测井解释与生产测井-吴锡令生产测井原理与应用

测井解释与生产测井-吴锡令生产测井原理与应用测井解释与生产测井-吴锡令生产测井原理与应用

生产测井原理与应用

执笔：吴锡令

目录

1概述

2流动剖面测井方法

2.1流量测井

2.2温度测井

2.3压力测井

2.4密度测井

2.5持率测井

2.6流动成像测井

3生产动态测井分析

3.1测井系列选择

3.2流动剖面测井定性分析

3.3流动剖面测井定量解释

4剩余油监测

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4.1生产监测

4.2注入监测

5井间示踪监测

5.1井间示踪监测原理

5.2井间示踪监测技术

5.3示踪资料分析应用

1概述

生产测井是监测油气田开发动态的主要技术手段。根据测井目的和测量对象的不同，生产测井可以划分为三大测井系列：其一为流动剖面测井系列，测量的主要对象是井内流体，目的在于划分井筒注入剖面和产出剖面，评价地层的吸入或产出特性，找出射开层的水

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淹段和水源，研究油井产状和油藏动态；其二为储层监视测井系列，测量的主要对象是油气产层，目的在于划分水淹层，监视水油和油气界面的移动，确定地层压力和温度，评价地层含油或含气饱和度的变化情况；其三为采油工程测井系列，测量的主要对象是井身结构，目的在于检查水泥胶结质量，监视套管技术状况，确定井下水动力的完整性，评价酸化、压裂、封堵等地层作业效果。

在对油气田开发进行地球物理监测时，需要解决一系列互相关联的油矿地质问题。应用生产测井方法解决这些问题的可能性，与整个油藏开采的地质

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和工艺条件，单井结构和条件，产层的开采特性，方法对有用信号的灵敏度以及使用仪器的探测深度和工艺特性有关，因此需要组合应用几种互相补充的测井方法。这些组合根据监测(或检测)任务的需要，按井的类型(开采井、注入井、检查井)，井的工作方式(自喷井、气举井、机械抽油井或笼统注入井、分层注入井)，地层状况(孔隙度、水淹类型、水淹程度)，井中流体特性(相态、流量、含水)划分。每一种生产测井组合都包括主要的和辅助的方法。属于主要方法的是那些经过广泛试验，并有系列井下仪器产品保证的方法。辅助方法包括那些在用主要方法确信不能完全

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解决问题或对研究问题有辅助作用的方法。我国油田目前采用的生产测井系列的典型组合情况见表1。

每个油田在油田开发设计中，在典型组合和其它原则性文件的基础上，需要制定地球物理监测系统的具体要求，它一般包括以下问题：①地球物理监测的任务；②生产测井组合的主要方法和辅助方法；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生产测井解释所需要的辅助信息；⑦资料加工方

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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主要方法辅助方法

划分注入剖面

评价地层吸水特性笼统注水—

自来水

污水

涡轮流量计

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

井温计

氧活化水流测井

划分产出剖面

评价地层生产性质自喷井

气举井

—

油

水

气

井温计

压力计

流体密度计

持水率计

涡轮流量计

核流量计

自然伽马仪

接箍定位仪

井径仪机抽井—

油

气

水

测量项目同上

采用小直径仪器

过环空测量

监测油水界面、气油界面位移

划分水淹层

评价地层含油性金属套管

（未射

孔）

盐水水淹—

中子寿命测井仪

井温计

自然伽马仪

接箍定位仪

岩石密度仪淡水水淹—

次生伽马能谱仪

井温计

金属套管

（已射

孔）

盐水或

淡水水淹

油

气

水

脉冲中子测井仪

井温计

流量计

流体密度计

持水率计

非金属套

管

（未射

孔）

盐水或

淡水水淹

—

感应测井仪

侧向测井仪

补偿中子测井仪

自然伽马仪

确定管外

窜流

检测套管状况

检查地层作业效果金属套管

（已射

孔）

—

油

气

水

超声成像测井仪

管柱分析仪

噪声测井仪

井径仪

井温计

伽马仪

流量计

自然伽马仪

流体密度计

评价水泥金属套管——水泥胶结测井仪自然伽马仪

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胶结质量（未射

孔）超声成像测井仪

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，更重要的是监测评价油气藏开发动态不可或缺的资料来源。因此，除了对于出现问题的井应该及时进行检测，对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，还应该根据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。监测流体界面和评价含油气饱和度时，在观察井中和标准井网内的井中最好每半年测量一次。在注水井

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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解释评价的前提。测井之先必须根据油气田开发动态监测的需要，周密计划和安排测量项目，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用数控测量，测井仪器尺寸一般具有统一的规范，可以根据测井需要选择若干测量项目组合成一支仪器下井，测量信号可以多道控制和传输。需要注意的是，在选

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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。

2流动剖面测井方法

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动剖面，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价。

流动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、

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温度、压力等。因此，要想准确测量流动参数和正确分析流动剖面，一方面必须具备流体力学方面的基础知识，另一方面需要掌握测井原理及分析方法。

2.1流量测井

流量是表征油井动态变化和评价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动的流体。单位时间内流过某一流道截面的流体体积，取决于流体流动的速度。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

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轮流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况下使用。流量测井的特点通过测量与流动速度有关的物理量，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涡轮流量计测井

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

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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。

井下涡轮流量计多种多样，大致可以分为敞流式和导流式两种类型。敞流式流量计主要有连续流量计和全井眼流量计两种，其特点是可以稳定速度移动仪器，连续地沿井身进行测量流动剖面，可以在较宽的流量范围内使用。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）采用折叠式叶片，下井通过油

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管时合拢，测量时可以张开，反映流道截面上约80%的流体的流动，从而改善了测量性能。

导流式流量计主要有封隔式流量计、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，主要用于测量低流量的油气井。早先的导流式流量计采用皮囊封隔器（图3），封隔器易损坏，操作不方便。伞式流量计(图4)采用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。后来在金属伞的外面又加一个胀式密

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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，对于多油气层的井测试特别有用。

图1连续流量计图2全井眼流量计

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图3封隔式流量计

图4伞式流量计

2.1.1.1涡轮流量计工作原理

不同类型的

涡轮流量计，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则如图5所示，叶片数目一般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，按流动实验确定的理想数值变化。图4-5涡轮结构示意图

虽然涡轮变送器的结构各一，但涡轮流量计的工作原理相同，都是把经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，流体流动的能量作用在叶轮的螺旋形

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18叶片上，驱使叶轮旋转。假定流体是不可压缩的和涡轮材料是均匀的，根据动量矩守恒和转动定律，涡轮的动态方程式为

1noiidJMMdtω==-∑

（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。

当涡轮转速稳定时，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，则有稳态方程

193112iffrfMvtgrrvωαπρδ=-∑（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。于是，涡轮流量计的频率响应可简写为

()thNKvv=-

（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，并受流体性质影响；

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。

20式(3)称为涡轮流量计的理论方程。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影响，可将(2)式改写为

24ff

vtgCNrα

ππ=-

（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

12effffRCvLNμρ??∝=????