CN111997586B - 一种利用阵列流量测井获取水平井持水率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种利用阵列流量测井获取水平井持水率的方法，它包括如下步骤；①、根据套管内径、仪器外径、仪器在井筒中的位置和各个阵列流量探头的方位角，确定流体过流截面和哥哥阵列流量探头在过流截面的位置；②、根据过流截面的几何结构，将过流截面以轴心为原点建立直角坐标系，沿横向x轴和纵向y轴，将井筒半径等分为n份，将过流截面划分为若干网格，对描述井筒内粘性流体的纳维‑斯托克斯方程在过流截面的网格内进行有限差分；它克服了现有技术中油水分界面位于探头之间具体位置很难探测到，这样对于整个过流截面持水率的精确计算带来较大误差缺点，具有较传统的方法更准确、有效，更适合于水平井生产测井的动态评价的优点。

Description

一种利用阵列流量测井获取水平井持水率的方法
技术领域
本发明涉及到处理持水率的方法的技术领域，更加具体地是一种利用阵列流量测井获取水平井持水率的方法。
背景技术
在油田生产开发过程中，对油气井进行生产动态监测，特别是针对水平及大斜度井，都需要采用多探头阵列生产测井仪器进行测井，并对阵列成像生产测井数据进行处理，这个生产测井数据处理的核心之一是过流截面持水率的计算。
常规的生产测井仪器是直接测量油水有明显差异的物理参数(介电常数、导电率、密度等)来计算过流截面上的持水率。
针对水平井大多是分层流的流动状况下，测量油水有明显差异的物理参数的阵列持水率仪器是通过在过流截面上多个微小探头实现局部位置持水率的测量。通常采用4个、8个、12个微小探头来实现局部位置持水率的测量。
由于探头之间存在相当大距离的位置差，只能探测探头是在水中还是在油中的信息，油水分界面位于探头之间具体位置很难探测到，这样对于整个过流截面持水率的精确计算带来较大误差。
另外，常规持水率测井利用油水物理参数差异的持水率，其受流体矿化度和井眼影响较严重，因此需要找到一种新的可以代替常规电容或电导这类根据油水介质电学参数差异的测井曲线用于计算持水率的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出一种利用阵列流量测井获取水平井持水率的方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来实施的：一种利用阵列流量测井获取水平井持水率的方法，其特征在于：它包括如下步骤；
①、根据套管内径、仪器外径、仪器在井筒中的位置和各个阵列流量探头的方位角，确定流体过流截面和哥哥阵列流量探头在过流截面的位置；
②、根据过流截面的几何结构，将过流截面以轴心为原点建立直角坐标系，沿横向x轴和纵向y轴，将井筒半径等分为n份，将过流截面划分为若干网格，对描述井筒内粘性流体的纳维-斯托克斯方程(即N-S方程)在过流截面的网格内进行有限差分；将井筒截面沿 x轴和y轴上内径等分为n等份，井筒截面划分为若干网格，垂向和横向步长为
h＝Δx＝Δy＝2R/n (1)
对N-S方程进行有限差分，差分形式为
③、首先，预设流体压力Pz和过流截面油水分界面高度H’参数，过流截面油水分布示意图；针对过流截面划分的网格，采用高斯-塞德尔迭代算法计算每个网格点的流速V(i,j)；
然后，根据步骤1)中每个阵列流量探头的位置，读取其位置点的流速Vical(i＝1,2,3,4,5,6)；
最后，对比每个阵列流量探头位置处迭代计算的流体速度值Vcali(i＝1,2,3,4,5,6)与阵列流量探头的测量值Vfi(i＝1,2,3,4,5,6)，建立最优化目标函数
式中V＝(Pz,H)T为一个列向量；f(V)、ci(V)均为V的函数。ci(V)为约束条件；
通过在约束条件内流体压力Pz和过流截面油水分界面高度H’参数的调优变化，采用最小二乘优化算法对目标函数进行求解，只到模型计算的每个阵列流量探头位置出的流体速度值与探头的测量值接近，得到油水分界面的高度H；
④、分界面高度和持水率计算方法；
具体计算公式如下；由步骤③计算得到油水分界面高度H，由油水分界面高度H减去套管半径R得到油水分界面到井筒中心O的距离 ho，则
式中AΔ为油水分界面相对于井筒中心O的三角形面积；则油相所占截面积为
井筒过流截面的面积为
A＝π(R2-r2) (7)
如果油水分界面位于仪器之上，则油相所占截面积为Ao为，仪器全部在水中，则持水率为
如果油水分界面位于仪器中间，则油相所占截面积为Ao为，仪器部分在油中，部分在水中，则
仪器在油相所占截面积为
则持水率为
如果油水分界面位于仪器之下，则油相所占截面积为Ao为，仪器全部在油中，仪器在油中的面积为
ATo＝πr2 (12)
则持水率为
其中：R为井筒半径；仪器半径为r；ho为油水分界面相对于井筒中心O的高度(在井筒中心O点之上为正值，之下为负值)；α为油水分界面与井筒交点相对于井筒中心O的夹角；θ为油水分界面与仪器外边界交点相对于井筒中心O的夹角。
在上述技术方案中：油水分界面高度H即到井筒底部的高度。
本发明具有如下优点：1、本发明利用阵列流量测井获取持水率的计算方法，由于该方法不受流体矿化度和流体电学性质的影响，较传统的流体识别测井计算持水率的方法更准确、有效，更适合于水平井生产测井的动态评价。
附图说明
图1为阵列流量测井仪器的阵列探头结构与井眼过流截面几何结构关系图。
图2为过流截面进行网格划分图。
图3为井眼过流截面油水分界面高度示意图。
图4为阵列流量计速度场最优化计算结果图。
图5为实验刻度与阵列流量测井计算持水率效果对比图。
图6为过流截面几何结构图。
图7为油水分界面位于仪器之上时持水率详图。
图8为油水分界面位于仪器中间时持水率详图。
图9为油水分界面位于仪器之下时持水率详图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-5所示：一种利用阵列流量测井获取水平井持水率的方法，它包括如下步骤；
①、根据套管内径、仪器外径、仪器在井筒中的位置和各个阵列流量探头的方位角，确定流体过流截面和哥哥阵列流量探头在过流截面的位置；(如图1所示)
②、根据过流截面的几何结构，将过流截面以轴心为原点建立直角坐标系，沿横向x轴和纵向y轴，将井筒半径等分为n份，将过流截面划分为若干网格，对描述井筒内粘性流体的纳维-斯托克斯方程(即N-S方程)在过流截面的网格内进行有限差分；将井筒截面沿 x轴和y轴上内径等分为n等份，井筒截面划分为若干网格，垂向和横向步长为
h＝Δx＝Δy＝2R/n (1)
对N-S方程进行有限差分，差分形式为
网格划分如图2所示。
③、首先，预设流体压力Pz和过流截面油水分界面高度H’参数，过流截面油水分布示意图；针对过流截面划分的网格，采用高斯-塞德尔迭代算法计算每个网格点的流速V(i,j)；
然后，根据步骤1)中每个阵列流量探头的位置，读取其位置点的流速Vical(i＝1,2,3,4,5,6)；
最后，对比每个阵列流量探头位置处迭代计算的流体速度值Vcali(i＝1,2,3,4,5,6)与阵列流量探头的测量值Vfi(i＝1,2,3,4,5,6)，建立最优化目标函数
式中V＝(Pz,H)T为一个列向量；f(V)、ci(V)均为V的函数。ci(V)为约束条件；
通过在约束条件内流体压力Pz和过流截面油水分界面高度H’参数的调优变化，采用最小二乘优化算法对目标函数进行求解，只到模型计算的每个阵列流量探头位置出的流体速度值与探头的测量值接近，得到油水分界面的高度H；计算效果如图4所示。
④、分界面高度和持水率计算方法；
具体计算公式如下；由步骤③计算得到油水分界面高度H，油水分界面高度H即到井筒底部的高度；由油水分界面高度H减去套管半径R得到油水分界面到井筒中心O的距离ho，则
式中AΔ为油水分界面相对于井筒中心O的三角形面积；则油相所占截面积为
井筒过流截面的面积为
A＝π(R2-r2) (7)
如果油水分界面位于仪器之上，详见图7，则油相所占截面积为 Ao为，仪器全部在水中，则持水率为
如果油水分界面位于仪器中间，详见图8所示，则油相所占截面积为Ao为，仪器部分在油中，部分在水中，则
仪器在油相所占截面积为
则持水率为
如果油水分界面位于仪器之下，详见图9所示；则油相所占截面积为Ao为，仪器全部在油中，仪器在油中的面积为
ATo＝πr2 (12)
则持水率为
持水率具体计算效果见图5，计算结果和实验比对见图6。
其中：R为井筒半径；仪器半径为r；ho为油水分界面相对于井筒中心O的高度(在井筒中心O点之上为正值，之下为负值)；α为油水分界面与井筒交点相对于井筒中心O的夹角；θ为油水分界面与仪器外边界交点相对于井筒中心O的夹角。
上述未详细说明的部分均为现有技术。

Claims (2)

1.一种利用阵列流量测井获取水平井持水率的方法，其特征在于：它包括如下步骤；
①、根据套管内径、仪器外径、仪器在井筒中的位置和各个阵列流量探头的方位角，确定流体过流截面和各个阵列流量探头在过流截面的位置；
②、根据过流截面的几何结构，将过流截面以轴心为原点建立直角坐标系，沿横向x轴和纵向y轴，将井筒半径等分为n份，将过流截面划分为若干网格，对描述井筒内粘性流体的纳维-斯托克斯方程，在过流截面的网格内进行有限差分；将井筒截面沿x轴和y轴上内径等分为n等份，井筒截面划分为若干网格，垂向和横向步长为
h＝Δx＝Δy＝2R/n (1)
对N-S方程进行有限差分，差分形式为
③、首先，预设流体压力Pz和过流截面油水分界面高度H’参数，过流截面油水分布示意图；针对过流截面划分的网格，采用高斯-塞德尔迭代算法计算每个网格点的流速V(i,j)；
然后，根据步骤1)中每个阵列流量探头的位置，读取其位置点的流速Vcali(i＝1,2,3,4,5,6)；
最后，对比每个阵列流量探头位置处迭代计算的流体速度值Vcali(i＝1,2,3,4,5,6)与阵列流量探头的测量值Vfi(i＝1,2,3,4,5,6)，建立最优化目标函数
式中V＝(Pz,H)T为一个列向量；f(V)、ci(V)均为V的函数；ci(V)为约束条件；
通过在约束条件内流体压力Pz和过流截面油水分界面高度H’参数的调优变化，采用最小二乘优化算法对目标函数进行求解，只到模型计算的每个阵列流量探头位置出的流体速度值与探头的测量值接近，得到油水分界面的高度H；
④、分界面高度和持水率计算方法；
具体计算公式如下；由步骤③计算得到油水分界面高度H，由油水分界面高度H减去套管半径R得到油水分界面到井筒中心O的距离ho，则
式中AΔ为油水分界面相对于井筒中心O的三角形面积；则油相所占截面积为
井筒过流截面的面积为
A＝π(R2-r2) (7)
如果油水分界面位于仪器之上，则油相所占截面积为Ao，仪器全部在水中，则持水率为
如果油水分界面位于仪器中间，则油相所占截面积为Ao，仪器部分在油中，部分在水中，则
仪器在油相所占截面积为
则持水率为
如果油水分界面位于仪器之下，则油相所占截面积为Ao，仪器全部在油中，仪器在油中的面积为
ATo＝πr2 (12)
则持水率为
其中：R为井筒半径；仪器半径为r；ho为油水分界面相对于井筒中心O的高度，在井筒中心O点之上为正值，之下为负值；α为油水分界面与井筒交点相对于井筒中心O的夹角；θ为油水分界面与仪器外边界交点相对于井筒中心O的夹角。
2.根据权利要求1所述的一种利用阵列流量测井获取水平井持水率的方法，其特征在于：油水分界面高度H即到井筒底部的高度。
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