单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,水平井钻井的主要目的是提高原油的采收率或者是降低油田开发成本，有的地方是为了避开地面重要建筑物水平井与垂直井的主要区别是井筒中的流型发生了较大变化，另外由于井眼的倾斜导致下井方式、测井手段及测井方法都相应发生了很大变化，本章主要描述水平井的完井方式、水平井流型、仪器响应及资料处理方法水平井生产测井技术,,水平井钻井的目的是尽可能多的钻穿油层，提高油井单井产量或注入量，从而获得更高的采收率一般情况下，水平井平行于油藏层面但对大倾角油层和垂直裂缝的油层来说，水平井要横穿这些油层水平井完井技术,,图,7,－１ 垂直层面直井与平行层面水平井示意图,图,7,－２ 垂直油藏层面的水平井,,水平井完井方式通常采用下套管注水泥射孔完井、裸眼井完井或割缝衬管完井，完井方式主要取决于油藏物性和该地区的实际经验水平井主要适用于以下情况：,,,1,、在近海地区、边远地区及环境敏感的区域，钻水平井既可以提高产量也可以节约钻井费用2,、提高采收率，特别是在热采提高采收率开采时，水平井段可与油藏大面积接触，因此注汽井可提高采收率。
3,、水平井可用于低渗气田开采，也可用于高渗气藏开采一、水平井应用,,,半径为１～２,ft,，造斜角为,45°,～,60°/,ft,侧钻水平距离为,7,～,10,ft,长在同一深度上，可以钻几口井向外辐射出去，井径为,2,ft,左右曲率半径为,20,～,40,ft,，造斜角为,2°,～,5°/,ft,水平段既可从套管中侧钻出去，也可在裸眼井中直接钻出去，水平井段长度可达,1000,ft,1.,超短曲率水平井,2.,短曲率水平井,,半径,300,～,800ft,，造斜角为,6°,～,20°/100ft,此方法是钻水平井的主要方法，水平井段长度可达,2000,～,4000ft,通常用裸眼、割缝衬管或衬管加管外封隔器完井，有时也用水泥固井射孔方法完井曲率半径为,1000,～,3000ft,，造斜角为,2°,～,60°/100ft,这一钻井方法所形成的水平距离可达,4000ft,以上3.,中曲率半径水平井,4.,长曲率半径水平井,,图,7,－３ 不同的钻井技术示意图,c—,中等曲率（,R=300,～,800ft,，,L=100,～,4000ft,）；,,d—,长曲率（,R1000ft,，,L=1000,～,4000ft,）,a—,超短曲率（,R=1,～,2,ft,，,L=100,～,200,ft,）；,,b—,短曲率（,R=20,～,40,ft,，,L=100,～,800,ft,）；,5.,不同的钻井技术示意图,,在致密岩石地层中，可采用,裸眼方式完井,，裸眼完井的缺点是不能实施增产措施，难于控制注入量和产量。
割缝衬管完井,的主要做法是在水平井段下入割缝衬管以防止井眼坍塌，通常使用的三种衬管是穿孔衬管、割缝衬管和砾石充填衬管割缝衬管的主要缺点是难以进行有效的增产措施衬管及分段隔开放式完井,是将衬管与管外封隔器一起下，将长平段分割成若干段，此方法将提供有限的分隔段这样可沿着井段进行增产措施和生产控制这一方式完井可以进行增产措施三、水平井完井技术,,,图,7,－３,a,水平井完井技术示意图,,,,对于致密的地层，可以考虑裸眼办法完井，如对于致密的石灰岩地层可以应用裸眼方法完井用短曲率半径钻成的井可采用裸眼或采用割缝衬管完井对于采用中长曲率半径的水平井，既可采用裸眼办法，又可采用割缝衬管或水泥射孔完井为了减少钻井时的地层伤害，可以采用负压钻井同时也可以用一些特殊的泥浆，如低固相或无固相的聚合物泥浆四、完井的几个问题,,1.,地层的岩性,3.,钻井液,2.,钻井方法,,在水平井和斜井中，由于轻质相与重质相的分离，流型与垂直井中有较大差异,.,,,水的表观速度较低时（小于,0.1,英尺／秒），为均质泡状流动随着油相表观速度的增加，油泡开始聚集形成大油泡流动（段塞流），最后形成雾状流水平井中的流型,,图８－４,18.0,厘泊，比重,0.834,的油与水在,0.806,英寸管道中的流型,1.,油水两相流形图,,图８－４,a,空气－水混合物在,1.026,英寸管道中的流型,2.,气水两相流形图,,在水相流动较低的情况下，流型分为四种：,层状流，波纹层状流，波状流和环雾流,，流型的过渡是随着气的流量增大依次转变的。
层状流,中，气体的流量很低，占居了管子的上半部，气水界面光滑；随着气体的增加，气水界面上产生了波纹，这就形成了,波纹界面层状流,；随着气体流量的进一步增加，气水界面产生了大的波动，这就是,波状流,；气体流量继续增大时，气体在中间，套管壁上为液膜，这就是,环状流,，同时中间的气体含有雾状水滴，这就是,雾状流,3.,水相流动较低时四种流型,,在水相流量中等的情况下，此时，气体流速较低，不连续的变形气泡浮在管子上部，气体流速增加时，这些气泡聚集形成气体段塞，称为段塞状流动，这一流型是从泡状流向环雾状流型过度的一种流型气体的流量进一步增加时最后形成环雾状流动，泡状和段塞状流动中，气液之间存在着较大的滑脱速度，环雾状流动中，气体和雾滴的流速近似相等4.,水相流动中等时的流型,,水平井中的流型分为三种流动：,,,（,1,）分相流；,,（,2,）间断流；,,（,3,）均布流分相流包括层状流、波状流和环状流； 间断流包括段塞流和段状流；均布流包括泡状流和雾状流图,7,－５ 水平管道中的流型,5.,水平井中流型的分类,,当气体的流量较小时，气体和水分层流动，气体在上半部，水在下半部，界面为平面接触随着气相流量的逐渐增加，气体使水面形成波动；气体流量进一步增加形成段塞流和段状流；之后随着气体流量的进一步增加，依次形成泡状流、环状流和雾状流。
同一口井中不可能同时出现上述各类流型，具体情况取决于气和水的流量6.,各流型出现的条件,,利用实验模型进行水平井流型实验，观察相应流体的流型并测量持水率，各参数的变化范围为：,,（１） 气体流量，,0,～,300,MSCF/d,；,,（２） 水的流量，,0,～,30,gal/min,；,,（３） 平均系统压力，,35,～,95,Psi,；,,（４） 管子直径，１英寸和,1.5,英寸；,,（５） 持水率，０～,0.87,；,,（６） 压力梯度，０～,0.8,Psi/ft,；,,（７） 倾斜度，－,90°,～,90°,；,,（,8,） 水平流型一、流型实验及流型图,,1.,流型实验,,图,7,－７ 水平管中的流型图,图,7,－８ 归一化两相流摩阻系数,图,7,－６ 持液率与管子倾斜度的关系,,流动类型的范围为：,,(1),分相流,<0.01,及,N,FR,<,L,1,或 ≥,0.01,及,N,FR,<,L,2,,,(2),过度流 ≥,0.01,和,L,2,≤,N,FR,≤,L,3,,,(3),间断流,0.01 ≤,,≤ 0.4,和,,L,3,＜,N,FR,≤,L,1,,,,或 ≥,0. 4,和,,L,3,＜,N,FR,≤,L,4,,,(4),均布流 ＜,0. 4,和,N,FR,≥,L,1,,,或 ≥,0. 4,和,N,FR,＞,,L,4,,2.,流型边界确定,,(7-1),(7-2),(7-3),(7-4),(7-5),(7-6),(7-7),(7-8),(7-9),(7-10),1.,计算 和,N,FR,需要的参数,,Q,g,—,气体流量,（,bbl/d,）,；,Q,l,—,液体流量,（,bbl/d,）,；,,V,sg,—,表观气体速度，,ft/s,；,V,sl,—,表观液体速度，,ft/s,；,,,N,FR,—,费劳德数，无因次；,N,LV,—,液体速度，无因次；,,,—,含液率，无因次；,L,i,—,流型范围，无因次；,,D,—,管子内径，英寸；,g,—,重力常数，,32.2,ft/s,2,,；,,,—,液体密度，,1,b/ft,3,；,—,液体表面引力，达因,/,厘米。
2.,各参数的意义,,从水平位置开始，角度为 的持液率等于水平管子的持液率乘以校正管子倾斜角度的因数,y,：,,,首先根据下列公式求出,H,L,(0),：,,,,根据适当的水平流动类型，从参数表,7,－１中得出的参数,a,、,b,和,c,的值7-11),(7-12),二、持液率（持水率）,H,L,的确定,,,表８－１参数,a,、,b,和,c,的值,水平流动类型,a,b,c,分相流,,间断流,,均布流,0.98,,0.845,,1.065,0.4846,,0.5351,,0.5824,0.0868,,0.0173,,0.0609,如果,H,L,(0),＜ ， 则令,H,L,(0),=,；反之使用式（８－１２）中计算出的,H,L,(0),的值二、持液率（持水率）,H,L,的确定,,,校正系数可以根据下列公式计算：,,,,,对于垂直井的流动,y,=1+0.3,c,,，,(7-13),(7-14),1.,校正系数的计算,,下表给出了不同流型和流动方向的情况下式,(7-14),中,d,、,e,、,f,和,g,的取值方法水平流动类,d e f g,,,分相流 向上,0.011 –3.768 3.539 –1.614,间断流 向上,2.96 0.305 –0.4473 0.0978,均布流 向上 无校正,c=0,,,,全部流体,向下,4.70 0.1244 –0.3692 –0.5056,,流动类型,,表８－２,2.,不同情况下参数的取值,,两相流体间的摩擦系数,f,tp,是用无滑动摩擦系数,f,n,与校正因数,e,s,相乘得出来的：,s,值与 及 相关。
1),计算,f,n,,,,,,式中,—,井内条件下的液体密度，,1,b/ft,3,,,—,井内条件下的气体密度，,1,b/ft,3,,(7-15),(7-16),(7-17),三、摩擦系数的确定,,,式中,—,井内条件下的液体粘度，,cp,；,,,—,井内条件下的气体粘度，,cp,；,,,,,式中， 和 分别是无滑动混合密度和混合粘度N,Ren,是无滑动雷诺数D,是单位为英寸的管子内径N,Ren,求出后，可利用下式求出,f,n,值：,(7-18),(7-19),,(2),计算校正因素,e,s,,,其中，,(7-20),(7-21),(7-22),,(3),计算压力降落,,,,,,,式中,g,c,—32.2,ft,·,,1,b,m,/(1,b,f,·,s,2,),,,g,—,当地重力加速度，,ft,/,s,2,,(7-23),(7-24),(7-25),,由于水平井中油气水呈层状分离流动，故流量计、持水率计的响应结果具有一定的纵向偏面性，由于涡轮和持水率计暴露在油中，因此所测信号主要反映油的流量及油的电容响应，而很少反映另一相水的流动及含量对于高含水率情况，涡轮和持水率计主要暴露在下部的水中，反映水的流动情况。
测量时，油气水必须通过金属集流伞，然后进入集流通道，所以涡轮测得的,RPS,值反映了油气水总的流动情况水平井产出剖面,,图,7,－,10,高含水情况下的分层流体,图,7,－１１ 水平井生产测井组合仪示意图,图,7,－９ 低含水情况下的分层流体,,把伞式流量计和放射性密度计下入测试管中改变总流量，在每一个流量点处从,10%,至,90%,更换不同的含水率，得到如图所示的集流伞式流量计在水平井中（内径为４英寸）的响应曲线图,8-12,内径为,4,in,的水平管内流量计对油水两相流的响应,一、涡轮流量计和密度计的响应,,,纵坐标表示仪器响应,,的百分数,,f,w,、,f,o,分别表示水、油的频,,率响应横坐标为含水率，,,四条曲线对应不同的总流量随着流量增加，曲线接近,,45°,线，说明大于该流量油,,水呈乳状混合流动状态，低,,于该流量油水呈层状分离状态图,8-13,密度测井仪响应,1.,密度测井仪响应,,同样可得电容法持水率计响应与含水率之间的关系，如图所示横坐标表示实际含水率，纵坐标表示仪器响应的百分数,(Fr),，三条曲线表示不同流量当含水率小于,0.4,时，含水率与仪器响应之间呈线性关系，大于,0.4,时，含水率增加时，,Fr,值增长缓慢，灵敏度降低，说明响应曲线与垂直井的响应相似。
图８－１４ 在内径为,4in,的水平测试管中,,电容持水仪对油水两相流的响应,2.,电容法持水率计响应与含水率关系,,图,7-15,集流型仪器组合,二、斜井中的仪器响应与图版制作,解释图版在模拟井中制作完成模拟井筒内径为,2.5,英寸，倾斜角为,45°,把流体电容持,水率计、流体密度计和伞式流量计下入倾斜的模拟井筒中，如图所示,,图,7-16,内径为,2.5in,，倾角为,45°,的管内油水两相流中流体密度响应,图,7-17,内径为,2.5in,，倾角为,45°,的,,管内油水两相流中电容持水率计的响应,1.,流体密度、流体电容的响应,,第一步，把测得的,RPS,值通过斜率为,0.025,RPS,/,（桶／天）的实验结果转换为总流量,Q,t,,第二步，把持水率值（,H,w,）或,F,r,（电容持水率计测得）转换为含水率值这一步可通过内插完成2.,用图版进行资料解释的步骤,3.,计算含水率,Wc,１）在图８－１６中，以特定的,Hw,值为出发点，作水平线，该直线与流量值,308,、,514,、,857,、,1028,、,1543,、,2055bbl/d,对应的曲线相交２）找到两个包含,Qt,值的曲线流量值,Qt(1),和,Qt(2),，相应的含水率用,Wc(1),和,Wc(2),表示。
３）计算含水率,Wc,,对于总流量大于,300,m,3,/d,的流动，若采用集流式仪器，由于压力过大容易导致仪器损坏而发生测井事故，因而难于完成测井任务，此时，需要使用组合式连续测井仪三、组合式连续测井仪在斜井的响应,,把连续型涡轮流量计、电容持水率计和流体密度计组成的组合仪放置在内径为,6.5,英寸的模拟井中，改变井筒的倾角、流量和含水率，记录相应的输出数据，即可制作相应的解释图版倾角的改变值为,15°,、,30°,、,45°,和,60°,；含水率的改变范围为,0%,至,100%,；总流量的变化范围为,1000,至,15500,bbl/d,1.,连续组合式测井仪在模拟中的响应,,左图是井斜角为,15°,时（与垂直方向的夹角），连续流量计的测量数据，纵坐标表示涡轮的时间平均值，横坐标表示油水两相流的总流量对于每一个给定的含水率值，都可以作出一条相应的响应曲线图,7-18,内径为,6.5in,，倾角为,15°,充,,满油和水的测试管中，连续流量计的响应,2.,连续涡轮流量计的响,（,15°,）,,图,7-19,连续涡轮流量计响应,下图是倾角为,45°,时，连续涡轮流量计的响应曲线与,45°,情况相同，图中的含水率曲线是含水率分别为,20%,、,40%,、,60%,、,80%,和,100%,时的响应情况。
倾斜角为,45°,时，曲线响应的分离距离大于倾斜角为,15°,时的情况3.,连续涡轮流量计的响应,（,45°,）,,,图,7-20,流体密度响应,右图是倾斜角为,15°,时流体密度仪的响应曲线纵轴表示持水率,H,w,，横轴表示,含水率（,Wc,，水的流量与总流量的比值），对于每个总流量，都有一个含水率与持水率之间的响应7-31),4.,流体密度的响应,（,15°,）,,下图是倾斜角为,45°,时的响应，与,15°,情况下相似，主要区别在于，仪器的倾斜角越大，,低流量时响应曲线变化就越大，即对于给定的持水率值，倾角为,45°,时，含水率随流量的变化幅度越大利用此图版，结合总流量值及内插方法可求出相应的含水率图,7-21,流体密度响应,,5.,流体密度的响应,（,45°,）,,下图是电容法持水率计在倾斜角为,15°,井筒内的实验曲线纵坐标表示仪器响应持水率,H,w,或,F,r,f,o,、,f,w,表示在纯油、纯水中的响应频率每个流量对应一条曲线在,Hw,值固定不变，总流量增大时，相应的含水率也增大Hw,大于,0.8,时，含水率随总流量增大而减小图,7-22,含水率随总流量增加时的流体电容测井响应,(7-32),6.,电容法持水率计的响应,（,15°,）,,。
下图是倾角为,45°,的实验结果，有六条对应于流量的响应曲线该图与,15°,情况下,主要区别在于，倾角越大，低流量时对应的,Hw,值越大因此，对于给定的,Hw,值，随着流量增大，倾角越大，含水率的变化越明显,图,7-23,总流量和含水率增加,,时流体电容持水率计的响应,7.,电容法持水率计的响应,（,45°,）,,图,7-25,水平井种类,在直井或倾斜角不大的斜井中，仪器通常靠重力下放进行测井在水平井中，重力已不能使仪器,下入井底生产测井中常用下入仪器的方法有两种：泵送刚性挺杆技术和连续油管传送测井水平井现场测井,,用,泵送刚性挺杆技术,测井时，下井时通过钻杆或油管将下井仪和挺杆下入井中，通过预先穿有电缆的刚性挺杆把仪器推出钻杆挺杆是由多个管子拧在一起组成的，推进器把挺杆和电缆连在一起，测井仪器连接在挺杆的尾部推进器的活塞通过钻杆向下泵送测井，上提电缆可回收仪器一、仪器下井方式,,泵送刚性挺杆示意图,图,7-26,泵送刚性挺杆,由于测量时，流体无法顺利向上流动因此该方法无法在正常生产条件下测井因此目前生产测井时，通常用连续油管传送仪器下井仪器如下左图所示测井仪直接安装在连续油管下端，油管内下入电缆并与仪器连接。
图,7-27,连续油管传送测井,图,7-28,生产测井下井仪,二、连续油管传送测井,,,优点,是仪器与油管之间有一个接口，保证了机电的有机连接流体流动过程中可进行测井，该方法在上提和下放过程中均可进行测井记录而且该方法在大、中、小曲率半径的井中测井缺点,是组合的仪器不能过重，过重时连续油管的进入受到局限主要原因是，连续油管是直径为,1.25,英寸的钢管，其柔性较好，可以像电缆一样缠绕在一个电缆车上，若仪器过重，容易损坏连续油管连续油管传送测井的优缺点分析,,水平井中油气水呈层状分离状态套管外下部沉淀钻井碎屑或其它重矿物，在套管外上部出现水泥胶结的渗透水，这会导致水泥胶结失效，可能出现窜槽通道水平井可能有的井段倾角大，井筒向上倾斜，最高处为气，形成气堵；有的地方倾角小，井筒向下倾斜，最低处为水，会形成压力台阶图,7-29,水平井中胶结的衬管横截面,三、测井仪器在井筒中的测量,,1.,段塞流态情况下水平井段稳定生产测井值,左图是压力和连续涡轮流量计记录的定点数值，点表示实测值，实线为平均值，横轴表示时间，测点的波动表示流动极不稳定图,7-30,段塞流态情况下水平井段稳定时的生产测井值,,左图是某井中用涡轮流量计测得的流量曲线。
由于该井采用割缝衬管完井，所以井径变化较大，第一道中是裸眼井井径，曲线显示井径的变化幅度较大图,7-31,在下有割缝衬管的水平井中测得的流量计曲线,2.,下有割缝衬管的水平井中的流量计曲线,,图,7-31,中标号为３的地方井径扩大，转数减少；标号为２的地方，井眼扩大，转数减少标号为１的地方井径扩大，但转数增大，说明其下部有较多的流体产出由于水平井筒弯曲较多，井筒扩径较严重，导致流量曲线变化较为复杂，解释起来也较为困难3.,对实测流量计曲线的分析,,,1,、水平井中的重力作用使流动呈层状分布，若井眼倾斜差异较大，上部容易形成气塞，下部容易形成水塞2,、割缝衬管完井时，割缝衬管和地层之间的环形空间中容易发生窜流3,、如果采用连续涡轮流量计，资料解释时，要首先比较测井曲线与井眼轨迹角度图，下测时如果流量突然下降然后上升，说明可能下部为水塞，上部为气塞，此时井眼轨迹角度图上，水塞应位于井眼低凹处四、水平井生产测井资料解释注意事项,,,4,、对于井眼很复杂的井段，可采用氧活化测井确定出水层位，氧活化测井没有机械转动部分，不会出现测量过程中机械损伤现象5,、确定产出剖面时，要同时测量井径曲线，径井扩大，会使,RPS,值减小，井径缩小，流量增大，在这种情况下，应以井眼规则处为解释层段计算流量。
另外在割缝衬管中，不推荐使用集流式流量计，主要原因是流体会通过环形空间旁通如下图所示四、水平井生产测井资料解释注意事项,,图,7-35,一口水平井的井径和流量资料,,,6,、在斜度较大的井段，可能会导致水沿下侧倒流现象另外若割缝衬管外侧泥岩跨塌，井眼会严重扩大，流量下降（,RPS,减小），如图,7-36,所示在这种情况下，可以采用示踪流量计，示踪剂应选用油溶性示踪剂选用水溶性示踪时，由于水在下部流动，容易发生示踪剂聚集现象四、水平井生产测井资料解释注意事项,,图,7-36,一口水平井的多次生产测井资料,,。