基于HFAIT的水平井油水两相成像研究

摘要：水平井油水两相流动成像测井技术是当今石油工业中一项至关重要的动态监测技术。它通过先进的传感器阵列和成像算法，直观地“看见”水平井筒内油、水等流体的分布与流动状态，为解决水平井产液剖面评价难题提供了强大工具。这项技术之所以重要，是因为随着油气田开发进入中后期，水平井和大斜度井已成为提高采收率的主要手段。然而，在水平井段中，由于重力作用，油、水、气等多相流体容易发生分离，形成复杂的流型，传统测井方法难以准确识别和计量。成像测井技术则能有效解决这一问题。为了研究水平井油水两相流动产出剖面解释方法，以HFAIT流动成像仪为例展开研究。通过HFAIT流动成像仪连续测量，测得水平段的流体流动数据，进行数据分析解释评价，开展测井解释并求取单井生产剖面分布，以明确位于克百断裂带斜坡区二叠系下乌尔禾组P2w32多级压裂水平井水平段产出剖面分布特点，落实各压裂段及射孔簇产出分布特征，确定水平段各射孔层的产量与产液剖面，确定主产油层和产水层。

关键词：水平井；油水两相流动成像测井；HFAIT流动成像仪；水平井水平段产出剖面

1.前言

流动成像测井仪器能够“看见”井筒内流体（油、气、水）的分布和流动状态，这对于了解油井的生产情况至关重要。其核心原理是利用阵列式传感器，通过测量流体介电特性或电导特性的差异来区分不同流体，并借助成像算法重建出流体截面的分布图像，最终结合流速测量实现流量计算。其中HFAIT是中文通常译为“高分辩率流体阵列成像测井仪”。其核心原理可以概括为：利用多个高精度的电学传感器组成阵列，通过测量井筒内流体电学性质的时空变化，结合先进的反演成像算法，直观地重建出流体截面的分布图像，并进一步计算出各相流体的流速和流量。

2.HFAIT阵列成像水平井测井技术

高分辨率探测是HFAIT最关键的技术创新。其探头通常由6个独立的翼板（Arms）组成，每个翼板上镶嵌有多个微小的电极。这些翼板通过推靠器紧贴井壁，形成一个覆盖井筒截面的传感器阵列。整个仪器最多可提供30个独立的局部电导率测量点（6个翼板×每个翼板5个电极），实现了对井筒一周的高空间分辨率采样。每个翼板可以独立伸缩，适应不规则井眼和水平井中常见的“倒三角”形状（油在上部，水在下部），确保传感器始终最接近流体。

2.1阵列式电容持率仪

阵列式电容持率仪简称CAT,主要由安装在柔性的伞形弹簧探臂上的12个微型电容传感器组成。12个相互独立的微电容传感器非常小,每一个探测臂都有独立的电路,分别测量、记录和传输各自的频率信号。根据在气、油和水中探头周围的电容值的不同,以此可确定井筒截面内指定区域的相态。

2.2阵列式电阻率持率仪

阵列电阻持率仪简称RAT，是一种用于石油生产测井，特别是在水平井和大斜度井中，通过测量井筒内流体电导率差异来识别水相并计算其持水率的仪器。它能够帮助确定井眼截面的持水率。

3.测井设计

将3mm和4.5mm生产制度下15m/min18m/min、20m/min测井速度进行上提和下放测量，仪器下放至遇阻点。5月29日下午14点到井，19:35仪器下放至2850m后关井半小时后下放测井温3689m处。然后开始以15、18、20m/min速度上提下放测量6趟。6月1日3:30关井1小时后从3675m上提采集井温数据，08:30仪器提出井口。

4.深度校正与数据质量控制

4.1深度校正

本次深度校正以水平完井中的GR为基准参考曲线，将HFAIT不同测速中的GR曲线作为待校深曲线，分别对3mm油嘴生产制度和4.5mm油嘴生产制度（测量速度15m/min、18m/min、20m/min）测井曲线进行深度校正。

4.2数据质量控制

测试前，对流动成像仪的涡轮转动状态、持率仪的响应状态进行了检查和标定，在仪器功能状态正常的情况下进行流动剖面测试，实现数据质量控制。在井筒流动基本稳定时进行3mm油嘴、4.5mm油嘴工作制度测井，保持连续油管以均匀测量速度上提下放仪器，可使井下仪器串在测量过程中基本处于居中状态，提高测井采集数据质量。

分析测量井段内（2872-3689m），温度、压力及阵列流量、阵列电阻率曲线反映较好，具有较好的一致性和对应性，能够反映井筒产层的生产状况，测井曲线质量满足解释评价要求。

4.3质量判定

综上所述3mm油嘴生产制度和4.5mm油嘴生产制度分别以测速15、18、20m/min上提、下放测量共12趟，曲线的一致性较好，能够反映井筒产层产出状况，测井曲线质量合格，能够满足解释评价要求。

5.产出剖面定性分析

5.1井温和压力分析

（1）在3mm油嘴工作制度下记录了测速15m/min、18m/min、20m/min上提-下放测量数据，流体温度71.15～71.93℃、流压30.79～30.98MPa左右，井筒为油水两相流动。分析如下：①当地层中有流体进入井筒，流体温度差异会导致井筒中的流体温度发生变化，进而被温度探头捕捉到。各趟的流体温度重复性相对较好。②水平井压力曲线变化受井眼轨迹变化的影响。温度曲线有4处存在拐点，依据此特征第1、3、6、10级产出贡献较大，判断为本井主力产层范围；其它井段井温变化相对较小，为该井的次产或微产层段。

（2）在4.5mm油嘴工作制度下记录了测速15m/min、18m/min、20m/min上提-下放测量数据，流体温度71.31～71.94℃、流压30.74～30.93MPa左右，井筒中为油水两相流动。分析如下：①当地层中有流体进入井筒，流体温度差异会导致井筒中的流体温度发生变化，进而被温度探头捕捉到用于产层分析；②温压曲线变化与3mm油嘴基本一致。温度曲线在第1、3、6、10级存在明显拐点，依据此特征第1、3、6、10级产出贡献较大，判断为本井主力产层范围；其它井段井温变化相对较小，为该井的次产或微产层段。

5.2持率分析

（1）在3mm油嘴工作制度下，将各持率探头进行成像，分析如下：持水率变化范围0.84-1，部分井段出现波动，由于井斜、仪器结构与流体粘度多种因素导致。依据此特征判断储层主要以产水为主。

（2）在4.5mm油嘴工作制度下，将各持率探头进行成像，分析如下：持水率变化范围0.88-1，部分井段出现波动，由于井斜、仪器结构与流体粘度多种因素导致。依据此特征判断储层主要以产水为主。

5.3涡轮流量分析

（1）在3mm油嘴工作制度下，因阵列涡轮在第3、6、10级射孔层转速明显增大，依据此特征判断第3、6、10级射孔段产出贡献较多。

（2）在4.5mm油嘴工作制度下，阵列涡轮与3mm油嘴工作制度下基本一致在第3、6、10级射孔层转速明显增大，依据此特征判断第3、6、10级射孔段产出贡献较多。

6产出剖面定量评价

（1）涡轮交会。基于测试阶段SPIF阵列流量、DFHF阵列电阻、井筒温度、压力等变化，结合水平段油层物性、井身轨迹、涡轮变化趋势及含油性的分布特点，综合划定3mm油嘴、4.5mm油嘴工作制下，确定5段涡轮刻度区间，采用上下测涡轮流量交会法得到各探头流体速度，进而计算平均速度和流量。井筒内流体以油水两相层状流动为主，持水率剖面呈现油水层状流动分布特征，流体流动速度剖面呈现不均匀分布状态。

（2）阵列涡轮-持水率计算。采用水平井分层流动模型，对井斜、流型等影响因素进行校正，以涡轮成像、持水率成像为主进行产出剖面定量解释，得到每个射孔段簇的产液量和含水率。3mm油嘴生产情况下：主要产液层分布在第1、3、6、9、10级级射孔层，产液不均匀；主要产水层及产油层为第10级，含水率96.22%。4.5mm油嘴生产情况下：主要产液层分布在第1、3、6、9、10、13级射孔层；主要产水层及产油层为第10级，含水率96.96%。对比3mm油嘴和4.5mm油嘴解释结果：①主产层段未发生明显改变，但4.5mm油嘴时产量增加。②3mm油嘴井口含水率（96.79%）与4.5mm油嘴生产制度（96.34%）基本一致。③4.5mm油嘴生产流压（平均30.83MPa）略小于3mm油嘴（平均30.88MPa），相差0.05Mpa。

7.结论

（1）阵列涡轮和阵列电阻能测量井筒截面不同位置的流体速度及持率分布，反映水平井油水两相井筒流体流动状态，确定水平井有效生产层段。

（2）两种生产制度的解释结果均表明产层动用不均匀，产液层基本一致，主产液层是第10级（产液占比大于60%），次产层为第1、3、6级。计算含水率基本一致（3mm油嘴96.79%，4.5mm油嘴96.34%）。

（3）两种生产制度解释产量相差不大（3mm油嘴43.48方/天，4.5mm油嘴49.95方/天），流压基本一致（相差0.05MPa），3mm油嘴生产制度较为合理。

参考文献

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