CN103541725B - 用界面高度求水平井持率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用界面高度求水平井持率的方法，该用界面高度求水平井持率的方法包括利用测井资料确定处在油水界面上的探头的测量数值Ci；确定处在油水界面上的该探头的旋转角度θi；根据该旋转角度θi和该测量数值Ci，计算油水界面的高度H；以及根据该油水界面高度H，确定水平井阵列持率计的持率。该用界面高度求水平井持率的方法比平均值法、加权法等传统计算持水率的方法降低误差15%。在不改变现用设备的条件下，仅通过使用该方法对测井资料进行处理，就大幅度提高了所测持水率的精度。

Description

用界面高度求水平井持率的方法

技术领域

本发明涉及油田的产液剖面测井的技术领域，特别是涉及到一种用界面高度求水平井持率的方法。

背景技术

油田提高油藏的采收率是个永恒的技术问题，为了提高采收率，需要实施多种类的技术措施，其中一项重要技术手段是及时了解井内不同深度处的油水动态（产量）。实现这个目的的测井叫油井生产动态测井，也是油井的产出剖面测井。这种动态测井需要测量两个主要参数-流量与持率。

国内水平井的测井技术刚刚起步，测井仪器及其资料解释处理技术都不够成熟。国内尤其缺乏水平井的测井，配套的仪器设备。近年来，从国外引进一种新式测量持率的仪器-阵列持率计（阵列电容持率计CAT、阵列电阻持率计RAT）。阵列式持率计在水平井中测井，解决了以往不能测量水平井井内持率的问题，阵列持率计在国内多家油田得到应用。

持率是指某段管道流体体积中某相（油、气、水）体积与该段总体积的比例，分持水率、持油率，统称“持率”。技术界习惯把持水率用Yw代表且用小数表示其大小，纯水的持水率一定等于1，Yw=1，（100%的水），纯油则Yw=0（0%的水）。持油率相反，用Yo表示，Yw+Yo=1。油水混合后的持水率是1～0之间的小数。在具体数值上，持水率Yw也等于在套管截面上、流动中水占据面积Sw与整个套管截面面积S之比，既Yw=Sw/S或Yw=Sw/(So+Sw)。

阵列是指围绕仪器轴心、棒状仪器主体的外围，张开、均布M个探头的仪器结构。持率类测井仪器的原始资料（测量值）的单位不是持率（小数-百分数），而是井下仪器测量电路的输出单位，如频率Hz，脉冲数量cps,把原始资料转化为持率的过程叫“资料解释”，不同原理的持率计需要不同的求解方法。

水平井阵列持水率仪器是水平井、斜井的专用仪器。在国内外均属新技术，资料解释技术也不完善。阵列持率计的一种求解持率的方法为平均值法。

阵列持率计原始资料每次采样（一个记录）记录数据的格式是：

深度(或时间)，旋角θ1，A1,A2,…Ai…Am；

其中A1～Am是M个探头的测量结果原始值，这些原始值经过归一化处理后数据格式是：深度(或时间)，旋角θ1，C1,C2,…Ci…Cm；

其中C1～Cm是M个探头的测量结果,是1-0之间的数。探头数值Ci具有明确的实际意义，它是探头测量的持水率（探头测量区域的、不是井筒、套管的）Ci=1,表示i号探头在水中；Ci=0,表示i号探头在油中；Ci=0.5，表示第i号探头在油水中；持率Yw是井的持率，是整个套管（井眼、管道）横截面上的水占据的面积的份额。井内持水率Yw的单位与探头持水率Ci完全一样，但其实际意义差别很大。

平均值求解井内持水率的方法，是直接把M个探头的局部的持水率Ci的平均值认作井内持水率Yw，即

Yw=(1/M)ΣCii=1,2…M，Ci是第i号探头的侧井数值。

平均值求解持率的方法简单、快捷，但存在精度低的重大缺陷。精度低的原因之是该方法直接把M个探头的测量结果平均了，用这个平均值替代了井内持水率Yw，但真实的井内持水率不等于这个值，平均值只是井内持水率的近似值。用近似值替代真实值，必然存在较大误差。

井内持水率真实值与流动中水占据的管道界面面积相关。如图1所示，图1为水平井内油水呈现油上水下的分层状态的示意图。图中某持水率下、12个探头仪器在套管内测量结果9个“1”（9个探头在水中）3个“0”（3个探头在油中）。井内持水率真实结果是Yw=Sw/(Sw+So)=S圆缺ADB/(S圆缺ADB+S圆缺ACB)。而使用平均值法求解，Yw=9/12=0.75。而如图2所示，图2为平均值法求解持水率的示意图。平均值把每个探头的贡献率认为是相等的，等于对称于圆心O点的、1/M个小扇形面积与圆面积比，固定=1/M。圆缺面积与扇形面积不存在相等的关系，真实的井内持水率需要得到圆缺的面积,但平均值法用扇形面积,不可能得到井内持水率准确结果，平均值不是井内持水率的平均值，只是M个探头测量值的平均。

井内持水率与平均值二者存在差别。图1中深色面积表示真实的油面积，图2是平均值计算结果对应的油面积，二者相差三角形OAB的面积，水（无色区域）面积图2（平均法计算）小于图1（真实），即所求平均值持水率小于真实持水率。具体相差多少，平均值法无法预测。图1和图2的例子，真实持水率=0.9,平均值法求解得到0.75,绝对误差-0.15(-15%),对于持率测井来说,这样的误差是很大的,会造成井内油水产量的误判，用误判结论指导油井作业是无功作业甚至是“负向”作业，对于提高油井产油量、提高地层采收率更是不利的。得不到油水正确产量，油井动态（持率）测井就失去了意义。因此，提高井内持率的精度是亟待解决的重大技术问题。

实际上，阵列仪器的M个探头的测量精度也很高，试验检验每个探头的重复误差不大于1%。但把M个探头的测量转化为井内持水率时出现较大误差，这是解释方法问题。要提高阵列持率计持率的精度，不需要改变测井仪器的现状、仍然用其测井资料、采用更加科学严紧的解释方法，可以实现这个目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种在不改变现用设备的条件下，大幅度提高所测持水率的精度的用界面高度求水平井持率的方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：用界面高度求水平井持率的方法，该用界面高度求水平井持率的方法包括：步骤1，利用测井资料确定处在油水界面上的探头的测量数值Ci；步骤2，确定处在油水界面上的该探头的旋转角度θi；步骤3，根据该旋转角度θi和该测量数值Ci，计算油水界面的高度H；以及步骤4，根据该油水界面高度H，确定水平井阵列持率计的持率。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤2中，该探头的旋转角度θi的计算公式为：

其中，θ1为该测井资料中1#探头旋转角度，M为该水平井阵列持率计中探头的数量，i是处在油水界面上的该探头的编号数值。

±360是限定θi在0-360范围的候补项，当θi大于360时，减去360，当θi小于0时，加上360，当θi处在0-360范围内则不用±360。

在步骤3中，在计算该油水界面高度H时，为减少公式,把θi在180-360范围“映射”到0-180范围，

当θi大于180时，β=360-θi，

当β小于90°时，H=R+R2COSβ-rcos(180Ci)，

当β在90-180范围内时，H=R-R2+R2COS(180-β)-rCOS(180Ci)，

其中，R为该水平井阵列持率计所处管道的内径，R2为水平井阵列持率计的探头的展开半径，r为探头探针的有效探测范围的半径。

在步骤4中，根据该油水界面高度H，采用图版法确定该水平井阵列持率计的持率。

该图版法中使用的图版是针对套管、仪器的具体尺寸确定，用绘图、测量面积的方法得到的。

在步骤5中，根据该油水界面高度H，采用公式法确定该水平井阵列持率计的持率，该公式为：

γ=arcos((H/R)-1)

其中，γ为油水界面进入套管的角度,R为该水平井阵列持率计持率所处管道的内径，A为与套管尺寸相关的常数，Yw为该水平井阵列持率计的持率。

本发明中的用界面高度求水平井持率的方法不再直接利用阵列仪器的M个探头的测量值求解井内持率,而是用该值的特征确定某探头处在油水分界面上；利用界面上探头的旋角确定油水界面高度H,使用H确定油水占据面积，进而得出Yw=f(H)函数的准确解。这个解可以是图版，也可以是数学表达式。本发明中的用界面高度求水平井持率的方法从理论上克服了原方法的不足,解决了持水率解释不准的技术问题。仍然使用现用测井仪器的测井资料，仅通过使用该方法对测井资料进行处理，就可以大幅度降低了原方法的计算误差15%，提高了解释持率的精度。

附图说明

图1为水平井内油水呈现油上水下的分层状态的示意图；

图2为平均值法求解持水率的示意图；

图3是水平井内仪器测井环境、仪器测量原理示意图；

图4为本发明的一实施例中用界面高度求水平井持率的方法的流程图；

图5为油水界面高度H-持水率Yw的解释图板的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

图3是水平井内仪器测井环境、仪器测量原理示意图。如图3所示，水平井油水分层流动，油在套管的顶部，水在底部流动，油水之间的分界面为油水界面，简称界面。这个界面的高度H，是水占据的圆缺面积Sw的函数，根据持水率的意义Yw=Sw/S,其中套管截面面积S（S=ЛR²）是可知的常数,水面积是界面高度的函数Sw=f1(H),只要知道了高度H，水面积Sw是个圆缺面积的求解问题，持水率Yw=f(H)=Sw/S也就可求了。

如图3所示，阵列仪器工作特点，M个探头在移动中测量，同时围绕仪器轴心自由（无控制）转动,反映每个探头位置的参数是旋角与探头张开的半径R2（常数）第1#探头与垂直线的夹角叫旋转角θ1，第2#探头旋转角θ2，第i#探头旋转角θi。当i#探头处在油水界面上，则θi可以确定界面的高度H。

传统求解持率的方法，仅仅是依据M个探头的测量测量数据进行计算，没有对油水的面积进行准确的计算，持率（油、水面积的函数）结果精度差。本发明则是利用测井信息，求解套管截面上水占据面积，只要面积求解正确，不存在解释方法自身的解释误差，克服平均值法的不足，提高解释精度。根据这种思路，设计了具体的方法步骤的流程图。

图4为本发明的一实施例中用界面高度求水平井持率的方法的流程图。在步骤401，利用测井资料确定处在油水界面上的i探头的测量数值Ci。在步骤401中，确定在M个探头中，具体哪个探头处在油水界面上，该探头的测量值是多少，测井记录的旋角θ1是多少。

阵列持率计每次采样叫1个记录，原始资料每个记录的数据格为：Z=(深度，旋角θ1，A1,A2,…Ai…Am)；其中A1～Am是M个探头的测量结果原始值，这些原始值经过归一化处理后数据格式是：Z=(深度，旋角θ1，C1,C2,…Ci…Cm)；其中C1～Cm是M个探头的测量结果,是1-0之间的数。归一化是把每个不同的探头的测量结果统一到相同尺度的过程。对于测量仪表其原理一致，如测量温度的仪表输出电压，不同的探头输出不一致，可以把每个探头都统一到温度的尺度，温度的结果是一样的。测量持水率的探头原始资料记录的原始测量值也不一致，把他们统一到持水率的尺度下，是水值中=1，油值=0。当测量值不是1（水）也不是0（油）而是纯小数，说明探头处在油水之间（界面）。

如果某记录的C1,C2,…Ci…Cm中的Ci是纯小数，表示第i探头，处在油水界面上，Ci即为所求。Ci具有3个信息，即探头的编号为第i号；i#探头处在油水界面上；该探头测量值为Ci。

确定了Ci就实现了本步骤的目标。因为每个测井记录中包含着这些信息。例如，某记录为(d,32,1,1,1,0.67,…，0,0),其中C1～C3都是1，C5～C12都是0,只有C3=0.67,表示i=3，3#探头处在油水界面上，该探头测量值=0.67，θ1=32。流程进入到步骤402。

在步骤402，使用1#探头旋角θ1求出i探头旋角θi。根据阵列持率仪器M个探头排列顺序，第1#探头的角度θ1确定后，其他任意探头的旋角也是可以确定的，第i探头的旋角θi的求解公式为

(1)

式中，θ1为测井数据1#探头旋转角度，M为该水平井阵列持率计中探头的数量，i是步骤401所确定的探头的编号数值。参见图3，阵列持率计M个探头的编号顺序是1#,2#,…i#…M#,顺时针方向排列；旋角θ是垂直线为0，逆时针方向为正，当1#探头角度θ1确定后，其余全部探头的角度也是固定的。±360是限定θ在0-360范围的候补项。当θi大于360时，减去360，当θi小于0时，加上360，当θi处在0-360范围内则不用±360。流程进入到步骤403。

在步骤403，用θi计算油水界面的高度H。

第i#探头已经处在油水界面上，这个油水界面距离套管底部的距离叫油水界面的高度H，计算方法为：

θi是步骤402所求的i探头的旋角角度。其范围在0-360之间。为减少公式,把θi在180-360范围“映射”到0-180范围。

当θi大于180时，；β=360-θi；(2)

处理后，β被“限定”在0-180范围。β是一个角度，β与θi同等反映界面高度H。

当β小于90°时，H=R+R2COSβ-rcos(180Ci)；(3)

当β在90-180范围内时，H=R-R2+R2COS(180-β)-rCOS(180Ci)；(4)

其中，R为仪器所处管道的内径，R2为探头展开半径，r为探头探针的有效探测范围的半径，Ci为i探头测量数值，是1～0范围内的小数,H为待求的油水界面高度。流程进入到步骤404。

在步骤404，求解持水率Yw的数值。在此步骤中，可采用两种方法求解持水率Yw的数值。在一实施例中，用高度H与持水率Yw的解释图板读取持水率Yw的数值。采用图版法确定该水平井阵列持率计的持水。该图版法中使用的图版是依据套管、仪器的具体尺寸确定，用绘图、测量、计算面积的方法得到的。如图5所示，图5是5.5in套管12个探头、ф42阵列仪器的界面高H-持水率Yw解释图版。图版的使用方法是：根据界面高度H的数值，在图版的横坐标上找到对应的点C，过C点做横坐标垂直线，垂直线与图版中曲线相交为A，过A作水平线，该水平线与纵坐标（持水）相交与B,B的数值即是所求持水率。

在另一实施例中，使用高度H求持水率Yw=f(H)的数值。根据该油水界面高度H，采用公式法确定该水平井阵列持率计的持水，该公式的具体形式是：

γ=arcos((H/R)-1)(5)

(6)

式中，γ－油水界面进入套管的角度,R-套管半径，H-油水界面高度,A-与套管尺寸相关的常数，Yw—待求的持水率。

通过以上步骤，实现了“用界面高度求水平井阵列持水计持水”的设计，得到了水平井阵列持水率仪器求解持水率的准确计算方法。

本发明的用界面高度求水平井阵列持水计持水的方法，可以适合在水平（斜度±10°）管道中分层状态流动的其它多相流体的持率精确计算。例如水气、油气、油气水等。使用该方法，避免了传统技术“平均法”的随机误差达到15%，，提高了资料处理的精度。

Claims (5)

1.用界面高度求水平井阵列持率计持率的方法，其特征在于，该用界面高度求水平井持率的方法包括：

步骤1，利用测井资料确定处在油水界面上的探头的测量数值Ci；

步骤2，确定处在油水界面上的该探头的旋转角度θi；

步骤3，根据该旋转角度θi和该测量数值Ci，计算油水界面高度H；以及

步骤4，根据该油水界面高度H，确定水平井阵列持率计的持率；

在步骤2中，该探头的旋转角度θi的计算公式为：

$\mathrm{\θ}i=\mathrm{\θ}1-\frac{360}{M}(i-1)\±360$

其中，θ1为该测井资料中1#探头旋转角度，M为该水平井阵列持率计中探头的数量，i是处在油水界面上的该探头的编号数值；所述±360是限定θi在0-360范围的候补项，当θi大于360时，减去360，当θi小于0时，加上360，当θi处在0-360范围内则不用±360；

在步骤3中，在计算该油水界面高度H时，为减少公式,把θi在180-360范围“映射”到0-180范围，

当θi大于180时，β＝360-θi，

当β小于90°时，H＝R+R2COSβ-rcos(180Ci)，

当β在90-180范围内时，H＝R-R2+R2COS(180-β)-rCOS(180Ci)，

其中，R为该水平井阵列持率计所处管道的内径，R2为水平井阵列持率计的探头的展开半径，r为探头探针的有效探测范围的半径，β为一个角度。

2.根据权利要求1所述的用界面高度求水平井阵列持率计持率的方法，其特征在于，在步骤1中，当该测井资料的记录为C1,C2,…Ci…Cm，C1到Ci-1为1，Ci为纯小数时，表示第i探头处在油水界面上，该探头的测量数值为Ci。

3.根据权利要求1所述的用界面高度求水平井阵列持率计持率的方法，其特征在于，在步骤4中，根据该油水界面高度H，采用图版法确定该水平井阵列持率计的持率。

4.根据权利要求3所述的用界面高度求水平井阵列持率计持率的方法，其特征在于，该图版法中使用的图版是针对套管、仪器的具体尺寸确定，用绘图、测量面积的方法得到的。

5.根据权利要求1所述的用界面高度求水平井阵列持率计持率的方法，其特征在于，在步骤4中，根据该油水界面高度H，采用公式法确定该水平井阵列持率计的持率，该公式为：

γ＝arcos((H/R)-1)

$Yw=1-A(\frac{\mathrm{\γ}}{180}-\frac{sin\mathrm{\γ}cos\mathrm{\γ}}{\mathrm{\π}})$

其中，γ为油水界面进入套管的角度,R为该水平井阵列持率计持率所处管道的内径，A为与套管尺寸相关的常数，Yw为该水平井阵列持率计的持率。