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水平井是实现复杂油气藏高效开发的关键技术,随着水平井钻完井技术日趋成熟,水平井在不同类型油气藏开发中都得到广泛应用,正逐渐成为国内外各油田稳产高产的关键技术之一。随着水平井开采规模不断加大,水平井开采过程中出现了很多亟待解决的问题,如含水上升、产量降低等。生产动态监测技术是解决这些问题最有效的手段之一,而解释方法研究则是提高监测效果不可缺少的环节。水平井生产动态监测主要是通过生产动态资料的测量和解释确定水平井的产量变化以及主要的产液位置和产液类型,判断有无漏失或窜槽,探测气、水锥进情况等,这对于油田优化开发、建立科学完善的油藏管理体系具有重要的意义。
但是,与垂直井相比,国内水平井、斜井动态监测技术研究目前还处于起步阶段。近年来,国外各大测井公司虽然研制出了一些专门的水平井测量仪器,但一般只提供技术服务,测量仪器和核心解释技术还处于保密状态。国内基本没有自主生产的水平井动态监测专用仪器和相应的解释方法出现。由于受国内外水平井动态监测技术发展的制约,目前我国大部分油田的水平井、斜井生产动态监测工作基本处于空白状态,绝大部分井投产后未录取过任何生产动态资料。这种局面对建立科学完善的油藏管理体系是极为不利的。而且,随着油田开发时间的延长,油藏管理的日趋科学化,对水平井生产动态监测资料的需求将日趋迫切。
由于水平井中重力与井轴方向相垂直以及井眼周围空间的非对称性使得井中流体的流动形态与直井相比发生了明显的变化,主要表现为因重力分异导致重质相和轻质相的分离,从而普遍存在层流流型,且易受井斜角度的影响变得很不稳定。再加上完井方式、井身轨迹和井径变化等多种因素的影响,导致居中测量的常规生产测井仪器在水平井中出现仪器下入困难、性能指标下降及响应结果产生纵向偏面性等问题。因此,常规垂直井中的测量技术及测量仪器已不适用于水平井,测量仪器与测量信息的不同将最终导致水平井生产测井资料解释方法的不同。
在现有的技术条件和研究条件下,水平井生产动态监测首先需要解决以下3个问题:一是测井仪器问题,二是仪器传送问题,三是测井资料的解释问题。本人在前期研究的基础上,采用理论研究和实验研究相结合的方法,首先系统分析了水平井井身结构变化以及由此导致的水平井流体流动状态的变化,讨论了水平井动态监测所面临的测井仪器响应、仪器传送方式和测井资料解释等3个主要问题,明确水平井生产动态监测除了解决仪器及仪器传送方式问题之外,必须详细研究水平井中的流体流动状态及其变化,弄清流动状态及其变化对各种下井仪器响应的影响,才能对测井资料进行准确解释。通过分析水平井中流体的流动状态及各种流型判断及识别方法,认为在判断流型时必须结合生产井的实际流动状态综合考虑。
根据水平井动态监测所要解决的主要问题,结合理论研究和现有可用仪器在水平井中的响应特征分析,设计了水平井动态监测模拟实验方案;采用实际生产测井仪器对油水、气水两相流动进行模拟实验,观测水平井流动状态,分析了不同的仪器在不同井斜和不同流动状态下的响应特征,对实验数据进行综合处理分析并绘制出相应图版。研究发现:①水平井中流体的流动状态受井斜和流量大小影响较大。油水两相上坡流、水平流和下坡流时,流型可主要划分为分离流(分层流和界面混杂分层流)和分散流(油包水、水包油)。中低流量时,流型以分离流为主:随着总流量的增加,油水界面混合加剧,流型变成以分散流为主。气水两相上坡流时,水相流动速度缓慢,井筒横截面上水相偏多。井斜45°时,流型以长泡状流和泡状流为主;井斜15°时,流型以弹状流和长泡状流为主;井斜5°时,流型以弹状流为主。水平流和下坡流时,气水两相以光滑层流或波状层流为主。②垂直井中,速度剖面以井轴为中心呈柱状对称分布。上坡流和下坡流时,速度剖面呈非对称性,流体速度最大的部位分别偏向井筒上方和井筒下方。井斜角增大,速度分布非对称性加剧。同等情况下,斜井与垂直井相比其速度剖面校正系数较小。③油水两相上坡流时,水相流动速度缓慢,井筒横截面上水相偏多,油水问的滑脱速度为正值;下坡流时,水相流动速度较快,井筒横截面上油相偏多,油水间的滑脱速度为负值;水平流时,油水间滑脱速度介于上坡流和下坡流的滑脱速度之间;任意角度下,流量小于100m3/d时滑脱速度分布较集中,而流量大于100m3/d时滑脱速度分布较紊乱。④不同类型持率计在水平井中的响应特征对比分析表明,覆盖全井眼测量的电容阵列持率仪在分离流且含水小于40%的情况下测量效果较好;居中测量的放射性密度仪在两相流密度差大的分散流中测量效果好;电容持水率计在含水小于40%的分散流中测量效果好。
基于模拟实验流体流动特征分析和传统多相流理论模型研究,结合实际生产测井仪器测量响应特征,对水平井油水和气水两相分离流建立了层流模型,中高斜度井油水和气水两相流动建立了滑脱速度井斜加法校正模型和乘法校正模型。经实验数据验证,水平或接近水平分离流时,层流模型和滑脱速度乘法校正模型效果较好,其他情况下分散流时滑脱速度加法校正模型效果较好。
最后,依据所建立的模型,在Visual C++6.0编译环境下编写了相应的水平井生产动态监测解释软件。应用该软件对某井的实际测井资料进行解释,解释结果论与实际生产情况基本相符,证明了本研究所提出的解释方法和解释模型基本可行,能有效解决目前国内油田水平井生产动态监测中所遇到的问题。