水平井生產(chǎn)測井技術(shù)

水平井生產(chǎn)測井技術(shù)第一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三

水平井鉆井的目的是盡可能多的鉆穿油層，提高油井單井產(chǎn)量或注入量，從而獲得更高的采收率。一般情況下，水平井平行于油藏層面。但對大傾角油層和垂直裂縫的油層來說，水平井要橫穿這些油層。水平井完井技術(shù)第二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三圖7－１垂直層面直井與平行層面水平井示意圖圖7－２垂直油藏層面的水平井第三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三水平井完井方式通常采用下套管注水泥射孔完井、裸眼井完井或割縫襯管完井，完井方式主要取決于油藏物性和該地區(qū)的實際經(jīng)驗。水平井主要適用于以下情況：

1、在近海地區(qū)、邊遠地區(qū)及環(huán)境敏感的區(qū)域，鉆水平井既可以提高產(chǎn)量也可以節(jié)約鉆井費用。

2、提高采收率，特別是在熱采提高采收率開采時，水平井段可與油藏大面積接觸，因此注汽井可提高采收率。

3、水平井可用于低滲氣田開采，也可用于高滲氣藏開采。一、水平井應用

第四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三水平井的形成可分為兩類：一是從地面新鉆的井，通常水平井段長度為300～1300米長；另一類井為側(cè)鉆井，是從現(xiàn)有的井，橫向側(cè)鉆出來，長度為30～210米。水平井和側(cè)鉆井技術(shù)可分為四類，主要取決于曲率半徑，曲率半徑即由直井過渡到水平井的半徑。二、水平井的幾個概念

第五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三半徑為１～２ft，造斜角為45°～60°/ft。側(cè)鉆水平距離為7～10ft長。在同一深度上，可以鉆幾口井向外輻射出去，井徑為2ft左右。

曲率半徑為20～40ft，造斜角為2°～5°/ft。水平段既可從套管中側(cè)鉆出去，也可在裸眼井中直接鉆出去，水平井段長度可達1000ft。1.超短曲率水平井2.短曲率水平井第六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三半徑300～800ft，造斜角為6°～20°/100ft。此方法是鉆水平井的主要方法，水平井段長度可達2000～4000ft。通常用裸眼、割縫襯管或襯管加管外封隔器完井，有時也用水泥固井射孔方法完井。曲率半徑為1000～3000ft，造斜角為2°～60°/100ft。這一鉆井方法所形成的水平距離可達4000ft以上。3.中曲率半徑水平井4.長曲率半徑水平井第七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三圖7－３不同的鉆井技術(shù)示意圖c—中等曲率（R=300～800ft，L=100～4000ft）；d—長曲率（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.不同的鉆井技術(shù)示意圖第八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三

在致密巖石地層中，可采用裸眼方式完井，裸眼完井的缺點是不能實施增產(chǎn)措施，難于控制注入量和產(chǎn)量。

割縫襯管完井的主要做法是在水平井段下入割縫襯管以防止井眼坍塌，通常使用的三種襯管是穿孔襯管、割縫襯管和礫石充填襯管。割縫襯管的主要缺點是難以進行有效的增產(chǎn)措施。

襯管及分段隔開放式完井是將襯管與管外封隔器一起下，將長平段分割成若干段，此方法將提供有限的分隔段。這樣可沿著井段進行增產(chǎn)措施和生產(chǎn)控制。這一方式完井可以進行增產(chǎn)措施。三、水平井完井技術(shù)

第九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三圖7－３a水平井完井技術(shù)示意圖第十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三

對于致密的地層，可以考慮裸眼辦法完井，如對于致密的石灰?guī)r地層可以應用裸眼方法完井。

用短曲率半徑鉆成的井可采用裸眼或采用割縫襯管完井。對于采用中長曲率半徑的水平井，既可采用裸眼辦法，又可采用割縫襯管或水泥射孔完井。

為了減少鉆井時的地層傷害，可以采用負壓鉆井。同時也可以用一些特殊的泥漿，如低固相或無固相的聚合物泥漿。四、完井的幾個問題

1.地層的巖性3.鉆井液2.鉆井方法第十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三在水平井和斜井中，由于輕質(zhì)相與重質(zhì)相的分離，流型與垂直井中有較大差異.

水的表觀速度較低時（小于0.1英尺／秒），為均質(zhì)泡狀流動。隨著油相表觀速度的增加，油泡開始聚集形成大油泡流動（段塞流），最后形成霧狀流。水平井中的流型第十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三圖８－４18.0厘泊，比重0.834的油與水在0.806英寸管道中的流型1.油水兩相流形圖第十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三圖８－４a空氣－水混合物在1.026英寸管道中的流型2.氣水兩相流形圖第十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三

在水相流動較低的情況下，流型分為四種：層狀流，波紋層狀流，波狀流和環(huán)霧流，流型的過渡是隨著氣的流量增大依次轉(zhuǎn)變的。

層狀流中，氣體的流量很低，占居了管子的上半部，氣水界面光滑；隨著氣體的增加，氣水界面上產(chǎn)生了波紋，這就形成了波紋界面層狀流；隨著氣體流量的進一步增加，氣水界面產(chǎn)生了大的波動，這就是波狀流；氣體流量繼續(xù)增大時，氣體在中間，套管壁上為液膜，這就是環(huán)狀流，同時中間的氣體含有霧狀水滴，這就是霧狀流。3.水相流動較低時四種流型第十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三

在水相流量中等的情況下，此時，氣體流速較低，不連續(xù)的變形氣泡浮在管子上部，氣體流速增加時，這些氣泡聚集形成氣體段塞，稱為段塞狀流動，這一流型是從泡狀流向環(huán)霧狀流型過度的一種流型。氣體的流量進一步增加時最后形成環(huán)霧狀流動，泡狀和段塞狀流動中，氣液之間存在著較大的滑脫速度，環(huán)霧狀流動中，氣體和霧滴的流速近似相等。4.水相流動中等時的流型第十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三水平井中的流型分為三種流動：

（1）分相流；（2）間斷流；（3）均布流。分相流包括層狀流、波狀流和環(huán)狀流；間斷流包括段塞流和段狀流；均布流包括泡狀流和霧狀流。圖7－５水平管道中的流型5.水平井中流型的分類第十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三

當氣體的流量較小時，氣體和水分層流動，氣體在上半部，水在下半部，界面為平面接觸。隨著氣相流量的逐漸增加，氣體使水面形成波動；氣體流量進一步增加形成段塞流和段狀流；之后隨著氣體流量的進一步增加，依次形成泡狀流、環(huán)狀流和霧狀流。同一口井中不可能同時出現(xiàn)上述各類流型，具體情況取決于氣和水的流量。6.各流型出現(xiàn)的條件第十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三利用實驗模型進行水平井流型實驗，觀察相應流體的流型并測量持水率，各參數(shù)的變化范圍為：（１）氣體流量，0～300MSCF/d；（２）水的流量，0～30gal/min；（３）平均系統(tǒng)壓力，35～95Psi；（４）管子直徑，１英寸和1.5英寸；（５）持水率，０～0.87；（６）壓力梯度，０～0.8Psi/ft；（７）傾斜度，－90°～90°；（8）水平流型。一、流型實驗及流型圖

1.流型實驗第十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三圖7－７水平管中的流型圖圖7－８歸一化兩相流摩阻系數(shù)圖7－６持液率與管子傾斜度的關系第二十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三流動類型的范圍為：(1)分相流<0.01及NFR<L1或≥0.01及NFR<L2

(2)過度流≥0.01和L2≤NFR≤L3

(3)間斷流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.流型邊界確定第二十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三(7-1)(7-2)(7-3)(7-4)(7-5)(7-6)(7-7)(7-8)(7-9)(7-10)1.計算和NFR需要的參數(shù)第二十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三Qg—氣體流量（bbl/d）；Ql—液體流量（bbl/d）；Vsg—表觀氣體速度，ft/s；Vsl—表觀液體速度，ft/s；

NFR—費勞德數(shù)，無因次；NLV—液體速度，無因次；

—含液率，無因次；Li—流型范圍，無因次；D—管子內(nèi)徑，英寸；g—重力常數(shù)，32.2ft/s2

；

—液體密度，1b/ft3；—液體表面引力，達因/厘米。2.各參數(shù)的意義第二十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三從水平位置開始，角度為的持液率等于水平管子的持液率乘以校正管子傾斜角度的因數(shù)y：首先根據(jù)下列公式求出HL(0)：根據(jù)適當?shù)乃搅鲃宇愋?，從參?shù)表7－１中得出的參數(shù)a、b和c的值。(7-11)(7-12)二、持液率（持水率）HL的確定

第二十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三表８－１參數(shù)a、b和c的值水平流動類型abc分相流間斷流均布流0.980.8451.0650.48460.53510.58240.08680.01730.0609如果HL(0)＜，則令HL(0)=；反之使用式（８－１２）中計算出的HL(0)的值。

二、持液率（持水率）HL的確定

第二十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三校正系數(shù)可以根據(jù)下列公式計算：

對于垂直井的流動y=1+0.3c

，(7-13)(7-14)1.校正系數(shù)的計算第二十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三下表給出了不同流型和流動方向的情況下式(7-14)中d、e、f和g的取值方法。水平流動類defg

分相流向上0.011–3.7683.539–1.614間斷流向上2.960.305–0.44730.0978均布流向上無校正c=0

全部流體向下4.700.1244–0.3692–0.5056流動類型

表８－２2.不同情況下參數(shù)的取值第二十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三兩相流體間的摩擦系數(shù)ftp是用無滑動摩擦系數(shù)fn與校正因數(shù)es相乘得出來的：s值與及相關。

(1)計算fn

式中—井內(nèi)條件下的液體密度，1b/ft3

—井內(nèi)條件下的氣體密度，1b/ft3

(7-15)(7-16)(7-17)三、摩擦系數(shù)的確定

第二十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三式中—井內(nèi)條件下的液體粘度，cp；

—井內(nèi)條件下的氣體粘度，cp；

式中，和分別是無滑動混合密度和混合粘度。NRen是無滑動雷諾數(shù)。D是單位為英寸的管子內(nèi)徑。NRen求出后，可利用下式求出fn值：(7-18)(7-19)第二十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三(2)計算校正因素es

其中，(7-20)(7-21)(7-22)第三十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三(3)計算壓力降落式中g(shù)c—32.2ft·

1bm/(1bf·s2)

g—當?shù)刂亓铀俣?，ft/s2

(7-23)(7-24)(7-25)第三十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三由于水平井中油氣水呈層狀分離流動，故流量計、持水率計的響應結(jié)果具有一定的縱向偏面性，由于渦輪和持水率計暴露在油中，因此所測信號主要反映油的流量及油的電容響應，而很少反映另一相水的流動及含量。對于高含水率情況，渦輪和持水率計主要暴露在下部的水中，反映水的流動情況。測量時，油氣水必須通過金屬集流傘，然后進入集流通道，所以渦輪測得的RPS值反映了油氣水總的流動情況。水平井產(chǎn)出剖面第三十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三圖7－10高含水情況下的分層流體圖7－１１水平井生產(chǎn)測井組合儀示意圖圖7－９低含水情況下的分層流體第三十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三把傘式流量計和放射性密度計下入測試管中。改變總流量，在每一個流量點處從10%至90%更換不同的含水率，得到如圖所示的集流傘式流量計在水平井中（內(nèi)徑為４英寸）的響應曲線。圖8-12內(nèi)徑為4in的水平管內(nèi)流量計對油水兩相流的響應一、渦輪流量計和密度計的響應

第三十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三縱坐標表示儀器響應的百分數(shù)fw、fo分別表示水、油的頻率響應。橫坐標為含水率，四條曲線對應不同的總流量。隨著流量增加，曲線接近45°線，說明大于該流量油水呈乳狀混合流動狀態(tài)，低于該流量油水呈層狀分離狀態(tài)。圖8-13密度測井儀響應1.密度測井儀響應第三十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三同樣可得電容法持水率計響應與含水率之間的關系，如圖所示橫坐標表示實際含水率，縱坐標表示儀器響應的百分數(shù)(Fr)，三條曲線表示不同流量。當含水率小于0.4時，含水率與儀器響應之間呈線性關系，大于0.4時，含水率增加時，F(xiàn)r值增長緩慢，靈敏度降低，說明響應曲線與垂直井的響應相似。圖８－１４在內(nèi)徑為4in的水平測試管中電容持水儀對油水兩相流的響應2.電容法持水率計響應與含水率關系第三十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三圖7-15集流型儀器組合二、斜井中的儀器響應與圖版制作解釋圖版在模擬井中制作完成。模擬井筒內(nèi)徑為2.5英寸，傾斜角為45°。把流體電容持水率計、流體密度計和傘式流量計下入傾斜的模擬井筒中，如圖所示第三十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三圖7-16內(nèi)徑為2.5in，傾角為45°的管內(nèi)油水兩相流中流體密度響應圖7-17內(nèi)徑為2.5in，傾角為45°的管內(nèi)油水兩相流中電容持水率計的響應1.流體密度、流體電容的響應第三十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三第一步，把測得的RPS值通過斜率為0.025RPS/（桶／天）的實驗結(jié)果轉(zhuǎn)換為總流量Qt

。第二步，把持水率值（Hw）或Fr（電容持水率計測得）轉(zhuǎn)換為含水率值。這一步可通過內(nèi)插完成。2.用圖版進行資料解釋的步驟3.計算含水率Wc１）在圖８－１６中，以特定的Hw值為出發(fā)點，作水平線，該直線與流量值308、514、857、1028、1543、2055bbl/d對應的曲線相交。２）找到兩個包含Qt值的曲線流量值Qt(1)和Qt(2)，相應的含水率用Wc(1)和Wc(2)表示。３）計算含水率Wc第三十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三對于總流量大于300m3/d的流動，若采用集流式儀器，由于壓力過大容易導致儀器損壞而發(fā)生測井事故，因而難于完成測井任務，此時，需要使用組合式連續(xù)測井儀。三、組合式連續(xù)測井儀在斜井的響應第四十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三把連續(xù)型渦輪流量計、電容持水率計和流體密度計組成的組合儀放置在內(nèi)徑為6.5英寸的模擬井中，改變井筒的傾角、流量和含水率，記錄相應的輸出數(shù)據(jù)，即可制作相應的解釋圖版。傾角的改變值為15°、30°、45°和60°；含水率的改變范圍為0%至100%；總流量的變化范圍為1000至15500bbl/d。1.連續(xù)組合式測井儀在模擬中的響應第四十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三左圖是井斜角為15°時（與垂直方向的夾角），連續(xù)流量計的測量數(shù)據(jù)，縱坐標表示渦輪的時間平均值，橫坐標表示油水兩相流的總流量。對于每一個給定的含水率值，都可以作出一條相應的響應曲線。圖7-18內(nèi)徑為6.5in，傾角為15°充滿油和水的測試管中，連續(xù)流量計的響應2.連續(xù)渦輪流量計的響（15°）第四十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三圖7-19連續(xù)渦輪流量計響應下圖是傾角為45°時，連續(xù)渦輪流量計的響應曲線。與45°情況相同，圖中的含水率曲線是含水率分別為20%、40%、60%、80%和100%時的響應情況。傾斜角為45°時，曲線響應的分離距離大于傾斜角為15°時的情況。3.連續(xù)渦輪流量計的響應（45°）第四十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三

圖7-20流體密度響應右圖是傾斜角為15°時流體密度儀的響應曲線。縱軸表示持水率Hw，橫軸表示含水率（Wc，水的流量與總流量的比值），對于每個總流量，都有一個含水率與持水率之間的響應。(7-31)4.流體密度的響應（15°）第四十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三下圖是傾斜角為45°時的響應，與15°情況下相似，主要區(qū)別在于，儀器的傾斜角越大，低流量時響應曲線變化就越大，即對于給定的持水率值，傾角為45°時，含水率隨流量的變化幅度越大。利用此圖版，結(jié)合總流量值及內(nèi)插方法可求出相應的含水率。圖7-21流體密度響應

5.流體密度的響應（45°）第四十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三下圖是電容法持水率計在傾斜角為15°井筒內(nèi)的實驗曲線。縱坐標表示儀器響應持水率Hw或Fr。fo、fw表示在純油、純水中的響應頻率。每個流量對應一條曲線。在Hw值固定不變，總流量增大時，相應的含水率也增大。Hw大于0.8時，含水率隨總流量增大而減小。圖7-22含水率隨總流量增加時的流體電容測井響應(7-32)6.電容法持水率計的響應（15°）第四十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三。

下圖是傾角為45°的實驗結(jié)果，有六條對應于流量的響應曲線。該圖與15°情況下主要區(qū)別在于，傾角越大，低流量時對應的Hw值越大。因此，對于給定的Hw值，隨著流量增大，傾角越大，含水率的變化越明顯圖7-23總流量和含水率增加時流體電容持水率計的響應7.電容法持水率計的響應（45°）第四十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三圖7-25水平井種類在直井或傾斜角不大的斜井中，儀器通?？恐亓ο路胚M行測井。在水平井中，重力已不能使儀器下入井底。生產(chǎn)測井中常用下入儀器的方法有兩種：泵送剛性挺桿技術(shù)和連續(xù)油管傳送測井。水平井現(xiàn)場測井第四十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三

用泵送剛性挺桿技術(shù)測井時，下井時通過鉆桿或油管將下井儀和挺桿下入井中，通過預先穿有電纜的剛性挺桿把儀器推出鉆桿。挺桿是由多個管子擰在一起組成的，推進器把挺桿和電纜連在一起，測井儀器連接在挺桿的尾部。推進器的活塞通過鉆桿向下泵送測井，上提電纜可回收儀器。一、儀器下井方式第四十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三泵送剛性挺桿示意圖圖7-26泵送剛性挺桿

由于測量時，流體無法順利向上流動。因此該方法無法在正常生產(chǎn)條件下測井。因此目前生產(chǎn)測井時，通常用連續(xù)油管傳送儀器。第五十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三

下井儀器如下左圖所示。測井儀直接安裝在連續(xù)油管下端，油管內(nèi)下入電纜并與儀器連接。圖7-27連續(xù)油管傳送測井圖7-28生產(chǎn)測井下井儀二、連續(xù)油管傳送測井第五十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三

優(yōu)點是儀器與油管之間有一個接口，保證了機電的有機連接。流體流動過程中可進行測井，該方法在上提和下放過程中均可進行測井記錄。而且該方法在大、中、小曲率半徑的井中測井。

缺點是組合的儀器不能過重，過重時連續(xù)油管的進入受到局限。主要原因是，連續(xù)油管是直徑為1.25英寸的鋼管，其柔性較好，可以像電纜一樣纏繞在一個電纜車上，若儀器過重，容易損壞連續(xù)油管。連續(xù)油管傳送測井的優(yōu)缺點分析第五十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三

水平井中油氣水呈層狀分離狀態(tài)。套管外下部沉淀鉆井碎屑或其它重礦物，在套管外上部出現(xiàn)水泥膠結(jié)的滲透水，這會導致水泥膠結(jié)失效，可能出現(xiàn)竄槽通道。水平井可能有的井段傾角大，井筒向上傾斜，最高處為氣，形成氣堵；有的地方傾角小，井筒向下傾斜，最低處為水，會形成壓力臺階。圖7-29水平井中膠結(jié)的襯管橫截面三、測井儀器在井筒中的測量第五十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三1.段塞流態(tài)情況下水平井段穩(wěn)定生產(chǎn)測井值

左圖是壓力和連續(xù)渦輪流量計記錄的定點數(shù)值，點表示實測值，實線為平均值，橫軸表示時間，測點的波動表示流動極不穩(wěn)定。圖7-30段塞流態(tài)情況下水平井段穩(wěn)定時的生產(chǎn)測井值