CN115992688B - 一种水平井油水两相界面混杂分层流时的持水率成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平井油水两相界面混杂分层流时的持水率成像方法，涉及石油开发动态监测技术领域，包括如下步骤：S1、油相、水相、油水混相范围划分；S2、油水混相范围持水率重构；S3、油水混相范围泡重构；S4、持水率成像。本发明对于水平井井筒油水两相，当油相和水相出现界面混杂分层流时，基于多个电阻探针测量的局部持水率信息和泡技术信息，采用油相、水相和油水混相范围内流体的持水率重构、泡数量和大小的重构，实现了混杂分层流的持水率成像，提高了井筒横截面上平均持水率的计算精度，有利于非常规油井产出剖面测试资料的精确解释。

Description

一种水平井油水两相界面混杂分层流时的持水率成像方法

技术领域

本发明涉及石油开发动态监测技术领域，尤其涉及一种水平井油水两相界面混杂分层流时的持水率成像方法。

背景技术

水平井油水两相流的流型多为光滑分层流和界面混杂分层流，但在国内页岩油、致密砂岩等非常规油井中，多为低产、高含水井；或者在海上高产油井中，井筒倾斜角度一般都是在80°至90°之间，上述情况致使井筒中油水分布，常常会以界面混杂分层流为主。由于目前大部分水平井流动成像测井仪器不能测量界面混杂时的油泡或水泡，所以在测井解释时，一般默认为井下的流型为光滑分层流，也即在持水率计算时利用单一的插值算法，强制将油水两相界面进行平滑处理，致使持水率成像效果与实际不符。此时，采用光滑分层流处理的方法会造成井筒横截面上持水率计算不准确，进而影响油相、水相分相流量的精确计算，导致水平井流动剖面评价产生误判。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种水平井油水两相界面混杂分层流时的持水率成像方法。本发明采用一种含有六个电阻探针的流动成像仪，既可以测量局部流体的持水率信息，同时可以记录通过各探针的油泡个数，这为界面混杂分层流进行准确持水率成像提供了技术支持；通过各电阻探针在单相流体(纯油、纯水)的标定值、油水两相中的测量值、以及油水混相范围内的泡计数曲线，实现了水平井油水两相界面混杂分层流时的持水率成像。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种水平井油水两相界面混杂分层流时的持水率成像方法，包括如下步骤：

步骤S1、油相、水相、油水混相范围划分；

步骤S2、油水混相范围持水率重构；

步骤S3、油水混相范围泡重构；

步骤S4、持水率成像。

可选地，步骤S1中，油相、水相、油水混相范围划分的步骤，包括：

步骤S11、计算各电阻探针的局部持水率

基于各电阻探针在纯油、纯水中的刻度值，计算各电阻探针的局部持水率，计算公式如式(1)：

式中，i为电阻探针的序号，从下至上依次为0-5；Y_Wi为第i个电阻探针的局部持水率；DFHF_i为第i个电阻探针在油水两相中的原始响应值；DFHF_w为第i个电阻探针在纯水中的响应值；DFHF_o为第i个电阻探针在纯油中的响应值；

步骤S12、对井筒横截面建立坐标系、划分网格

油水两相沿井筒自右向左流动，选取某一深度位置上的井筒横截面建立坐标系，坐标轴X轴和Y轴均与流体流动方向垂直，其中，Y轴为铅垂方向，X轴垂直于流体流动方向和Y轴；经对整个圆形井筒横截面进行网格剖分，结合仪器出厂时各电阻探针的距离关系和电阻探针偏离垂直方向的旋转角度，确定各电阻探针在井筒中所处的位置，进而结合各电阻探针的局部持水率数值，来判断每个探针测量的流体是油相、水相或油水混合相；

步骤S13、电阻探针位置校正

当仪器发生旋转时，各电阻探针在井筒截面上的高度计算方法，如式(2)所示：

式中，y_i′为第i个探针旋转后的高度，mm；CAL为井径，mm；y_i为仪器不发生旋转下第i个探针的高度，mm；ROT_i为第i个探针的旋转角度，°；

步骤S14、划分油水混相范围

基于各电阻探针的局部持水率和探针的高度进行划分油水混相范围。

可选地，步骤S14中，基于各电阻探针的局部持水率和探针的高度进行划分油水混相范围的步骤，包括：

步骤S141、设置两个处于0至1的常量a、b，当局部持水率大于a时判定此探针处于纯水中，当局部持水率小于b时判定此探针处于纯油中；

步骤S142、定义两个变量h_o、h_w，h_o初始值为CAL，h_w初始值为0，遍历各电阻探针，当Y_Wi>a，且y_i′>h_w，则令h_w＝y_i′，同理，当Y_Wi<b，且y_i′<h_o，则令h_o＝y_i′；

步骤S143、判定油相为高度从h_o(在持水率小于b的探针中，探针高度中最小的高度)至井筒截面顶部的部分，水相为高度从井筒截面底部至h_w(在持水率大于a的探针中，探针高度中最大的高度)的部分，油水混相范围为高度大于h_w并且小于h_o的部分。

可选地，步骤S2中，油水混相范围持水率重构的步骤，包括：

步骤S21、对油相范围内网格的持水率赋值为0，水相范围内网格的持水率赋值为1；

步骤S22、利用简单距离插值对油水混相范围内的网格的持水率进行赋值，在油水混相范围内任意一点P的持水率计算方法，如式(3)所示：

式中，h_p为P点的高度，mm，Y_w1为高度h_o处的探针的持水率，无量纲，Y_w2为高度h_w处的探针的持水率，无量纲；

步骤S23、由插值后网格的持水率作为概率对网格的持水率进行重构。

可选地，步骤S3中，油水混相范围泡重构的步骤，包括：

步骤S31、井筒横截面上进行泡计数，如式(4)所示：

式中，N(d)为测井深度为d米处，井筒横截面出现的泡个数；BF_i为该深度位置处，第i个电阻探针的泡计数曲线响应值；RS_i为第i个电阻探针仪器的截面面积；S为该深度位置处，井筒横截面的面积；

步骤S32、利用Random函数随机生成出现泡的位置，针对油水混相范围随机生成泡，当随机选中的位置处的持水率为0时，则生成油泡；当此处持水率为1时，则生成水泡；泡的直径计算，如式(5)所示：

式中，D为泡的直径，mm，Y_w为持水率，无量纲。

可选地，步骤S4中，持水率成像的步骤，包括：

根据网格的持水率进行绘图，网格持水率为0时，该网格对应油相，持水率为1时，该网格对应水相；利用面积权重法计算井筒截面的平均持水率，即油相网格的数量与单个网格面积的乘积与总网格面积的比值为该截面的平均持水率。

本发明的有益效果是，本发明对于水平井井筒油水两相，当油相和水相出现界面混杂分层流时，基于多个电阻探针测量的局部持水率信息和泡技术信息，采用油相、水相和油水混相范围内流体的持水率重构、泡数量和大小的重构，实现了混杂分层流的持水率成像，提高了井筒横截面上平均持水率的计算精度，有利于非常规油井产出剖面测试资料的精确解释。

附图说明

图1为本发明一种水平井油水两相界面混杂分层流时的持水率成像方法流程图；

图2为本发明井筒横截面网格划分示意图；

图3为本发明位置校正后电阻探针分布示意图；

图4为本发明油相、水相和油水混合相的范围划分示意图；

图5为本发明泡计数原理示意图；

图6为本发明持水率成像结果图；

图7为本发明平均持水率曲线对比图；

图8为本发明平均持水率计算结果与模拟实验关井持水率的对比。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

一种水平井油水两相界面混杂分层流时的持水率成像方法，采用一种覆盖全井眼横截面的六个电阻探针流动成像仪(以下统称为仪器)，同时测量局部流体的持水率信息和油泡个数，利用提出的持水率重构、泡重构等方法，实现水平井油水两相界面混杂分层流的持水率成像。流程如图1所示，首先，基于各电阻探针在纯油、纯水中的标定值，计算各电阻探针所处位置局部流体的持水率；其次，利用仪器的旋转角度、各电阻探针的局部持水率数值，划分油相、水相、油水混相的范围，并对各范围内的流体分别赋予不同的持水率；然后，根据仪器测量的泡计数曲线，对油水混相范围内的持水率进行概率重构，得出油水混相范围内油泡、水泡的数量和大小；最后，根据各范围的持水率进行井筒横截面上的持水率成像，直观还原显示油相和水相在井筒中的分布状态；具体地，包括如下步骤：

步骤S1、油相、水相、油水混相范围划分；

步骤S2、油水混相范围持水率重构；

步骤S3、油水混相范围泡重构；

步骤S4、持水率成像。

可选地，步骤S1中，油相、水相、油水混相范围划分的步骤，包括：

步骤S11、计算各电阻探针的局部持水率

基于各电阻探针在纯油、纯水中的刻度值，计算各电阻探针的局部持水率，计算公式如式(1)：

式中，i为电阻探针的序号，从下至上依次为0-5；Y_Wi为第i个电阻探针的局部持水率；DFHF_i为第i个电阻探针在油水两相中的原始响应值；DFHF_w为第i个电阻探针在纯水中的响应值；DFHF_o为第i个电阻探针在纯油中的响应值；

步骤S12、对井筒横截面建立坐标系、划分网格

如图2所示，油水两相沿井筒自右向左流动，选取某一深度位置上的井筒横截面建立坐标系，坐标轴X轴和Y轴均与流体流动方向垂直，其中，Y轴为铅垂方向，X轴垂直于流体流动方向和Y轴；经对整个圆形井筒横截面进行网格剖分，结合仪器出厂时各电阻探针的距离关系和电阻探针偏离垂直方向的旋转角度，确定各电阻探针在井筒中所处的位置，进而结合各电阻探针的局部持水率数值，来判断每个探针测量的流体是油相、水相或油水混合相；

步骤S13、电阻探针位置校正

仪器出厂时，6个电阻探针始终固定在一条直线上，当它们在铅垂方向上，认为仪器没有发生偏转，如图2所示。由于实际下井测量时，连续油管或电缆拖动仪器运动测量时，各电阻探针会偏离铅垂方向，偏离的角度(沿顺时针方向)为仪器旋转角度。当仪器发生旋转时，各电阻探针在井筒截面上的高度计算方法，如式(2)所示：

式中，y_i为第i个探针旋转后的高度，mm；CAL为井径，mm；y_i为仪器不发生旋转下第i个探针的高度，mm；ROT_i为第i个探针的旋转角度，°；位置校正后各探针的位置分布，如图3所示；

步骤S14、划分油水混相范围

基于各电阻探针的局部持水率和探针的高度进行划分油水混相范围。

可选地，步骤S14中，基于各电阻探针的局部持水率和探针的高度进行划分油水混相范围的步骤，如图4所示，包括：

步骤S141、设置两个处于0至1的常量a、b，当局部持水率大于a时判定此探针处于纯水中，当局部持水率小于b时判定此探针处于纯油中；

步骤S142、定义两个变量h_o、h_w，h_o初始值为CAL，h_w初始值为0，遍历各电阻探针，当Y_Wi>a，且y_i′>h_w，则令h_w＝y_i′，同理，当Y_Wi<b，且y_i′<h_o，则令h_o＝y_i′；

步骤S143、判定油相为A部分、水相为C部分、油水混相范围为B部分。假设a＝0.95，b＝0.05，其中Y_W0＝0.99、Y_W1＝0.97、Y_W2＝0.00、Y_W3＝0.00、Y_W4＝0.00、Y_W5＝0.00。定义两个变量h_o＝124、h_w＝0。位置校正后各电阻探针的高度为：y′₀＝16、y′₁＝40、y′₂＝61、y′₃＝82、y₄′＝94、y′₅＝105。因此，在油相范围为2号探针至井筒顶部，水相范围为0号电阻探针至井筒底部，油水混相范围为0号与2号电阻探针之间的部分。

可选地，步骤S2中，油水混相范围持水率重构的步骤，包括：

步骤S21、对油相范围内网格的持水率赋值为0，水相范围内网格的持水率赋值为1；

步骤S22、利用简单距离插值对油水混相范围内的网格的持水率进行赋值，在油水混相范围内任意一点P的持水率计算方法，如式(3)所示：

式中，h_p为P点的高度，mm，Y_w1为高度h_o处的探针的持水率，无量纲，Y_w2为高度h_w处的探针的持水率，无量纲；

步骤S23、由插值后网格的持水率作为概率对网格的持水率进行重构，利用Random函数为网格重新赋值为0或1。即当网格持水率值为0.2时，则此时给网格赋值为1的概率为20％。

可选地，步骤S3中，油水混相范围泡重构的步骤，包括：

步骤S31、在某一测量深度位置处，一秒钟内经过电阻探针时泡的个数，即为泡计数。当某个电阻探针测井响应值由低值到高值，再回落到低值时，表示泡计数为1。同时，若高值持续的时间越长，表明泡的直经越大，如图5所示，

井筒横截面上进行泡计数，如式(4)所示：

式中，N(d)为测井深度为d米处，井筒横截面出现的泡个数；BF_i为该深度位置处，第i个电阻探针的泡计数曲线响应值；RS_i为第i个电阻探针仪器的截面面积；S为该深度位置处，井筒横截面的面积；

步骤S32、利用Random函数随机生成出现泡的位置，针对油水混相范围随机生成泡，当随机选中的位置处的持水率为0时，则生成油泡；当此处持水率为1时，则生成水泡；泡的直径计算，如式(5)所示：

式中，D为泡的直径，mm，Y_w为持水率，无量纲。

可选地，步骤S4中，持水率成像的步骤，包括：

如图6所示，根据网格的持水率进行绘图，网格持水率为0时，该网格对应油相，持水率为1时，该网格对应水相；利用面积权重法计算井筒截面的平均持水率，即油相网格的数量与单个网格面积的乘积与总网格面积的比值为该截面的平均持水率。

如图7所示，为利用本发明方法计算的持水率曲线与国外软件处理的持水率曲线对比图，其中，实线为本发明方法生成的持水率曲线，虚线为国外软件处理生成的持水率曲线，从图中可以看出，本发明方法计算的持水率与国外软件处理结果基本一致。

如图8所示，为基于多相流动实验环路进行的模拟实验测量数据与本发明方法计算的结果进行的对比。图8中，分别为井斜85°、88°，流量30、40、50m³/d，不同含水率条件下的关井持水率和本发明计算的持水率。可以看出：本发明计算的平均持水率与关井持水率之间的误差较小；并且在井斜85°时，绝对误差高于0.1的数量比井斜88°时更少，说明本方法在低流量大斜度井中更加适用。

针对非常规油井，水平井井筒内容易出现油水界面混杂流动的复杂流型。本发明利用阵列电阻探针测量的持水率响应曲线、泡计数曲线，实现了水平井油水两相界面混杂分层流时的持水率成像，提高了平均持水率的计算精度，为非常规水平油井的高效开发提供了技术支持。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种水平井油水两相界面混杂分层流时的持水率成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、油相、水相、油水混相范围划分；

步骤S2、油水混相范围持水率重构；

步骤S3、油水混相范围泡重构；

步骤S4、持水率成像；

步骤S1中，油相、水相、油水混相范围划分的步骤，包括：

步骤S11、计算各电阻探针的局部持水率

基于各电阻探针在纯油、纯水中的刻度值，计算各电阻探针的局部持水率，计算公式如式(1)：

式中，i为电阻探针的序号，从下至上依次为0-5；Y_Wi为第i个电阻探针的局部持水率；DFHF_i为第i个电阻探针在油水两相中的原始响应值；DFHF_w为第i个电阻探针在纯水中的响应值；DFHF_o为第i个电阻探针在纯油中的响应值；

步骤S12、对井筒横截面建立坐标系、划分网格

油水两相沿井筒自右向左流动，选取某一深度位置上的井筒横截面建立坐标系，坐标轴X轴和Y轴均与流体流动方向垂直，其中，Y轴为铅垂方向，X轴垂直于流体流动方向和Y轴；经对整个圆形井筒横截面进行网格剖分，结合仪器出厂时各电阻探针的距离关系和电阻探针偏离垂直方向的旋转角度，确定各电阻探针在井筒中所处的位置，进而结合各电阻探针的局部持水率数值，来判断每个探针测量的流体是油相、水相或油水混合相；

步骤S13、电阻探针位置校正

当仪器发生旋转时，各电阻探针在井筒截面上的高度计算方法，如式(2)所示：

式中，y′_i为第i个探针旋转后的高度，mm；CAL为井径，mm；y_i为仪器不发生旋转下第i个探针的高度，mm；ROT_i为第i个探针的旋转角度，°；

步骤S14、划分油水混相范围

基于各电阻探针的局部持水率和探针的高度进行划分油水混相范围；

步骤S14中，基于各电阻探针的局部持水率和探针的高度进行划分油水混相范围的步骤，包括：

步骤S141、设置两个处于0至1的常量a、b，当局部持水率大于a时判定此探针处于纯水中，当局部持水率小于b时判定此探针处于纯油中；

步骤S142、定义两个变量h_o、h_w，h_o初始值为CAL，h_w初始值为0，遍历各电阻探针，当Y_Wi>a，且y_i ^′>h_w，则令h_w＝y_i ^′，同理，当Y_Wi<b，且y_i ^′<h_o，则令h_o＝y_i ^′；

步骤S143、判定油相为高度从h_o至井筒截面顶部的部分，水相为高度从井筒截面底部至h_w的部分，油水混相范围为高度大于h_w并且小于h_o的部分。

2.如权利要求1所述的一种水平井油水两相界面混杂分层流时的持水率成像方法，其特征在于，步骤S2中，油水混相范围持水率重构的步骤，包括：

步骤S21、对油相范围内网格的持水率赋值为0，水相范围内网格的持水率赋值为1；

步骤S22、利用简单距离插值对油水混相范围内的网格的持水率进行赋值，在油水混相范围内任意一点P的持水率计算方法，如式(3)所示：

式中，h_p为P点的高度，mm，Y_w1为高度h_o处的探针的持水率，无量纲，Y_w2为高度h_w处探针的持水率，无量纲；

步骤S23、由插值后网格的持水率作为概率对网格的持水率进行重构。

3.如权利要求1所述的一种水平井油水两相界面混杂分层流时的持水率成像方法，其特征在于，步骤S3中，油水混相范围泡重构的步骤，包括：

步骤S31、井筒横截面上进行泡计数，如式(4)所示：

式中，N(d)为测井深度为d米处，井筒横截面出现的泡个数；BF_i为该深度位置处，第i个电阻探针的泡计数曲线响应值；RS_i为第i个电阻探针仪器的截面面积；S为该深度位置处，井筒横截面的面积；

步骤S32、利用Random函数随机生成出现泡的位置，针对油水混相范围随机生成泡，当随机选中的位置处的持水率为0时，则生成油泡；当此处持水率为1时，则生成水泡；泡的直径计算，如式(5)所示：

式中，D为泡的直径，mm，Y_w为持水率，无量纲。

4.如权利要求1所述的一种水平井油水两相界面混杂分层流时的持水率成像方法，其特征在于，步骤S4中，持水率成像的步骤，包括：

根据网格的持水率进行绘图，网格持水率为0时，该网格对应油相，持水率为1时，该网格对应水相；利用面积权重法计算井筒截面的平均持水率，即油相网格的数量与单个网格面积的乘积与总网格面积的比值为该截面的平均持水率。