生产测井原理与应用Word格式文档下载.docx

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①地球物理监测的任务；

②生产测井组合的要紧方法和辅助方法；

③在油田具体地质技术条件下解决这些任务的途径和措施；

④为有效进行测井所必需的开采装备结构的改变；

⑤必需的地球物理监测工作量和周期性，按油藏面积和地层层系、开采目的层、井的类型的布局；

⑥生产测井说明所需要的辅助信息；

⑦资料加工方法和总结报告形式。

表1油田开发监测的生产测井组合

监测任务

井的种类

地层状况

井中流体

要紧方法

辅助方法

划分注入剖面

评判地层吸水特性

笼统注水

—

自来水

污水

涡轮番量计

电磁流量计

核流量计

井温计

自然伽马仪

接箍定位仪

井径仪

压力计

分层注水

活化水

伽马仪

氧活化水流测井

划分产出剖面

评判地层生产性质

自喷井

气举井

油

水

气

流体密度计

持水率计

机抽井

测量项目同上

采纳小直径仪器

过环空测量

监测油水界面、气油界面位移

划分水淹层

评判地层含油性

金属套管

〔未射孔〕

盐水水淹

中子寿命测井仪

岩石密度仪

淡水水淹

次生伽马能谱仪

〔已射孔〕

盐水或

脉冲中子测井仪

流量计

非金属套管

感应测井仪

侧向测井仪

补偿中子测井仪

确定管外窜流

检测套管状况

检查地层作业成效

超声成像测井仪

管柱分析仪

噪声测井仪

评判水泥胶结质量

水泥胶结测井仪

地层密度测井仪

中子伽马仪

生产测井不仅是检测了解井内问题的手段，更重要的是监测评判油气藏开发动态不可或缺的资料来源。

因此，除了关于显现问题的井应该及时进行检测，关于采取地质工艺措施的井和改变功能的井，在采取措施或改变功能的前、后都要进行测量外，还应该依照监测油气藏开发动态的需要合理安排生产测井的测量周期。

当研究吸水剖面时，应该间隔半年测量一次。

研究产出剖面时，在各种类型的生产井中应该每年测量一次。

监测流体界面和评判含油气饱和度时，在观看井中和标准井网内的井中最好每半年测量一次。

在注水井中检查套管技术状况时，至少每年应该测量一次。

只有按合理的周期进行生产测井，才能保证资料的连续性、系统性和完整性，对油气藏的开发动态进行有效监视。

取全取准各项生产测井数据是正确进行说明评判的前提。

测井之先必须依照油气田开发动态监测的需要，周密打算和安排测量项目，针对具体问题和条件，合理选择和组合有关的生产测井方法。

目前实际测井作业中采纳数控测量，测井仪器尺寸一样具有统一的规范，能够依照测井需要选择假设干测量项目组合成一支仪器下井，测量信号能够多道操纵和传输。

需要注意的是，在选择生产测井组合以及按井的类型分配工作目的层时，除考虑测井方法的原理适用性外，还必须考虑测井仪器的测量适应性。

油气田开发动态监测的重要途径是测量采油井和注水井内的流体流淌剖面，测量目的是了解生产井段产出或吸入流体的性质和流量，对油井生产状况和油层生产性质作出评判。

流淌剖面测井属于流体动力学测量，测量参量包括速度、密度、持率、温度、压力等。

因此，要想准确测量流淌参数和正确分析流淌剖面，一方面必须具备流体力学方面的基础知识，另一方面需要把握测井原理及分析方法。

流量是表征油井动态变化和评判油层生产特性的一个重要参数。

生产测井的流量测量对象是井内流淌的流体。

单位时刻内流过某一流道截面的流体体积，取决于流体流淌的速度。

流量测井实际上是测取同流体速度相关的信息，然后求出平均流速，再与截面积相乘求出体积流量。

流量测井目前应用最广泛的是涡轮番量计测井和核流量计测井，其次是放射性示踪测井和氧活化水流测井，电磁流量计、热导流量计只在一些特定情形下使用。

流量测井的特点通过测量与流淌速度有关的物理量，间接求出井内流体的流量或相对流量。

因此，要精确地测量流量，就必须明确测井信息与流量之间的理论或实验关系，正确地采集和分析测井信息。

2.1.1涡轮番量计测井

涡轮型流量计的传感器由装在低摩阻枢轴扶持的轴上的叶片组成。

轴上装有磁键或不透光键，使转速能被检流线圈或光电管测出来。

当流体的流量超过某一数值后，涡轮的转速同流速成线性关系。

记录涡轮的转速,便可推算流体的流量。

井下涡轮番量计多种多样，大致能够分为敞流式和导流式两种类型。

敞流式流量计要紧有连续流量计和全井眼流量计两种，其特点是能够稳固速度移动仪器，连续地沿井身进行测量流淌剖面，能够在较宽的流量范畴内使用。

连续流量计（图1）的叶片直径较小，仅测量流道中心部分流体，低压、低动量气体倾向于绕过涡轮，而不使涡轮转动。

为了改进横剖面测量，全井眼流量计〔图2〕采纳折叠式叶片，下井通过油管时合拢，测量时能够张开，反映流道截面上约80%的流体的流淌，从而改善了测量性能。

导流式流量计要紧有封隔式流量计、伞式流量计两种，其特点是在探测深度先封隔原有流道，把井内流体导入仪器内腔后集流测量，要紧用于测量低流量的油气井。

早先的导流式流量计采纳皮囊封隔器〔图3〕，封隔器易损坏，操作不方便。

伞式流量计（图4）采纳金属片和尼龙布构成伞式封隔器，提高了使用寿命和测井成功率，但由于金属片不能和井下管壁完全密封，仍有少量流体由间隙流过，所求流量值误差较大。

后来在金属伞的别处又加一个胀式密封圈〔又称之为胀式流量计〕，克服了封隔器的易损和密封问题，能用于气流或液流，关于多油气层的井测试专门有用。

图1连续流量计图2全井眼流量计

图3封隔式流量计图4伞式流量计

2.1.1.1涡轮番量计工作原理

不同类型的涡轮番量计，涡轮变送器的结构可能不同。

比如全井眼流量计的涡轮由四个可折叠的叶片构成，而连续流量计的结构那么如图5所示，叶片数目一样2～8个，叶片倾角30°

或45°

。

例如图1所示的高灵敏度连续流量计，只有两个〝S〞形叶片，高度10约cm，叶片上各点的间距角度不同，按流淌实验确定的理想数值变化。

图4-5涡轮结构示意图

尽管涡轮变送器的结构各一，但涡轮番量计的工作原理相同，差不多上把通过管子截面的流体线性运动变成涡轮的旋转运动。

当流体轴向流经变送器时，流体流淌的能量作用在叶轮的螺旋形叶片上，促使叶轮旋转。

假定流体是不可压缩的和涡轮材料是平均的，依照动量矩守恒和转动定律，涡轮的动态方程式为

〔1〕

式中J——涡轮的转动惯量；

ω——涡轮转动的角速度；

M0——流体作用于涡轮的力矩；

∑Mi——作用于涡轮上的阻力矩代数和。

当涡轮转速稳固时，假定涡轮轴承只有机械摩擦，流体粘滞摩擦只作用于叶片表面，那么有稳态方程

〔2〕

式中，r—叶轮的平均半径；

α—叶片倾角；

δr—叶片的厚度；

ρf—流体体积密度；

vf—流体沿叶轮旋转轴方向的流速。

因此，涡轮番量计的频率响应可简写为

〔3〕

式中N——涡轮的每秒转数（以下用RPS表示）；

v——流体与仪器的相对速度；

K——仪器常数，与涡轮的材料和结构有关，并受流体性质阻碍；

vth——涡轮的转动阈值（始动速度值），与流体性质和涡轮摩阻有关。

式（3）称为涡轮番量计的理论方程。

当仪器在井内以恒速vt测量时，流体与仪器的相对速度v是vt和流速vf的合速度,其值取二者之代数和。

为考察流体性质变化对仪器常数和涡轮转动阈值的阻碍，可将

（2）式改写为

〔4〕

式中，Cf是阻止涡轮转动的阻力系数。

当叶片的雷诺数NRe<

5×

105时，Cf与NRe二次方根的倒数成正比

〔5〕

式中，μf为流体粘度，mPa·

s；

L为叶片的轴向长度，cm。

由式（4）和（5）可见，当流体粘度增大时，涡轮转数变小；

而当流体密度变大时，涡轮转数会随之增大。

在流体速度较小时，涡轮的频率响应非线性，且受流体性质变化阻碍较大；

当流体速度较高时，（4）式中右边第二项变小，涡轮响应近似线性，仪器常数K差不多上不受流体粘度变化阻碍。

涡轮起动时，要克服较大的机械静摩擦力，因此需要较大的始动速度。

涡轮以一定速度转动起来之后,需要克服机械动摩擦力和流体流淌阻力，转动阈值vth与ρf-1/2成反比，流体密度越大，vth越小。

这种情形关于密度变化小的液体来说，阻碍不大，vth可视为常数。

但气体密度随温度和压力变化专门大，必须注意ρf对vth的阻碍。

涡轮番量计的响应受机械摩阻和流体摩阻阻碍的情形如图6所示。

实验和实际应用也说明，当仪器与流体的相对速度v较高时，涡轮响应与v有良好的线性关系，式（3）成立。

当v较低时,涡轮响应非线性,专门是在气液流淌情形下另外，由于涡轮结构不可能完全对称，因此涡轮正转和反转的响应特性有所差异，仪器常数K和转动阈值vth会有所不同。

图7为实验建立的连续流量计校正图版，由图可见，仪器在水和气中的响应特性差异专门大。

图6机械摩阻和流体摩阻阻碍图7连续流量计校正图版

综上所述，涡轮番量计在满足应用条件的前提下（亦即式3成立时），能够准确测出流体流量。

下面从应用角度，分别讨论敞流式和导流式涡轮番量计测井。

2.1.1.2敞流式涡轮番量计测井

连续流量计和全井眼流量计均不带导流机械装置，测量在井筒内原有流淌状态下进行，既能够移动仪器连续测量，也能够固定仪器进行点测。

不同类型的仪器除响应特性有一定差异外，测量方法和说明技术差不多相同。

测量注入剖面或产出剖面，要求在稳固注入或生产条件下进行。

通过观看井口压力和流量有无变化，便可推知井内流淌是否稳固。

测量时，仪器从油管或油—套环空下入射孔井段，扶正器使仪器居中，以合适的恒定速度上提或下放仪器进行测量，按井深连续记录涡轮的每秒转数以及电缆移动速度。

为了选择合适的测量速度和检验井下刻度，仪器往往需要停在产出或吸入流体的层段上部进行点测，记录测量深度和涡轮转速。

实际测量时，涡轮番量计常和温度计、压力计等组合下井，同时测量多种参数。

专门是深度操纵测井项目磁定位器和自然伽马仪,作为测井资料与井下管柱以及裸眼井资料深度对比的依据，每次测量差不多上必不可少的。

图8为斯仑贝谢公司多道生产测井仪的测井示意图，注意涡轮番量计总是装在仪器串最下端。

连续流量计和全井眼流量计测井的突出优点是能够测取连续变化的流淌剖面，同时测井工艺简单。

使用的有利条件是中、高流量的单相流，多相流淌条件下连续流量计的应用成效变差。

再者，这两种测井资料定量应用的精度，专门大程度上取决于测井资料质量和井下刻度的准确性。

敞流式涡轮番量计测井的显著特点，是必须通过精确的井下刻度以保证测井资料质量，提供定量分析的基础。

图8多道生产测井仪示意图

所谓井下刻度，确实是建立仪器响应频率和流体速度之间的精确关系，也确实是确定（4-3）式中的K和vth。

井下刻度实际上相当于室内刻度，由于K和vth与流体性质和摩阻有关，而井下不同深度的流体性质可能不同，测量之先又不可能明白，因此需要在井下实际测量过程中进行刻度。

井下刻度的方法，是通过在流淌的液体中，仪器用多个分别向上和向下的绝对速度，测量记录响应曲线来实现的。

理论分析和实验研究已指出，K和vth之间应当满足线性关系，利用最小二乘法线性回来，不难求出响应曲线。

依照统计分析原理，每个测点最好有五次以上的测量资料（即样本数目大于5），才能建立符合统计标准的拟合关系。

第一，流量计以不同的稳固电缆速度通过探测井段进行测量记录。

测速的选择一要尽可能保证仪器上提和下放测量时涡轮的转动方向相反，以能反映机械摩阻的阻碍；

二是应有合适的速度间隔，以能保证统计分析的代表性。

此外，仪器还应停在各测点处记录涡轮转速，以便确认刻度的正确性。

其次，在未射孔的稳固流淌井段选定一系列读值点。

如图9所示，在射孔层的上部、间隔处以及下部选取A、B、C、D四个点，每点代表所测流量的具体深度。

对应于每一测速下的涡轮转速曲线，读出各点的测井值，填入如表2所示的说明数据表。

图9全井眼流量计的测井曲线

表2涡轮番量计测井说明数据表

测速与方向

转子速度〔RPS〕

A点

B点

C点

D点

下测115（0.305m/min）

20.15

14.6

9.2

5.1

下测82（0.305m/min）

18.5

14.00

8.35

4.50

下测50（0.305m/min）

17.20

11.60

5.40

2.10

点测读数

14.65

9.65

4.15

-

上测32（0.305m/min）

14.30

8.30

1.85

-1.05

上测80（0.305m/min）

11.50

6.30

-4.05

上测110（0.305m/min）

9.85

4.75

-4.60

最后，以电缆速度和涡轮转速为纵、横坐标绘制刻度图。

将各点读数标在图上,依照资料点的分布趋势，按最小二乘法的法那么画出关系曲线，即得各测点的现场刻度线。

注意，坐标轴方向的选择假如规定上测电缆速度为正，那么下测速度为负；

假如规定涡轮右旋方向转速为正，那么左旋方向为负，应依照涡轮转速曲线的变化形状确定。

由于摩擦阻碍，涡轮没有转动并非一定流速为零，因此涡轮转向旋转时的零读数不能参与交会。

分析测速与转子速度的线性关系，并将现场刻度线的斜率同实验室刻度数据比较，便可检查测井资料质量。

图10为图9所测数据的现场刻度图。

由图可见，各测点的资料点保持良好的线性关系，同时刻度线与纵轴交点同定点测量读数专门接近，因此能够确信仪器的工作状况是正常的。

该图来自一口污水回注井的实际测量资料，因为是单相流，各测点刻度线的斜率均为0.0451，与实验室流体为水时的刻度斜率值0.0470专门接近，从而能够确认测井资料的质量是合格的。

图10测井资料井下刻度图

2.1.1.3导流式涡轮番量计测井

封隔式流量计和伞式流量计都带有机械导流装置，测井时仪器封隔流道，迫使井内流体全部或部分混合，加速流过一定内径的导流器喉道，作用于涡轮传感器。

由于导流器内喉道的横截面积，通过实验能够直截了当建立涡轮转速与体积流量之间的关系，因此这种流量计又称为绝对流量计。

导流式涡轮番量计测井说明只需选用合适的图版，将记录的涡轮响应换算为体积流量。

导流型涡轮番量计一样只能点测，测井工艺远比连续型仪器复杂。

封隔式流量计测井时，测点应选在套管上没有射孔炮眼或腐蚀变形的部位，使皮囊胀开后能将流道封死，所有流体都通过集流器总成。

测前第一输入一个标准频率信号，调剂测量线路和灵敏度，对仪器进行校准。

通过在每一射孔层段的上部和下部逐点测量，就能够录用说明所必需的资料。

由于封隔器的皮囊承担的压力差有限，此种流量计只能测量低流量。

伞式流量计用金属旋翼代替封隔器皮囊，下井时旋翼折叠，使仪器能够通过油管下入井内；

测量时马达驱动旋翼张开，封隔流道，集流后测量录用资料。

流量计的金属翼片能够伸入射孔炮眼或腐蚀孔洞，因此测点选择不受套管射孔和腐蚀变形阻碍，有利于检查射孔层段内的非均质性。

由于金属旋翼能够承担较大压力差，这两种流量计不仅用于测量低流量，还可用于测量较高流量。

导流式涡轮番量计测井具有两个专门的优点：

①测井响应只受流体密度和粘度变化的轻微阻碍。

即使关于密度不专门低的天然气，涡轮响应变化也不大。

关于流体粘度变化的阻碍，一样校正量专门小。

如图4-11的实验曲线所示，当流体粘度从1mPa.s变化到60mPa.s时，所求流量的校正值不

超过15%。

②说明结果受油、气、水之间滑动速度阻碍专门小。

由于导流器喉道的横截面积专门小，大多数井的流量在流体通过涡轮时的平均速度相当高，因此，与任何一种通过的流体速度相比，油、气、水彼此之间的滑动速度变得无足轻重了，能够按均流模型简单求解各相流量。

图11封隔式流量计的说明图版

然而，导流式涡轮番量计测井也有明显局限性，要紧表现在三个方面：

一是只能定点测量，工艺复杂，操作不便；

二是机械装置封隔流道会在一定程度上干扰井内原有的流淌条件，测量结果和实际流淌条件下可能有一些差异，另外封隔不行时测井说明结果会造成假象；

三是不能提供井下流淌剖面的连续变化情形。

因此，一样在不适宜敞流式涡轮番量计测井的条件下，才使用导流式涡轮番量计测井。

封隔式流量计和伞式流量计都称绝对流量计，读出测井记录的涡轮每秒转数，选用合适的实验关系图版，便可求得相应的体积流量。

图11为斯仑贝谢公司封隔式流量计的实验关系曲线。

使用时由涡轮转速读数在纵座标上找点，作水平线与相应规格的仪器和流体粘度实验曲线相交，交点对应的横座标值即是该转速下的体积流量。

假如流体粘度不为1mPa·

s或60mPa·

s，那么可在两条曲线间内插或外推，同时即使粘度线选的不太合适，所求结果误差也不大。

2.1.2核流量计测井

核流量计测井是利用人工放射性同位素作标记物，观测井下流体流量剖面一种测井方法。

该方法用于测量笼统注入井和生产井的流淌剖面，要紧在涡轮番量计所不能测量的低流量或抽油井内使用。

2.1.2.1核流量计测井原理

核流量计测井属于一种标记测量方法，第一采纳喷射器放出放射性示踪剂，使其与井内流体以同一速度流淌，然后采纳伽马探测器测量记录标记物的速度，进而求出流体的体积流量。

核流量计测井之因此采纳放射性同位素作为标记物，是由于放射性同位素具有较强的伽马放射性，便于采纳伽马探测器进行测量。

测量时喷射的放射性示踪剂，实际上是由放射性同位素和稀释溶液组成的液团，需要合理选择和配制。

放射性同位素一样选择伽马射线能量较强、半衰期适中、成本较低、使用安全的物质，目前生产中经常使用的同位素为131I和113mIn等。

稀释溶液应当选用与井下流体密度相当而又能溶于其中的物质，否那么喷射的放射性液团与井内流体之间将产生滑脱现象，导致荒谬的说明结果。

关于注水井，一样选用水溶性的盐酸或水即可。

关于油气井，一样选择油、气或苯等有机溶剂。

关于油水混合流淌的生产井，那么需要选用油水兼溶的通用型特种溶剂，而实际上当含水率大于60%以后，常用水作稀释剂。

核流量计由放射性示踪剂喷射器和伽马探测器组成。

依照井的类型和流量大小，流量计有不同的装配结构和测量方式。

喷射器能够有一或二个，两个喷射器的仪器能够同时携带水溶和油溶的示踪剂，适用于井下油、水多相流测量，测量时一样每次只需喷射1毫升稀释后的示踪剂。

伽马探测器能够有一至三个，两个探测器能够克服单探测器对喷射时刻难以精确记录造成的问题。

三个探测器和喷射器组成的仪器，其中一个探测器装在喷射器的上流方向，记录本底自然伽马放射性，作为基线；

另外两个探测器装在下流方向，记录两条示踪曲线。

喷射器与邻近探测器的间距约0.5m，两个探测器的间距一样为2m右，具体位置能够依照所测井内流量大小预先选择配置。

图12所示为一个喷射器和两个探测器构成的示踪流量计。

图4-12放射性

示踪流量计

放射性示踪流量计用于测量笼统注水剖面和产出剖面。

在注水井内测量时，喷射器装在探测器的上部，自下而上逐点进行测量。

当在生产井内测量时，喷射器那么需装在伽马探测器的下部，测量顺序也相反，自上而下逐点进行。

由于生产井内的流体要产到地面，使用放射性同位素要专门慎重，应尽量选用半衰减短的同位素，并严格操纵使用剂量，以免对地面的人、畜造成危害。

放射性示踪流量计测量流量的方法有三种，依照井内流量大小和仪器组装特性，能够选用定点测量、连续测量或跟踪测量方式。

2.1.2.2定点测量方法

核流量计测注水剖面，当井内流体速度较快时，选用定点测量方式。

该方法是在稳固注水条件下，自下而上，依次将仪器停在每个测点（射孔井段的底部和每两个射孔层位之间至少选一个测点，顶部那么应选择两个以上测点），喷射示踪剂后，记录放射性液团流经两个伽马探测器的时刻，如图13所示。

图13核流量计定点测井图

由于两个伽马探测器的间距L一定，从记录图上读出两个伽马专门峰值的间隔时刻Δt,便可由下式求出记录点（两个伽马探测器的中点）的流速

〔6〕

体积流量的运算公式为：

〔7〕

式中，Cp可称为流量系数，与套管内径、仪器尺寸、流速分布及单位换算有关。

当流量计在井内测量时，流体实际上是沿仪器和套管之间的环形空间流淌，其纵剖面如图14所示。

假设记录点流速vf用m/s表示，流量Q用m3/d表示，那么Cp可按下式运算

〔8〕

式中，dc—套管内径，cm；

dt—仪器外径，cm；

Cv—速度剖面校正系数。

核流量计定点测量产出剖面的方法与测注入剖面相同，但探测器与喷射器的位置不同，测井顺序是自上而下逐点进行，同时所求出的只是混合流体的流量。

要求各相分层流量，必须结合流体识别测井资料进一步分析说明。

图14核流量计测井图15一口注水井内核流量计定点测井图

速度剖面示意图

图15是一口注水井中核流量计的定点测量记录。

该井射孔井段为2348.8-2375.6m，套管内径为12.42cm。

核流量计两个伽马探测器间距为2.477m，仪器外径4.286cm。

由图可见，测点2348m处喷射两次，探测器记录到的两