【正文】 非線性，且受流體性質(zhì)變化影響較大；當(dāng)流體速度較高時(shí)，(4)式中右邊第二項(xiàng)變小，渦輪響應(yīng)近似線性，儀器常數(shù)K基本上不受流體粘度變化影響。s；L為葉片的軸向長(zhǎng)度，cm。為考察流體性質(zhì)變化對(duì)儀器常數(shù)和渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)閾值的影響，可將(2)式改寫為 （4）式中，Cf是阻止渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力系數(shù)。式(3)稱為渦輪流量計(jì)的理論方程。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)，假定渦輪軸承只有機(jī)械摩擦，流體粘滯摩擦只作用于葉片表面，則有穩(wěn)態(tài)方程 （2）式中，r—葉輪的平均半徑；α—葉片傾角；δr—葉片的厚度；ρf—流體體積密度；vf—流體沿葉輪旋轉(zhuǎn)軸方向的流速。當(dāng)流體軸向流經(jīng)變送器時(shí)，流體流動(dòng)的能量作用在葉輪的螺旋形葉片上，驅(qū)使葉輪旋轉(zhuǎn)。例如圖1所示的高靈敏度連續(xù)流量計(jì)，只有兩個(gè)“S”形葉片，高度10約cm，葉片上各點(diǎn)的間距角度不同，按流動(dòng)實(shí)驗(yàn)確定的理想數(shù)值變化。比如全井眼流量計(jì)的渦輪由四個(gè)可折疊的葉片構(gòu)成，而連續(xù)流量計(jì)的結(jié)構(gòu)則如圖5所示，葉片數(shù)目一般2～8個(gè)，葉片傾角30176。后來(lái)在金屬傘的外面又加一個(gè)脹式密封圈（又稱之為脹式流量計(jì)），克服了封隔器的易損和密封問(wèn)題，能用于氣流或液流，對(duì)于多油氣層的井測(cè)試特別有用。早先的導(dǎo)流式流量計(jì)采用皮囊封隔器（圖3），封隔器易損壞，操作不方便。為了改進(jìn)橫剖面測(cè)量，全井眼流量計(jì)（圖2）采用折疊式葉片，下井通過(guò)油管時(shí)合攏，測(cè)量時(shí)可以張開，反映流道截面上約80%的流體的流動(dòng)，從而改善了測(cè)量性能。敞流式流量計(jì)主要有連續(xù)流量計(jì)和全井眼流量計(jì)兩種，其特點(diǎn)是可以穩(wěn)定速度移動(dòng)儀器，連續(xù)地沿井身進(jìn)行測(cè)量流動(dòng)剖面，可以在較寬的流量范圍內(nèi)使用。記錄渦輪的轉(zhuǎn)速,便可推算流體的流量。軸上裝有磁鍵或不透光鍵，使轉(zhuǎn)速能被檢流線圈或光電管測(cè)出來(lái)。因此，要精確地測(cè)量流量，就必須明確測(cè)井信息與流量之間的理論或?qū)嶒?yàn)關(guān)系，正確地采集和分析測(cè)井信息。流量測(cè)井目前應(yīng)用最廣泛的是渦輪流量計(jì)測(cè)井和核流量計(jì)測(cè)井，其次是放射性示蹤測(cè)井和氧活化水流測(cè)井，電磁流量計(jì)、熱導(dǎo)流量計(jì)只在一些特定情況下使用。單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一流道截面的流體體積，取決于流體流動(dòng)的速度。 流量測(cè)井流量是表征油井動(dòng)態(tài)變化和評(píng)價(jià)油層生產(chǎn)特性的一個(gè)重要參數(shù)。流動(dòng)剖面測(cè)井屬于流體動(dòng)力學(xué)測(cè)量，測(cè)量參量包括速度、密度、持率、溫度、壓力等。需要注意的是，在選擇生產(chǎn)測(cè)井組合以及按井的類型分配工作目的層時(shí)，除考慮測(cè)井方法的原理適用性外，還必須考慮測(cè)井儀器的測(cè)量適應(yīng)性。測(cè)井之先必須根據(jù)油氣田開發(fā)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的需要，周密計(jì)劃和安排測(cè)量項(xiàng)目，針對(duì)具體問(wèn)題和條件，合理選擇和組合有關(guān)的生產(chǎn)測(cè)井方法。只有按合理的周期進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)井，才能保證資料的連續(xù)性、系統(tǒng)性和完整性，對(duì)油氣藏的開發(fā)動(dòng)態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)視。監(jiān)測(cè)流體界面和評(píng)價(jià)含油氣飽和度時(shí)，在觀察井中和標(biāo)準(zhǔn)井網(wǎng)內(nèi)的井中最好每半年測(cè)量一次。當(dāng)研究吸水剖面時(shí)，應(yīng)該間隔半年測(cè)量一次。表 1 油田開發(fā)監(jiān)測(cè)的生產(chǎn)測(cè)井組合監(jiān)測(cè)任務(wù)井的種類地層狀況井中流體主要方法輔助方法劃分注入剖面評(píng)價(jià)地層吸水特性籠統(tǒng)注水—自來(lái)水污水渦輪流量計(jì)電磁流量計(jì)核流量計(jì)井溫計(jì)自然伽馬儀接箍定位儀井徑儀壓力計(jì)分層注水—活化水伽馬儀井溫計(jì)氧活化水流測(cè)井劃分產(chǎn)出剖面評(píng)價(jià)地層生產(chǎn)性質(zhì)自噴井氣舉井—油水氣井溫計(jì)壓力計(jì)流體密度計(jì)持水率計(jì)渦輪流量計(jì)核流量計(jì)自然伽馬儀接箍定位儀井徑儀機(jī)抽井—油氣水測(cè)量項(xiàng)目同上采用小直徑儀器過(guò)環(huán)空測(cè)量監(jiān)測(cè)油水界面、氣油界面位移劃分水淹層評(píng)價(jià)地層含油性金屬套管（未射孔）鹽水水淹—中子壽命測(cè)井儀井溫計(jì)自然伽馬儀接箍定位儀巖石密度儀淡水水淹—次生伽馬能譜儀井溫計(jì)金屬套管（已射孔）鹽水或淡水水淹油氣水脈沖中子測(cè)井儀井溫計(jì)流量計(jì)流體密度計(jì)持水率計(jì)非金屬套管（未射孔）鹽水或淡水水淹—感應(yīng)測(cè)井儀側(cè)向測(cè)井儀補(bǔ)償中子測(cè)井儀自然伽馬儀確定管外竄流檢測(cè)套管狀況檢查地層作業(yè)效果金屬套管（已射孔）—油氣水超聲成像測(cè)井儀管柱分析儀噪聲測(cè)井儀井徑儀井溫計(jì)伽馬儀流量計(jì)自然伽馬儀流體密度計(jì)評(píng)價(jià)水泥膠結(jié)質(zhì)量金屬套管（未射孔）——水泥膠結(jié)測(cè)井儀超聲成像測(cè)井儀地層密度測(cè)井儀自然伽馬儀中子伽馬儀生產(chǎn)測(cè)井不僅是檢測(cè)了解井內(nèi)問(wèn)題的手段，更重要的是監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)油氣藏開發(fā)動(dòng)態(tài)不可或缺的資料來(lái)源。我國(guó)油田目前采用的生產(chǎn)測(cè)井系列的典型組合情況見表1。屬于主要方法的是那些經(jīng)過(guò)廣泛試驗(yàn)，并有系列井下儀器產(chǎn)品保證的方法。這些組合根據(jù)監(jiān)測(cè)(或檢測(cè))任務(wù)的需要，按井的類型(開采井、注入井、檢查井)，井的工作方式(自噴井、氣舉井、機(jī)械抽油井或籠統(tǒng)注入井、分層注入井)，地層狀況(孔隙度、水淹類型、水淹程度)，井中流體特性(相態(tài)、流量、含水)劃分。在對(duì)油氣田開發(fā)進(jìn)行地球物理監(jiān)測(cè)時(shí)，需要解決一系列互相關(guān)聯(lián)的油礦地質(zhì)問(wèn)題。生產(chǎn)測(cè)井原理與應(yīng)用執(zhí)筆：吳錫令目 錄1 概 述2 流動(dòng)剖面測(cè)井方法 流量測(cè)井 溫度測(cè)井 壓力測(cè)井 密度測(cè)井 持率測(cè)井 流動(dòng)成像測(cè)井3 生產(chǎn)動(dòng)態(tài)測(cè)井分析 測(cè)井系列選擇 流動(dòng)剖面測(cè)井定性分析 流動(dòng)剖面測(cè)井定量解釋4 剩余油監(jiān)測(cè) 生產(chǎn)監(jiān)測(cè) 注入監(jiān)測(cè)5 井間示蹤監(jiān)測(cè) 井間示蹤監(jiān)測(cè)原理 井間示蹤監(jiān)測(cè)技術(shù) 示蹤資料分析應(yīng)用1 概 述生產(chǎn)測(cè)井是監(jiān)測(cè)油氣田開發(fā)動(dòng)態(tài)的主要技術(shù)手段。根據(jù)測(cè)井目的和測(cè)量對(duì)象的不同，生產(chǎn)測(cè)井可以劃分為三大測(cè)井系列：其一為流動(dòng)剖面測(cè)井系列，測(cè)量的主要對(duì)象是井內(nèi)流體，目的在于劃分井筒注入剖面和產(chǎn)出剖面，評(píng)價(jià)地層的吸入或產(chǎn)出特性，找出射開層的水淹段和水源，研究油井產(chǎn)狀和油藏動(dòng)態(tài)；其二為儲(chǔ)層監(jiān)視測(cè)井系列，測(cè)量的主要對(duì)象是油氣產(chǎn)層，目的在于劃分水淹層，監(jiān)視水油和油氣界面的移動(dòng)，確定地層壓力和溫度，評(píng)價(jià)地層含油或含氣飽和度的變化情況；其三為采油工程測(cè)井系列，測(cè)量的主要對(duì)象是井身結(jié)構(gòu)，目的在于檢查水泥膠結(jié)質(zhì)量，監(jiān)視套管技術(shù)狀況，確定井下水動(dòng)力的完整性，評(píng)價(jià)酸化、壓裂、封堵等地層作業(yè)效果。應(yīng)用生產(chǎn)測(cè)井方法解決這些問(wèn)題的可能性，與整個(gè)油藏開采的地質(zhì)和工藝條件，單井結(jié)構(gòu)和條件，產(chǎn)層的開采特性，方法對(duì)有用信號(hào)的靈敏度以及使用儀器的探測(cè)深度和工藝特性有關(guān)，因此需要組合應(yīng)用幾種互相補(bǔ)充的測(cè)井方法。每一種生產(chǎn)測(cè)井組合都包括主要的和輔助的方法。輔助方法包括那些在用主要方法確信不能完全解決問(wèn)題或?qū)ρ芯繂?wèn)題有輔助作用的方法。每個(gè)油田在油田開發(fā)設(shè)計(jì)中，在典型組合和其它原則性文件的基礎(chǔ)上，需要制定地球物理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體要求，它一般包括以下問(wèn)題：①地球物理監(jiān)測(cè)的任務(wù)；②生產(chǎn)測(cè)井組合的主要方法和輔助方法；③在油田具體地質(zhì)技術(shù)條件下解決這些任務(wù)的途徑和措施；④為有效進(jìn)行測(cè)井所必需的開采裝備結(jié)構(gòu)的改變；⑤必需的地球物理監(jiān)測(cè)工作量和周期性，按油藏面積和地層層系、開采目的層、井的類型的布局；⑥生產(chǎn)測(cè)井解釋所需要的輔助信息；⑦資料加工方法和總結(jié)報(bào)告形式。因此，除了對(duì)于出現(xiàn)問(wèn)題的井應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于采取地質(zhì)工藝措施的井和改變功能的井，在采取措施或改變功能的前、后都要進(jìn)行測(cè)量外，還應(yīng)該根據(jù)監(jiān)測(cè)油氣藏開發(fā)動(dòng)態(tài)的需要合理安排生產(chǎn)測(cè)井的測(cè)量周期。研究產(chǎn)出剖面時(shí)，在各種類型的生產(chǎn)井中應(yīng)該每年測(cè)量一次。在注水井中檢查套管技術(shù)狀況時(shí)，至少每年應(yīng)該測(cè)量一次。取全取準(zhǔn)各項(xiàng)生產(chǎn)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)是正確進(jìn)行解釋評(píng)價(jià)的前提。目前實(shí)際測(cè)井作業(yè)中采用數(shù)控測(cè)量，測(cè)井儀器尺寸一般具有統(tǒng)一的規(guī)范，可以根據(jù)測(cè)井需要選擇若干測(cè)量項(xiàng)目組合成一支儀器下井，測(cè)量信號(hào)可以多道控制和傳輸。2 流動(dòng)剖面測(cè)井方法油氣田開發(fā)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的重要途徑是測(cè)量采油井和注水井內(nèi)的流體流動(dòng)剖面，測(cè)量目的是了解生產(chǎn)井段產(chǎn)出或吸入流體的性質(zhì)和流量，對(duì)油井生產(chǎn)狀況和油層生產(chǎn)性質(zhì)作出評(píng)價(jià)。因此，要想準(zhǔn)確測(cè)量流動(dòng)參數(shù)和正確分析流動(dòng)剖面，一方面必須具備流體力學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，另一方面需要掌握測(cè)井原理及分析方法。生產(chǎn)測(cè)井的流量測(cè)量對(duì)象是井內(nèi)流動(dòng)的流體。流量測(cè)井實(shí)際上是測(cè)取同流體速度相關(guān)的信息，然后求出平均流速，再與截面積相乘求出體積流量。流量測(cè)井的特點(diǎn)通過(guò)測(cè)量與流動(dòng)速度有關(guān)的物理量，間接求出井內(nèi)流體的流量或相對(duì)流量。 渦輪流量計(jì)測(cè)井渦輪型流量計(jì)的傳感器由裝在低摩阻樞軸扶持的軸上的葉片組成。當(dāng)流體的流量超過(guò)某一數(shù)值后，渦輪的轉(zhuǎn)速同流速成線性關(guān)系。井下渦輪流量計(jì)多種多樣，大致可以分為敞流式和導(dǎo)流式兩種類型。連續(xù)流量計(jì)(圖1)的葉片直徑較小，僅測(cè)量流道中心部分流體，低壓、低動(dòng)量氣體傾向于繞過(guò)渦輪，而不使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)。導(dǎo)流式流量計(jì)主要有封隔式流量計(jì)、傘式流量計(jì)兩種，其特點(diǎn)是在探測(cè)深度先封隔原有流道，把井內(nèi)流體導(dǎo)入儀器內(nèi)腔后集流測(cè)量，主要用于測(cè)量低流量的油氣井。傘式流量計(jì)(圖4)采用金屬片和尼龍布構(gòu)成傘式封隔器，提高了使用壽命和測(cè)井成功率，但由于金屬片不能和井下管壁完全密封，仍有少量流體由間隙流過(guò)，所求流量值誤差較大。 圖 1 連續(xù)流量計(jì) 圖 2 全井眼流量計(jì) 圖 3 封隔式流量計(jì) 圖 4 傘式流量計(jì) 渦輪流量計(jì)工作原理114 / 114不同類型的渦輪流量計(jì)，渦輪變送器的結(jié)構(gòu)可能不同。或45176。圖 45 渦輪結(jié)構(gòu)示意圖雖然渦輪變送器的結(jié)構(gòu)各一，但渦輪流量計(jì)的工作原理相同，都是把經(jīng)過(guò)管子截面的流體線性運(yùn)動(dòng)變成渦輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。假定流體是不可壓縮的和渦輪材料是均勻的，根據(jù)動(dòng)量矩守恒和轉(zhuǎn)動(dòng)定律，渦輪的動(dòng)態(tài)方程式為 （1）式中 J——渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ω——渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度；M0——流體作用于渦輪的力矩；∑Mi——作用于渦輪上的阻力矩代數(shù)和。于是，渦輪流量計(jì)的頻率響應(yīng)可簡(jiǎn)寫為 （3）式中 N——渦輪的每秒轉(zhuǎn)數(shù)(以下用RPS表示)；v——流體與儀器的相對(duì)速度；K——儀器常數(shù)，與渦輪的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，并受流體性質(zhì)影響；vth——渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)閾值(始動(dòng)速度值)，與流體性質(zhì)和渦輪摩阻有關(guān)。當(dāng)儀器在井內(nèi)以恒速vt測(cè)量時(shí)，流體與儀器的相對(duì)速度v是vt和流速vf的合速度,其值取二者之代數(shù)和。當(dāng)葉片的雷諾數(shù)NRe5105時(shí)，Cf與NRe二次方根的倒數(shù)成正比 （5）式中，μf 為流體粘度，mPa由式(4)和(5)可見，當(dāng)流體粘度增大時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)數(shù)變小；而當(dāng)流體密度變大時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)數(shù)會(huì)隨之增大。渦輪起動(dòng)時(shí)，要克服較大的機(jī)械靜摩擦力，因此需要較大的始動(dòng)速度。這種情況對(duì)于密度變化小的液體來(lái)說(shuō)，影響不大，vth可視為常數(shù)。渦輪流量計(jì)的響應(yīng)受機(jī)械摩阻和流體摩阻影響的情況如圖6所示。當(dāng)v 較低時(shí),渦輪響應(yīng)非線性,尤其是在氣液流動(dòng)情況下另外，由于渦輪結(jié)構(gòu)不可能完全對(duì)稱，因此渦輪正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的響應(yīng)特性有所差異，儀器常數(shù)K 和轉(zhuǎn)動(dòng)閾值vth 會(huì)有所不同。 圖 6 機(jī)械摩阻和流體摩阻影響 圖 7 連續(xù)流量計(jì)校正圖版綜上所述，渦輪流量計(jì)在滿足應(yīng)用條件的前提下(亦即式3成立時(shí))，可以準(zhǔn)確測(cè)出流體流量。連續(xù)流量計(jì)和全井眼流量計(jì)均不帶導(dǎo)流機(jī)械裝置，測(cè)量在井筒內(nèi)原有流動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行，既可以移動(dòng)儀器連續(xù)測(cè)量，也可以固定儀器進(jìn)行點(diǎn)測(cè)。測(cè)量注入剖面或產(chǎn)出剖面，要求在穩(wěn)定注入或生產(chǎn)條件下進(jìn)行。測(cè)量時(shí)，儀器從油管或油—套環(huán)空下入射孔井段，扶正器使儀器居中，以合適的恒定速度上提或下放儀器進(jìn)行測(cè)量，按井深連續(xù)記錄渦輪的每秒轉(zhuǎn)數(shù)以及電纜移動(dòng)速度。實(shí)際測(cè)量時(shí)，渦輪流量計(jì)常和溫度計(jì)、壓力計(jì)等組合下井，同時(shí)測(cè)量多種參數(shù)。圖8為斯侖貝謝公司多道生產(chǎn)測(cè)井儀的測(cè)井示意圖，注意渦輪流量計(jì)總是裝在儀器串最下端。使用的有利條件是中、高流量的單相流，多相流動(dòng)條件下連續(xù)流量計(jì)的應(yīng)用效果變差。敞流式渦輪流量計(jì)測(cè)井的顯著特點(diǎn)，是必須通過(guò)精確的井下刻度以保證測(cè)井資料質(zhì)量，提供定量分析的基礎(chǔ)。井下刻度實(shí)際上相當(dāng)于室內(nèi)刻度，由于K 和vth 與流體性質(zhì)和摩阻有關(guān)，而井下不同深度的流體性質(zhì)可能不同，測(cè)量之先又不可能知道，所以需要在井下實(shí)際測(cè)量過(guò)程中進(jìn)行刻度。理論分析和實(shí)驗(yàn)研究已指出，K 和vth 之間應(yīng)當(dāng)滿足線性關(guān)系，利用最小二乘法線性回歸，不難求出響應(yīng)曲線。首先，流量計(jì)以不同的穩(wěn)定電纜速度通過(guò)探測(cè)井段進(jìn)行測(cè)量記錄。此外，儀器還應(yīng)停在各測(cè)點(diǎn)處記錄渦輪轉(zhuǎn)速，以便確認(rèn)刻度的正確性。如圖9所示，在射孔層的上部、間隔處以及下部選取A、B、C、D四個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)代表所測(cè)流量的具體深度。圖 9 全井眼流量計(jì)的測(cè)井曲線表 2 渦輪流量計(jì)測(cè)井解釋數(shù)據(jù)表測(cè)速與方向轉(zhuǎn)子速度（RPS）A點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)D點(diǎn)下測(cè)115()下測(cè)82()下測(cè)50()點(diǎn)測(cè)讀數(shù)上測(cè)32()上測(cè)80()上測(cè)110()最后，以電纜速度和渦輪轉(zhuǎn)速為縱、橫坐標(biāo)繪制刻度圖。注意，坐標(biāo)軸方向的選擇如果規(guī)定上測(cè)電纜速度為正，則下測(cè)速度為負(fù)；如果規(guī)定渦輪右旋方向轉(zhuǎn)速為正，則左旋方向?yàn)樨?fù)，應(yīng)根據(jù)渦輪轉(zhuǎn)速曲線的變化形態(tài)確定。分析測(cè)速與轉(zhuǎn)子速度的線性關(guān)系，并將現(xiàn)場(chǎng)刻度線的斜率同實(shí)驗(yàn)室刻度數(shù)據(jù)比較，便可檢查測(cè)井資料質(zhì)量。由圖可見，各測(cè)點(diǎn)的資料點(diǎn)保持良好的線性關(guān)系，并且刻度線與縱軸交點(diǎn)同定點(diǎn)測(cè)量讀數(shù)很接近，因此可以肯定儀器的工作狀況是正常的。圖 10 測(cè)井資料井下刻度圖 導(dǎo)流式渦輪流量計(jì)測(cè)井封隔式流量計(jì)和傘式流量計(jì)都帶有機(jī)械導(dǎo)流裝置，測(cè)井時(shí)儀器封隔流道，迫使井內(nèi)流體全部或部分混合，加速流過(guò)一定內(nèi)徑的導(dǎo)流器喉道，作用于渦輪傳感器。導(dǎo)流式渦輪流量計(jì)測(cè)井解釋只需選用合適的圖版，將記錄的