角为15°充 满油和水的测试管中,连续流量计的响应 2.连续涡轮流量计的响(15°) 图7-19 连续涡轮流量计响应 下图是倾角为45°时 ,连续涡轮流量计的响 应曲线。与45°情况相同 ,图中的含水率曲线是 含水率分别为20%、 40%、60%、80%和 100%时的响应情况。倾 斜角为45°时,曲线响应 的分离距离大于倾斜角 为15°时的情况。 3.连续涡轮流量计的响应(45°) 图7-20 流体密度响应 右图是倾斜角为 15°时流体密度仪的响 应曲线。纵轴表示持 水率Hw,横轴表示含 水率(Wc,水的流量 与总流量的比值), 对于每个总流量,都 有一个含水率与持水 率之间的响应。 (7-31) 4.流体密度的响应(15°) 下图是倾斜角为45°时 的响应,与15°情况下相似 ,主要区别在于,仪器的倾 斜角越大,低流量时响应曲 线变化就越大,即对于给定 的持水率值,倾角为45°时 ,含水率随流量的变化幅度 越大。利用此图版,结合总 流量值及内插方法可求出相 应的含水率。 图7-21 流体密度响应 5.流体密度的响应(45°) 下图是电容法持水率 计在倾斜角为15°井筒内的 实验曲线。纵坐标表示仪 器响应持水率Hw或Fr。fo、 fw表示在纯油、纯水中的响 应频率。每个流量对应一 条曲线。在Hw值固定不变 ,总流量增大时,相应的 含水率也增大。Hw大于0.8 时,含水率随总流量增大 而减小。 图7-22含水率随总流量增加时的流体电容 测井响应 (7-32) 6.电容法持水率计的响应(15°) 。 下图是倾角为45° 的实验结果,有六条 对应于流量的响应曲 线。该图与15°情况 下主要区别在于,倾 角越大,低流量时对 应的Hw值越大。因 此,对于给定的Hw 值,随着流量增大, 倾角越大,含水率的 变化越明显 图7-23总流量和含水率增加 时流体电容持水率计的响应 7.电容法持水率计的响应(45°) 图7-25 水平井种类 在直井或倾斜 角不大的斜井中, 仪器通常靠重力下 放进行测井。在水 平井中,重力已不 能使仪器下入井底 。生产测井中常用 下入仪器的方法有 两种:泵送刚性挺 杆技术和连续油管 传送测井。 第四节第四节 水平井现场测井水平井现场测井 用泵送刚性挺杆技术测井时,下井时通 过钻杆或油管将下井仪和挺杆下入井中,通过 预先穿有电缆的刚性挺杆把仪器推出钻杆。 挺杆是由多个管子拧在一起组成的,推进 器把挺杆和电缆连在一起,测井仪器连接在挺 杆的尾部。推进器的活塞通过钻杆向下泵送测 井,上提电缆可回收仪器。 一、仪器下井方 式 泵送刚性挺杆示意 图 图7-26 泵送刚性挺杆 由于测量时, 流体无法顺利向上流 动。因此该方法无法 在正常生产条件下测 井。因此目前生产测 井时,通常用连续油 管传送仪器。 下井仪器如下左图所示。测井仪直接安装在连 续油管下端,油管内下入电缆并与仪器连接。 图7-27连续油管传送测井 图7-28生产测井下井仪 二、连续油管传送测 井 优点是仪器与油管之间有一个接口,保证了 机电的有机连接。流体流动过程中可进行测井,该 方法在上提和下放过程中均可进行测井记录。而且 该方法在大、中、小曲率半径的井中测井。 缺点是组合的仪器不能过重,过重时连续油 管的进入受到局限。主要原因是,连续油管是直径 为1.25英寸的钢管,其柔性较好,可以像电缆一样 缠绕在一个电缆车上,若仪器过重,容易损坏连续 油管。 连续油管传送测井的优缺点分 析 水平井中油气水呈层 状分离状态。套管外下部沉 淀钻井碎屑或其它重矿物, 在套管外上部出现水泥胶结 的渗透水,这会导致水泥胶 结失效,可能出现窜槽通道 。水平井可能有的井段倾角 大,井筒向上倾斜,最高处 为气,形成气堵;有的地方 倾角小,井筒向下倾斜,最 低处为水,会形成压力台阶 。 图7-29水平井中胶结的衬管横截面 三、测井仪器在井筒中的测 量 1.段塞流态情况下水平井段稳定生产测井 值 左图是压力和 连续涡轮流量计记录 的定点数值,点表示 实测值,实线为平均 值,横轴表示时间, 测点的波动表示流动 极不稳定。 图7-30 段塞流态情况下水平井段稳定时的生产测井值 左图是某井中用涡 轮流量计测得的流量曲线 。由于该井采用割缝衬管 完井,所以井径变化较大 ,第一道中是裸眼井井径 ,曲线显示井径的变化幅 度较大。 图7-31在下有割缝衬管的水平井中 测得的流量计曲线 2.下有割缝衬管的水平井中的流量计曲 线 图7-31中标号为3的地方井径扩大,转数 减少;标号为2的地方,井眼扩大,转数减少。 标号为1的地方井径扩大,但转数增大,说明其 下部有较多的流体产出。由于水平井筒弯曲较多 ,井筒扩径较严重,导致流量曲线变化较为复杂 ,解释起来也较为困难。 3.对实测流量计曲线的分 析 1、水平井中的重力作用使流动呈层状分布, 若井眼倾斜差异较大,上部容易形成气塞,下部容 易形成水塞。 2、割缝衬管完井时,割缝衬管和地层之间的 环形空间中容易发生窜流。 3、如果采用连续涡轮流量计,资料解释时, 要首先比较测井曲线与井眼轨迹角度图,下测时如 果流量突然下降然后上升,说明可能下部为水塞, 上部为气塞,此时井眼轨迹角度图上,水塞应位于 井眼低凹处。 四、水平井生产测井资料解释注意事 项 4、对于井眼很复杂的井段,可采用氧活化测 井确定出水层位,氧活化测井没有机械转动部分, 不会出现测量过程中机械损伤现象。 5 、确定产出剖面时,要同时测量井径曲线 ,径井扩大,会使RPS值减小,井径缩小,流量增 大,在这种情况下,应以井眼规则处为解释层段计 算流量。另外在割缝衬管中,不推荐使用集流式流 量计,主要原因是流体会通过环形空间旁通。如下 图所示。 四、水平井生产测井资料解释注意事 项 图7-35一口水平井的井径和流量资料 6、在斜度较大的井段,可能会导致水沿 下侧倒流现象。另外若割缝衬管外侧泥岩跨塌 ,井眼会严重扩大,流量下降(RPS减小),如 图7-36所示。在这种情况下,可以采用示踪流量 计,示踪剂应选用油溶性示踪剂。选用水溶性 示踪时,由于水在下部流动,容易发生示踪剂 聚集现象。 四、水平井生产测井资料解释注意事 项 图7-36一口水平井的多次生产测井资料
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