水平井生产测井技术.ppt

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1、 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。 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。 水平井完井技术水平井完井技术 图7 垂直层面直井与平 行层面水平井示意图 图7 垂直油

2、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3001300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30210米。 水平井和侧钻

3、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ft，造斜角为4560/ft。侧钻水 平距离为710ft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2040ft，造斜角为25/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300800ft，造斜角为620/100ft。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。

4、 曲率半径为10003000ft，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 不同的钻井技术示意图 c中等曲率（R=300 800ft，L=1004000ft） ； d长曲率（R1000ft， L=10004000ft） a超短曲率（R=12ft，L=100200ft）； b短曲率（R=2040ft，L=100800ft）； 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

5、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7a 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

6、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。 水平井中的流型水平井中的流型 图 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a 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

7、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

8、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 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

9、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： （） 气体流量，0300MSCF/d； （） 水的流量，030gal/min； （） 平均系统压力，3595Psi； （） 管子直径，英寸和1.5英寸； （） 持水率，0.87； （） 压力梯度，0.8Psi/ft； （） 倾斜度，9090； （ 8 ） 水平流型。 一、流型实验及流型 图 1.流型实验 图7 水平管中的流型图 图7 归一化两相流摩阻系数 图7 持液率与管子倾斜度的关系 流动类型的范围为：

10、 (1) 分相流 0.01及NFRL1或 0.01及NFRL2 (2) 过度流 0.01和L2NFRL3 (3) 间断流 0.01 0.4和 L3 NFRL1 或 0. 4和 L3 NFRL4 (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

11、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

12、 0.0609 如果HL(0) ， 则令HL(0)= ；反之使用式 （）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

13、 表 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)

14、(3)计算压力降 落 式中 gc 32.2ft 1bm/(1bfs2) 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。 水平井产出剖面水平井产出剖面 图710 高含水情况下的分层流体 图7 水平

15、井生产测井组合仪示意图 图7 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

16、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 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 ，

17、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 ）在图中，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。 ）找到两个包含Qt值的曲线

18、流量值Qt(1)和Qt(2)，相应 的含水率用Wc(1)和Wc(2)表示。 ）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

19、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

20、.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

21、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

22、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。 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

23、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

24、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

25、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中标号为的地方井径扩大，转数 减少；标号为的地方，井眼扩大，转数减少。 标号为的地方井径扩大，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

26、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