光纖傳感技術(shù)在石油測(cè)井中的應(yīng)用進(jìn)展(下)
(3)多相流監(jiān)測(cè)
為了做好油藏監(jiān)控和油田管理,最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是獲得生產(chǎn)井和注水井穩(wěn)定可信的總流量剖面和各相流體的持率。然而,大多數(shù)油井分層開采,每層含水量不同,而且有時(shí)流速較大,給利用常規(guī)生產(chǎn)測(cè)井設(shè)備測(cè)量和分析油井的生產(chǎn)狀況帶來(lái)了巨大的困難。液體在油管中的摩阻和從油藏中向井筒內(nèi)的噴射使得壓差密度儀器無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量,電子探頭更是無(wú)法探測(cè)到液體中的小油氣泡。
光纖測(cè)量多相流有兩種方法,第一種是美國(guó)斯倫貝謝公司的持氣率光纖傳感儀,該儀器能直接測(cè)量多相流中持氣率。其四個(gè)光纖探頭均勻地分布在井筒的橫剖面中,其空間取向方位可用一個(gè)集成化的相對(duì)方位傳感器準(zhǔn)確測(cè)量,在氣液混合物中,通過(guò)探頭反射的光信號(hào)來(lái)確定持氣率和泡沫數(shù)量(這二者與氣體流量相關(guān)聯(lián))。此外,利用每個(gè)探頭的測(cè)量值來(lái)建立一種井中氣體流動(dòng)的圖像,這些圖像資料特別適用于斜井和水平井,可以更好地了解多相流流型以及解釋在傾斜條件下這些流型固有的相分離。最近,這種儀器已在世界各地成功地進(jìn)行了測(cè)井實(shí)驗(yàn)。它提供的資料能直接測(cè)定和量化多相混合物中氣體和液體,能準(zhǔn)確診斷井眼問(wèn)題,并有助于生產(chǎn)調(diào)整。儀器通過(guò)了三口井的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
第二種是通過(guò)測(cè)量聲速來(lái)確定兩相混合流的相組分,因?yàn)榛旌狭黧w的聲速與各單相流體的聲速和密度具有相關(guān)性,而這個(gè)相關(guān)性普遍存在于兩相氣/液和液/液混合流體系統(tǒng)中,同時(shí)也適用于多相混合流系統(tǒng)。根據(jù)混合流體的聲速確定各相流體的體積分?jǐn)?shù),就是測(cè)量流過(guò)流量計(jì)的各單相體積分?jǐn)?shù)(即持率測(cè)量)。某一流體相持率是否等于該相流動(dòng)體積分?jǐn)?shù),取決于該相相對(duì)于其它相是否存在嚴(yán)重的滑脫現(xiàn)象。對(duì)于不存在嚴(yán)重滑脫的油水兩相混合流系統(tǒng),可以用均勻流動(dòng)模型進(jìn)行分析;對(duì)于存在嚴(yán)重滑脫現(xiàn)象的流動(dòng)狀態(tài),則必須應(yīng)用更完善的滑脫模型來(lái)解釋流量計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù),才能準(zhǔn)確地確定各相的流量。經(jīng)流動(dòng)循環(huán)實(shí)驗(yàn)表明:對(duì)于油水混合流體,流量計(jì)的長(zhǎng)波長(zhǎng)聲速測(cè)量可以確定各相體積分?jǐn)?shù)(即持率),而不受流動(dòng)非均質(zhì)性(如層狀流動(dòng))的影響。
CiDRA公司挖掘了光纖傳感器內(nèi)在的優(yōu)勢(shì),開發(fā)了井下光相多相流傳感器。目前的樣品只局限在測(cè)量準(zhǔn)均勻流體:如油、水兩相或油、水、氣三相(氣相體積份數(shù)小于20)。為了考察這種新型的光纖多相流傳感器在生產(chǎn)井中測(cè)量油/水/氣三相的性能,CiDRA最近在一口測(cè)試井進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在測(cè)試井中混合了油、水和氣體,混合物包括粘度為32API的油、7礦化度的水和礦廠天然氣(甲烷),測(cè)試溫度100oF,壓力<2.75MPa。在0~100含水率范圍內(nèi),儀器測(cè)量誤差小于±5,精度滿足要求。該流量計(jì)能夠確定原油和鹽水混合物中的持水率,在持水率全量程中其誤差為±5以內(nèi),滿足生產(chǎn)要求。而且除了能夠測(cè)量持水率之外,該儀器還測(cè)試了三相中氣體的體積含量,只是測(cè)試中油水的比例已知。結(jié)果表明,該儀器能夠求出以泡沫流流出型出現(xiàn)的液體中的氣體體積百分?jǐn)?shù)。
2.聲波測(cè)量
與過(guò)去相比,勘探開發(fā)公司如今面臨更大的風(fēng)險(xiǎn)和更復(fù)雜的鉆井環(huán)境,因此獲得準(zhǔn)確的地層構(gòu)造圖和油藏機(jī)理具有重要意義。目前使用的地震測(cè)量方法,如拖曳等浮電纜檢波器組、臨時(shí)海底布放地震檢波器和井下電纜布放地震檢波器等,能提供目的產(chǎn)油區(qū)域的測(cè)量,但這些方法具有相對(duì)高的作業(yè)費(fèi)用,不能下入井內(nèi)或受環(huán)境條件的限制等,而且提供的圖像不全面、不連續(xù),分辨率不是很高,因此難于實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
基于光纖的井下地震檢波器系統(tǒng)能夠解決這些問(wèn)題,它能提供整個(gè)油井壽命期間永久高分辨率四維油藏圖像,極大方便了油藏管理。這種井下地震加速度檢波器能接收地震波,并將其處理成地層和流體前緣圖像。
永久井下光纖3分量地震測(cè)量具有高的靈敏度和方向性,能產(chǎn)生高精度空間圖像,不僅能提供近井眼圖像,而且能提供井眼周圍地層圖像,在