一种基于环形阵列探针测量的页岩油产量解释方法

1.本发明涉及石油开发中的动态监测技术领域，尤其涉及一种基于环形阵列探针测量的页岩油产量解释方法。


背景技术：

2.国内页岩油资源储量丰富，是重要的非常规油气藏资源之一，具有较高的开采价值，但是目前对页岩油单个产出层产量的解释方法研究很少。页岩油储层开采时，主要采用水平井钻井、分段水力压裂和多级射孔，存在产出层位多、单层产量低、油水同出、含水率变化范围广、井筒内油水流动状态复杂，致使现有单一的持率探针、单一的涡轮流量测井采集参数少、误差大，不能准确识别井筒内油水流动的实际情况，造成页岩油单层产量解释效果差、精度低等问题。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明公开了一种基于环形阵列探针测量的页岩油产量解释方法，利用环形阵列持率仪、改进后的环形阵列涡轮在页岩油井中的产出剖面测试资料，对多趟测速下持率和流量进行综合解释。
4.为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
5.一种基于环形阵列探针测量的页岩油产量解释方法，包括如下步骤：
6.s1：建立多测速测井数据库；
7.s2：环形阵列探针进行位置校正；
8.s3：环形阵列持率仪数据处理及持率成像；
9.s4：环形涡轮流量计数据处理及速度成像；
10.s5：计算pvt物性参数；
11.s6：构建漂流模型；
12.s7：计算井下多个产出层的累加产量和各层净产量；
13.s8：将累加产量和各层净产量换算至地面流量数据。
14.可选地，步骤s1中，建立多测速测井数据库的步骤，包括：
15.s11收集现场测井数据，包括各个探针响应数据、旋转角度、井斜数据、井径数据、井筒内温度和压力数据、地面单日产量数据、井筒射孔数据；
16.s12根据压裂段、射孔簇、各个探针测量数据、井筒内温度和压力曲线数据的特征选取层段作为解释层，分层段进行曲线取值。
17.可选地，步骤s2中，环形阵列探针进行位置校正的步骤中，环形阵列探针包括环形阵列电容探针cat和环形阵列电阻探针rat，其中，环形阵列电容探针cat位置校正包括：
18.定义x、y轴方向，并定义1号探针的起始方向在y轴正方向，各个探针等间距分布在环形仪器各处，环形阵列电容探针cat在井筒截面的位置校正后为：
[0019][0020][0021]
式中，cal为井筒直径，单位为mm；catrot为环形阵列电容探针cat的旋转角度，单位为rad；roti是第i个探针的起始角度，单位为rad。
[0022]
可选地，步骤s3中，环形阵列持率仪数据处理及持率成像的步骤，包括：
[0023]
s31根据环形阵列持率仪各个探针的标定值，计算出该探针周围的局部持水率值，其中，环形阵列电容探针cat的局部持水率计算公式为：
[0024][0025]
式中，y
wi
为环形阵列电容cat第i个探针的局部持水率；cpsi为环形阵列电容cat第i个探针的原始响应值，单位为cps；cpswi为环形阵列电容cat第i个探针在纯水中的响应值，单位为cps；cpsoi为环形阵列电容cat第i个探针在纯油中的响应值，单位为cps；
[0026]
环形阵列电阻探针rat的局部持水率计算公式为：
[0027][0028]
式中，y
wi
为环形阵列电阻rat第i个探针的局部持水率；cpsi为环形阵列电阻rat第i个探针的原始响应值，单位为cps；cpswi为环形阵列电阻rat第i个探针在纯水中的响应值，单位为cps；σ
i2
为环形阵列电阻探针rat第i个探针原始响应值的标准差；
[0029]
s32对环形阵列电容探针cat、环形阵列电阻探针rat的局部持水率进行插值，将井筒截面视为一个实际井筒直径大小的圆，对该圆进行网格划分；通过局部持水率对其他网格插值，计算得到当前测速下井筒截面的平均持水率；最后对多个测速数据计算的井筒截面持水率加权累加，得到多趟测速下井筒截面的平均持水率；
[0030]
s33绘制持率二维成像图，将每个解释层的油水分布可视化表达出来，将当前解释层油水两相分布情况直观化。
[0031]
可选地，步骤s4中，环形涡轮流量计数据处理及速度成像的步骤，包括：
[0032]
s41对阵列涡轮流量计的各个涡轮的响应值与对应的电缆速度进行交会；
[0033]
涡轮电缆响应关系在x轴上的响应截距为视流体速度va，根据涡轮交会的斜率k、va和涡轮流量计的各个探针在纯油纯水下标定的响应值、涡轮启动速度v
ti
，计算得到涡轮的局部平均流速，公式如下：
[0034][0035]
式中，v
fi
为第i个涡轮覆盖区域的流体流速，单位为m/s；rpsi为第i涡轮响应值，单位为rps；ki为第i涡轮的响应斜率；v
ti
为第i涡轮响应关系在x轴上的响应截距，即启动速度，单位为m/s；v
lspd
为拉测速度，即电缆速度，通常上测时记为负，下测时记为正，单位为m/min；
[0036]
s42假定井筒中相同高度的流体流速相同，将各个涡轮全部投影到井筒截面中垂
线上，采用多项式拟合涡轮所在不同高度点的局部流速，得到一条拟合曲线，然后对所述拟合曲线在垂直方向上进行积分，该井筒截面多相流的平均流速计算公式如下：
[0037][0038]
式中，为井眼平均流速；r为井筒内径，单位为mm；其中f(h)是对各个涡轮探针的局部流速与涡轮投影到中垂线上的高度进行拟合所获得的多项式；h为井筒截面中的高度，单位为mm，该多项式以各涡轮所在高度(h)为自变量，该涡轮的转速所表征的流速(v)为因变量；
[0039]
s43将井筒截面的平均流速可视化，直观观察该截面中流体的流速变化，对井筒截面的速度成像采用网格插值法，对阵列涡轮流量计所在网格赋予公式(5)中计算的局部流速，通过已经赋值的网格对其他网格进行插值。
[0040]
可选地，步骤5中，流体pvt物性参数在生产测井解释中主要用来确定解释层的持率、滑脱速度，影响着生产测井解释的结果。通过pvt物性参数的计算，可以确定测井中多相流的相态以及完成井下产量向地面产量的换算。
[0041]
可选地，步骤s6中，构建漂流模型的步骤，包括：
[0042]
s61通过水的密度、油的密度、重力加速度、油水两相的表面张力，计算单个泡在无穷连续相中的速度极限u
∞
；
[0043]
s62通过数据点在泡径指数n取不同值时的分布情况，分别确定环形阵列电容探针cat和环形阵列电阻探针rat对应的泡径指数n；
[0044]
s63漂流模型为：
[0045]
ud＝c0um u
dj
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0046]udj
＝c0um u
∞
(1-yd)nꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0047]
式中，ud指分散相的相速度；c0是相分布系数，通过c0与yw拟合得出c0，作为漂流模型的变异系数；um是油水两相的混合流速；u
∞
为单个泡在无穷连续相中的速度极限；u
dj
是分散相的漂移速度。
[0048]
可选地，步骤7中，通过平均持率数据、平均流速数据、pvt物性参数计算结果由公式(7)、公式(8)建立漂流模型，计算井下累加产量。
[0049]
可选地，步骤s8中，每个解释层计算的产量为累加产量，单一解释层净产量为该解释层累加产量与其相邻且深度值更大的解释层的累加产量之差。
[0050]
本发明的有益效果是，
[0051]
1、本发明针对页岩油产出层多、单层产量低的特点，采用环形阵列持率仪和环形阵列涡轮流量计组合的环形阵列探针仪器进行采集数据，对采集的数据进行综合解释，可以实现动态显示井筒中油水两相流动状态的持率成像、速度成像，并准确找出主产层，精确计算各个主产层油相流量和水相流量，为页岩油的高效开发提供了技术支持。
[0052]
2、本发明中，利用环形阵列电容探针和环形阵列电阻探针可以有效识别从低含水率到高含水率的油水界面识别、局部持率及平均持率的测量，结合插值成像算法，得到油水在井筒流动时的持率二维成像；利用增大涡轮叶片直径后的环形涡轮流量计可以实现井筒中不同位置处局部速度和平均速度的测量，结合速度拟合算法，得到油水在井筒中流动的
速度分布规律，进而基于不同仪器组合和流型建立的漂流模型，有效用于页岩油单层油相和水相流量的精确计算。
附图说明
[0053]
图1为本发明的一种基于环形阵列探针测量的页岩油产量解释方法流程图；
[0054]
图2为本发明的环形阵列探针的结构图，其中，(a)为环形阵列电容探针或环形阵列电阻探针的结构示意图，(b)为环形阵列涡轮流量计的结构示意图；
[0055]
图3为本发明的环形阵列电容探针cat位置校正建立坐标系示意图；
[0056]
图4为本发明的环形阵列探针位置校正图，其中，a1、a2为环形阵列电容探针cat位置校正图，a1为位置校正前，a2为位置校正后，cat1为cat仪器的1号探针；b1、b2为改进后的环形阵列涡轮msat位置校正图，b1为位置校正前，b2为位置校正后，sat1为msat的1号涡轮；
[0057]
图5为本发明的井筒截面网格划分示意图；
[0058]
图6为本发明的持率二维成像图，其中，(a)为环形阵列电容cat持率二维成像，(b)为环形阵列电阻rat持率二维成像；
[0059]
图7为本发明的涡轮转速与电缆速度交会图；
[0060]
图8为本发明的速度二维成像图；
[0061]
图9为本发明的pvt物性参数计算流程图；
[0062]
图10为本发明的w井页岩油水两相解释成果图。
具体实施方式
[0063]
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。
[0064]
一种基于环形阵列探针测量的页岩油产量解释方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0065]
s1：建立多测速测井数据库；
[0066]
s2：环形阵列探针进行位置校正；
[0067]
s3：环形阵列持率仪数据处理及持率成像；
[0068]
s4：环形涡轮流量计数据处理及速度成像；
[0069]
s5：计算pvt物性参数；
[0070]
s6：构建漂流模型；
[0071]
s7：计算井下多个产出层的累加产量和各层净产量；
[0072]
s8：将累加产量和各层净产量换算至地面流量数据。
[0073]
可选地，步骤s1中，建立多测速测井数据库的步骤，包括：
[0074]
s11收集现场测井数据，包括各个探针响应数据、旋转角度、井斜数据、井径数据、井筒内温度和压力数据、地面单日产量数据、井筒射孔数据；环形阵列探针的结构如图2所示，包括环形阵列电容探针、环形阵列电阻探针和环形阵列涡轮三个部分，环形阵列电容探针为12个微型电容传感器等间距分布在井筒的径向截面上；环形阵列电阻探针与环形阵列电容探针相似，为12个微型电阻传感器等间距分布在井筒的径向截面上；环形阵列涡轮为6
个涡轮等间距分布在井筒的径向截面上；
[0075]
s12根据压裂段、射孔簇、各个探针测量数据、井筒内温度和压力曲线数据的特征选取层段作为解释层，分层段进行曲线取值。
[0076]
可选地，步骤s2中，环形阵列探针进行位置校正的步骤中，环形阵列探针包括环形阵列电容探针cat和环形阵列电阻探针rat，环形阵列电容探针cat、环形阵列电阻探针rat和和增大涡轮叶片直径、改进后的环形阵列涡轮msat在测量过程中，仪器会随着流速等的影响发生旋转，需要根据测量的旋转角度进行位置校正。环形阵列电阻探针rat校正思路与环形阵列电容探针cat一致。其中，环形阵列电容探针cat位置校正包括：
[0077]
定义x、y轴方向，如图3所示，并定义1号探针的起始方向在y轴正方向，12个探针等间距分布在环形仪器各处，环形阵列电容探针cat在井筒截面的位置校正后为：
[0078][0079][0080]
式中，cal为井筒直径，单位为mm；catrot为环形阵列电容探针cat的旋转角度，单位为rad；roti是第i个探针的起始角度，单位为rad。
[0081]
校正前后的环形阵列持率仪位置和环形阵列涡轮流量计位置如图4所示。
[0082]
可选地，步骤s3中，环形阵列持率仪数据处理及持率成像的步骤，包括：
[0083]
s31持率数据反映了当前解释层油水两相的比例，根据环形阵列持率仪各个探针的标定值，计算出该探针周围的局部持水率值，其中，环形阵列电容探针cat的局部持水率计算公式为：
[0084][0085]
式中，y
wi
为环形阵列电容cat第i个探针的局部持水率；cpsi为环形阵列电容cat第i个探针的原始响应值，单位为cps；cpswi为环形阵列电容cat第i个探针在纯水中的响应值，单位为cps；cpsoi为环形阵列电容cat第i个探针在纯油中的响应值，单位为cps；
[0086]
环形阵列电阻探针rat的局部持水率计算公式为：
[0087][0088]
式中，y
wi
为环形阵列电阻rat第i个探针的局部持水率；cpsi为环形阵列电阻rat第i个探针的原始响应值，单位为cps；cpswi为环形阵列电阻rat第i个探针在纯水中的响应值，单位为cps；σ
i2
为环形阵列电阻探针rat第i个探针原始响应值的标准差；
[0089]
s32对环形阵列电容探针cat、环形阵列电阻探针rat的局部持水率进行插值，将井筒截面视为一个实际井筒直径大小的圆，对该圆进行网格划分，如图5所示；通过局部持水率对其他网格插值，计算得到当前测速下井筒截面的平均持水率；最后对多个测速数据计算的井筒截面持水率加权累加，得到多趟测速下井筒截面的平均持水率，减小单趟测速仪器测量过程中出现“问题数据”情况的影响；
[0090]
s33绘制持率二维成像图，将每个解释层的油水分布可视化表达出来，将当前解释层油水两相分布情况直观化；
[0091]
某一解释层持率成像如图6所示，图中上层黑色为油，下层灰黑色为水，中间白色为油水两相态混合。根据计算的网格的持率数据，判断每个网格的持率值代表油相还是水相，然后据此进行持率的成像。
[0092]
可选地，步骤s4中，环形涡轮流量计数据处理及速度成像的步骤，包括：
[0093]
s41对阵列涡轮流量计的各个涡轮的响应值与对应的电缆速度进行交会，交会图如图7所示；
[0094]
涡轮电缆响应关系在x轴上的响应截距为视流体速度va，根据涡轮交会的斜率k、va和涡轮流量计的各个探针在纯油纯水下标定的响应值、涡轮启动速度v
ti
，计算得到涡轮的局部平均流速，公式如下：
[0095][0096]
式中，v
fi
为第i个涡轮覆盖区域的流体流速，单位为m/s；rpsi为第i涡轮响应值，单位为rps；ki为第i涡轮的响应斜率；v
ti
为第i涡轮响应关系在x轴上的响应截距，即启动速度，单位为m/s；v
lspd
为拉测速度，即电缆速度，通常上测时记为负，下测时记为正，单位为m/min；
[0097]
s42假定井筒中相同高度的流体流速相同，将各个涡轮全部投影到井筒截面中垂线上，采用多项式拟合涡轮所在不同高度点的局部流速，得到一条拟合曲线，然后对所述拟合曲线在垂直方向上进行积分，该井筒截面多相流的平均流速计算公式如下：
[0098][0099]
式中，为井眼平均流速；r为井筒内径，单位为mm；其中f(h)是对6个涡轮探针的局部流速与涡轮投影到中垂线上的高度进行拟合所获得的多项式，即点(v1,h1)、(v2,h2)、(v3,h3)、(v4,h4)、(v5,h5)、(v6,h6)这六个点在计算机中采用四阶多项式拟合得到，拟合代码为final polynomialcurvefitter fitter＝polynomialcurvefitter.create(4)；final double[]coeff＝fitter.fit(obs.tolist())，其中obs.tolist()为(v1,h1)、(v2,h2)、(v3,h3)、(v4,h4)、(v5,h5)、(v6,h6)六个点，coeff数组为h的n次方的系数，n为0，1，2，3，4；h为井筒截面中的高度，单位为mm，该多项式以各涡轮所在高度(h)为自变量，该涡轮的转速所表征的流速(v)为因变量；
[0100]
s43将井筒截面的平均流速可视化，直观观察该截面中流体的流速变化，对井筒截面的速度成像采用网格插值法，对阵列涡轮流量计所在网格赋予公式(5)中计算的局部流速，通过已经赋值的网格对其他网格进行插值；速度二维成像如图8所示，颜色越深表示流体流速越大。
[0101]
可选地，步骤5中，流体pvt物性参数在生产测井解释中主要用来确定解释层的持率、滑脱速度，影响着生产测井解释的结果。通过pvt物性参数的计算，可以确定测井中多相流的相态以及完成井下产量向地面产量的换算，在该实例井数据中，pvt物性参数的计算所需输入的参数、需选择的计算方法如图9所示。
[0102]
可选地，步骤s6中，漂流模型不仅考虑了相间的速度差异，而且考虑了井筒内混合浓度分布和速度分布的影响，在本实施例中采用漂流模型计算流量；构建漂流模型的步骤，包括：
[0103]
s61通过水的密度、油的密度、重力加速度、油水两相的表面张力，计算单个泡在无穷连续相中的速度极限u
∞
；
[0104]
s62通过数据点在泡径指数n取不同值时的分布情况，分别确定环形阵列电容探针cat和环形阵列电阻探针rat对应的泡径指数n；
[0105]
s63漂流模型为：
[0106]
ud＝c0um u
dj
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0107]udj
＝c0um u
∞
(1-yd)nꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0108]
式中，ud指分散相的相速度；c0是相分布系数，通过c0与yw拟合得出c0，作为漂流模型的变异系数；um是油水两相的混合流速；u
∞
为单个泡在无穷连续相中的速度极限；u
dj
是分散相的漂移速度。
[0109]
可选地，步骤7中，通过平均持率数据、平均流速数据、pvt物性参数计算结果由公式(7)、公式(8)建立漂流模型，计算井下累加产量。
[0110]
可选地，步骤s8中，将pvt物性参数的计算结果与计算的井下流量数据综合计算，将井下流量数据换算为地面流量数据。每个解释层计算的产量为累加产量，单一解释层净产量为该解释层累加产量与其相邻且深度值更大的解释层的累加产量之差。
[0111]
在该实例井中，将pvt物性参数计算结果中油和水的体积系数分别与井下油相和水流量相乘得出地面产油和产水量。
[0112]
虽然页岩油分层多产量少，但在该实例井的解释过程中能够准确地找出井下的主产层，计算的单层产量与总产量解释结果也比较准确，解释结果如图10所示，由电容、电阻探针和涡轮流量计的响应数据对选取的解释层进行分析，结合本发明的方法计算的产量与该实施例井分布式光纤dfa测井解释报告中产量大致相符。图中为方便查看，阵列电容探针、阵列电阻探针、阵列涡轮都只选择其中一个探针放入图中，up1代表电缆速度为-15m/min时各探针的数据，up2代表电缆速度为-20m/min时各探针的数据，up3代表电缆速度为-25m/min时各探针的数据，dn1代表电缆速度为10m/min时各探针的数据，dn2代表电缆速度为15m/min时各探针的数据，dn3代表电缆速度为20m/min时各探针的数据。
[0113]
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。