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1、第七章水平井生产测井技术 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 水平井完井技术0 水平井示意图图7 垂直层面直井与平行层面水平井示意图 图7 垂直油藏层面的水平井
2、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、遥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。1.1 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。水平井和侧钻井技术可分为四类，主要取决于曲率半径，曲率半
3、径即由直井过渡到水平井的半径。1.2 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。1超短曲率水平井2短曲率水平井 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。3中曲率半径水平井 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20004000ft。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10003000ft，造斜角为260/10
4、0ft。这一钻井方法所形成的水平距离可达4000ft以上。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=300800ft，L=100 4000ft；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
5、放式完井是将衬管与管外封隔器一起下，将长平段分割成假设干段，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。1.3 水平井完井技术 图7a 水平井完井技术示意图 1.3 水平井完井技术 对于致密的地层，可以考虑裸眼方法完井，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，既可采用裸眼方法，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。1.地层的岩性3.钻井液2.钻井方法1.4 完井的几个
6、问题 在水平井和斜井中，由于轻质相与重质相的别离，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 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 0-1 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 0-2 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，
7、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。0-3 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。0-4 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
8、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 0-5 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。0-6 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
9、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。2.1 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 1流型实验流动类型的范围为：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7-17-27-37-47-57-
10、67-7 7-87-9 7-10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；液体外表引力，达因/厘米。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：首先根据以下公式求出HL0：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。7-117-122.2 持液率持水率HL确实定1 表参数a、
11、b和c 的值水平流动类型a b c分相流间断流均布流0.980.8451.0650.48460.53510.58240.08680.01730.0609 如果HL0，则令HL0=；反之使用式中计算出的 HL0的值。2.2 持液率持水率HL确实定 2 校正系数可以根据以下公式计算：对于垂直井的流动y=1+0.3c，7-137-141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
12、流体 向下 4.70 0.1244 0.3692 0.5056流动类型表 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 7-157-167-172.3 摩擦系数确实定 1 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：7-187-192.3 摩擦系数确实定 22计算校正因素es 其中，7-2
13、07-217-222.3 摩擦系数确实定 33计算压力降落 式中 gc 32.2ft 1bm/1bfs2 g 当地重力加速度，ft/s2 7-237-247-252.3 摩擦系数确实定 4 由于水平井中油气水呈层状别离流动，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 水平井产出剖面 图710 高含水情况下的
14、分层流体 图7 水平井生产测井组合仪示意图 图7 低含水情况下的分层流体 第三节 水平井产出剖面 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，得到如下图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3.1 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别离状态。图8-13 密度测井仪响应 1密度测井仪响应
15、 同样可得电容法持水率计响应与含水率之间的关系，如下图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 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，如下图3.2 斜井中的仪器响应与图版制作 图7-16 内径为2.5in，倾
16、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。在图，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值的曲线流量值Qt1和Qt2，相应的含水率用Wc1和Wc2表示。计算含水率Wc 2用图版进行资料解释的步骤3计算含水率Wc 对于总流量大于3
17、00m3/d的流动，假设采用集流式仪器，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。3.3 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
18、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应15 图7-19 连续涡轮流量计响应 以下图是倾角为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，曲线响应的别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
19、个含水率与持水率之间的响应。7-314流体密度的响应15 以下图是倾斜角为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 以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
20、流量增加时的流体电容测井响应 7-326电容法持水率计的响应15。以下图是倾角为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 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
21、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。4.1 仪器下井方式图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。4.2 泵送刚性挺杆示意图 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 4.3 连续油管传送测井1 优点是仪器与油管之间有一个接口，保证了机电的
22、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，假设仪器过重，容易损坏连续油管。连续油管传送测井的优缺点分析4.3 连续油管传送测井2 水平井中油气水呈层状别离状态。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
23、，会形成压力台阶。图7-29水平井中胶结的衬管横截面 4.4 测井仪器在井筒中的测量 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 1段塞流态情况下水平井段稳定生产测井 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
24、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，假设井眼倾斜差异较大，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。4.5 水平井生产测井资料解释本卷须知1 4、对于井眼很复杂的井段，可采用氧活化测井确定出
25、水层位，氧活化测井没有机械转动局部，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。如以下图所示。4.5 水平井生产测井资料解释本卷须知2图7-35一口水平井的井径和流量资料4.5 水平井生产测井资料解释本卷须知3 6、在斜度较大的井段，可能会导致水沿下侧倒流现象。另外假设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
26、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。4.5 水平井生产测井资料解释本卷须知4图7-36一口水平井的屡次生产测井资料 4.5 水平井生产测井资料解释本卷须知59、静夜四无邻，荒居旧业贫。6月-236月-23Thursday,June 1,202310、雨中黄叶树，灯下白头人。02:47:5802:47:5802:476/1/2023 2:47:58 AM11、以我独沈久，愧君相见频。6月-2302:47:5802:47Jun-2301-Jun-2312、故人江海别，几度隔山川。02:47:5802:47:5802:47Thursday,June 1,202313、乍
27、见翻疑梦，相悲各问年。6月-236月-2302:47:5802:47:58June 1,202314、他乡生白发，旧国见青山。01 六月 20232:47:58 上午02:47:586月-2315、比不了得就不比，得不到的就不要。六月 232:47 上午6月-2302:47June 1,202316、行动出成果，工作出财富。2023/6/1 2:47:5802:47:5801 June 202317、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。2:47:58 上午2:47 上午02:47:586月-239、没有失败，只有暂时停止成功！。6月-236月-23Thursday
28、,June 1,202310、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。02:47:5902:47:5902:476/1/2023 2:47:59 AM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。6月-2302:47:5902:47Jun-2301-Jun-2312、世间成事，不求其绝对圆满，留一份缺乏，可得无限完美。02:47:5902:47:5902:47Thursday,June 1,202313、不知香积寺，数里入云峰。6月-236月-2302:47:5902:47:59June 1,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。01 六月 20232:4
29、7:59 上午02:47:596月-2315、楚塞三湘接，荆门九派通。六月 232:47 上午6月-2302:47June 1,202316、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/6/1 2:47:5902:47:5901 June 202317、空山新雨后，天气晚来秋。2:47:59 上午2:47 上午02:47:596月-239、杨柳散和风，青山澹吾虑。6月-236月-23Thursday,June 1,202310、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。02:47:5902:47:5902:476/1/2023 2:47:59 AM11、越是没有本领的就越加自命非凡。6月-2302:
30、47:5902:47Jun-2301-Jun-2312、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。02:47:5902:47:5902:47Thursday,June 1,202313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。6月-236月-2302:47:5902:47:59June 1,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。01 六月 20232:47:59 上午02:47:596月-2315、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。六月 232:47 上午6月-2302:47June 1,202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023/6/1 2:47:5902:47:5901 June 202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2:47:59 上午2:47 上午02:47:596月-23 MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感 谢 您 的 下 载 观 看专家告诉