生產測井

生產測井，又稱開發測井，指在油井（包括採油井、注水井、觀察井等）投產後至報廢整個生產過程中，利用各種測試儀器進行井下測試以獲取相應地下信息的測井。

基本介紹

• 中文名：生產測井
• 外文名：production logging
• 學科：地球物理測井
• 目的：提高採收率
• 作用：提供注采儲層及井身結構動態信息
• 方法：溫度、壓力、密度法測井

生產測井特點

1、生產測井是在套管井中進行測井；

2、測井儀器外徑小；

3、儀器可以承受高溫高壓、耐腐蝕能力強；

4、測井速度較慢；

5、主要是以點測和連續測量的方式進行。

生產測井任務和目的

生產測井的重要任務是測量生產井和注入井的流體流動剖面，測量參數包括流體的速度（流量）、密度、持水率、溫度、壓力等。來了解各射孔層段產出或吸入流體的性質和流量，以便對油井產狀和油層開採特徵做出評價。

生產測井的主要目的是評價油管內外流體的流動和井的完成情況。為油氣田儲層評價、開發方案的編制和調整、井下技術狀況的檢測、作業措施實施和效果評價提供依據。

測試內容

我國油田大都採用分層注水方式保持油層壓力，因此除了鑽採油井之外，還要鑽一批注水井，為了及時了解注水井或生產井各層油氣水的動態，應及時掌握各層的注入量以及生產井的油氣水產量，前者稱為注水剖面，後者稱為產出剖面。

一、產出剖面

生產測井產出剖面的確定方法是把流量、含水率（持水率）、密度、溫度、壓力及其它參數（套管接箍、自然伽馬）測井資料組合起來，可以綜合分析生產井各產層油、氣、水的產出量及各相的含量。產出剖面測井系列的選取是根據生產井的類型進行的。對於單相生產井，通常選用流量計、溫度計、壓力計三個參數即可；對於抽油井，由於儀器要通過油套環形空間下入產層，因此要選擇外徑小於1英寸的儀器。抽油井一般為低產井，若為油水兩相流動，應選用集流式流量計，此外還要選用持水率計，若油水密度差較大可選用密度計、溫度計、壓力計；若流動壓力小於泡點壓力，則井下為油氣水三相流動，此時必須選用集流流量、密度、持水率、壓力、溫度五個參數。在抽油機井中，若流量較高，可選用連續流量計。

產出剖面測井包括油水兩相、氣水兩相、油氣兩相和油氣水三相流動。無論是自噴井、氣舉井，還是抽油井或電泵井，都是流量、持水率、密度、溫度、壓力五個或其中幾個參數的綜合處理。

二、注入剖面

注入剖面通常包括注水剖面、注蒸汽剖面、注聚合物剖面等測井方法。此外還有注CO₂、注N₂等。注水通常是在二次採油中使用，在我國較為常見。稠油開採通常採用注蒸汽等方法，注聚合物是三次採油中常見的方法。注入剖面主要用於確定注入水、蒸汽、聚合物等流體的去向和注入量，了解油氣田開發的動向。

三、套管工程測井

套管工程測井是指檢測井身結構狀況的測井，目的是為油水井作業施工提供井的幾何形狀資料，可有的放矢進行施工作業。工程測井項目包括水泥膠結質量評價、套管腐蝕和變形及射孔質量檢測、管外竄槽、酸化壓裂效果評價等。

套管接箍定位器用於測量油、套管接箍位置及校正測井深度。

井徑測井主要用於確定套管內徑變化、射孔孔深及接箍深度等。微井徑儀用於確定套管平均內徑，井徑儀通常包括X-Y井徑儀、八臂井徑儀、十臂井徑儀、40臂井徑儀等。根據不同的目的可選用不同的儀器。

磁測井儀用於確定套管的損傷、腐蝕、穿透狀況。磁測井包括管子分析儀、電磁測厚儀和磁測井儀。磁測井儀一次下井可記錄反映套管厚度變化的重量參數及井徑變化。管子分析儀利用套管的電磁特性，通過測量渦流和漏磁通量可以確定套管內外腐蝕程度及定性分析射孔效果。

同位素示蹤測井、噪聲測井可用於檢查管外竄槽。水泥膠結質量評價測井用記錄到的聲幅、聲波變密度及全波列信息檢查水泥膠結的效果。

四、油氣水物性參數計算

在計算流量、持水率、滑脫速度、地表和井下流量換算解釋過程中，需要油氣水的高溫高壓物性參數。由於每個解釋層的溫度和壓力不同，因此嚴格講每一層都應對這些參數進行計算。但由於產層通常分布在沿井筒幾十米的層段上，所以實際計算時，通常選擇這些產層分布的中點進行壓力、溫度取值與計算，即若最上部射孔層位的上端深度為1000m，最下部射孔層下端的深度為1040m，則中點的深度為1020m，計算時以1020m深度處的壓力、溫度讀值為依據進行計算，計算結果為該深度處的物性參數。套用時可在整個生產層段使用計算結果。

套用高壓物性參數公式計算時需要已知的參數為：地面油、氣、水的產量；地層水的礦化度；地面油的比重（API）；地面天然氣的比重（r_g），射孔層段中點處的流體溫度和流體壓力。

計算結果包括：油氣水的高壓物性參數。

油相的參數包括：油的井下密度；油的泡點壓力；油的地層體積係數；溶解氣油比；地層油的粘度；油的壓縮係數；游離氣油比。若計算出的泡點壓力小於讀值點處的壓力，井下則為油水兩相流動。否則為油氣水三相流動。

氣的參數包括：氣體的偏差係數；氣體的地層體積係數；氣體的密度；氣體的壓縮係數。若為三相流動，還要計算井下全流量層位處氣體的流量。

水的參數包括：溶解氣水比；井下水的密度；水的地層體積係數；水的密度。

測量方法

溫度測井

表征物體冷熱程度在熱平衡狀態時的物理量叫溫度。常用的溫標有華氏溫度、攝氏溫度、蘭氏溫度、熱力學溫度和列氏溫度。生產測井中常用的溫度計量單位是攝氏溫度和華氏溫度。

生產測井中測量溫度通常採用金屬熱敏電阻，把溫度變化引起的電阻變化轉換成電壓信號輸出。

式中，K為儀器常數，表示電阻每變化一個單位時，溫度的變化值。測出的曲線也叫梯度井溫曲線，即溫度隨深度的變化曲線。

對梯度井溫曲線作處理（沿井軸方向上單位深度上的井溫變化）可得微差井溫曲線，微差井溫曲線主要用於研究井筒局部溫度異常。

1．金屬熱敏電阻

金屬熱敏電阻是溫度儀的基本感測器，能做熱敏電阻的金屬絲必須具備下列條件：

(1) 溫度和電阻的關係在測量範圍內是連續函式。

(2) 在任何溫度下，溫度和電阻有相同的函式關係。

(3) 物性相同的金屬絲，溫度和電阻函式關係應相同。

(4) 當發生氧化等現象時，溫度和電阻的函式關係不變。

銅和鉑對溫度十分敏感，而康銅對溫度不敏感。

2．半導體熱敏電阻

除了金屬熱敏電阻之外，常用的還有半導體熱敏電阻，它通常是將錳、鈷、鎳等氧化物按一定比例混合後壓制並在高溫下焙燒而成，與電阻式熱敏電阻相比，半導體熱敏電阻具有很高的負溫度係數，適用於-100～300℃之間的溫度測量。

半導體熱敏電阻的基本特性是電阻與溫度間的關係，這一關係反映了熱敏電阻的性質，當溫度不超過規定值時，保持本身特性，超過時特性被破壞。

3．熱慣性

熱慣性也叫時間常數，它表示儀器感受周圍介質溫度的速度。儀器從一個溫度的介質進入另一個溫度介質中時，儀器的溫度變化越快越好。如果感受溫度的速度緩慢，當測井速度較高時，儀器反映的溫度就要小於實際溫度，兩者就會有誤差。井溫測井時，為了防止儀器和電纜運動破壞原始溫度場，要求在下井過程中記錄溫度場。

4．熱電偶溫度儀

熱電偶是由兩種不同的金屬絲在A、B兩端形成一個迴路，兩接點的溫度不同，在迴路中將產生隨溫度而變化的電流，由此測量溫度的變化。常用的熱電偶，低溫可測到-50℃，高溫可以達到1600℃左右。配用特殊材料的熱電偶，最低點測到-180℃，高溫可達2800℃。熱電偶溫度儀的特點是構造簡單，測量範圍廣，有良好的靈敏度。

壓力測井

壓力是油氣田開發中的一個重要參數，油氣水能從油藏噴出地面，是因為油層中存在著驅動力，這些驅動力即為油層壓力。通常油層壓力有兩個成因，一是來源於上覆岩層的靜壓力；二是來源於邊水或底水的水柱壓力。由於油層是一個連通的水動力系統，當油藏邊界在供水區時，在水柱壓力的作用下，油層的各個水平面上將具有相應的壓力數值。有些油層雖然沒有供水區，但在油藏形成過程中，經受過油氣運移時的水動力作用或地質變異時的動力、熱力及生物化學等現象的作用，也會使油層內具有一定數值的壓力。

油田投入開發前，整個油層處於均勻受壓狀態，這時油層內部各處的壓力稱為原始地層壓力。原始地層壓力的數值大小與油藏形成的條件、埋藏深度以及與地表的連通狀況等有關。多數情況下，油藏壓力與深度成正比，壓力梯度值為0.07~0.12atm/m範圍內變化。

油田投入開發後，採油、注水使原始地層壓力的平衡狀態被破壞，地層壓力的分布狀況發生變化，這一變化貫穿於油田開發的整個過程。處於變化狀態的地層壓力，包括靜止地層壓力和流動壓力，主要通過生產井和觀察井內的壓力測量取得。在油藏的一定深度處，覆蓋層壓力等於流體壓力與在個別岩石質點之間作用的顆粒壓力之和。在某一特定深度處，覆蓋層壓力通常是常數，流體壓力下降將導致顆粒壓力相應增加。通常所說的壓力實際上是指岩石孔隙內的流體壓力。

工程測試中的壓力實際上是物理學中的壓強，指作用在單位面積上的壓力。

壓力的單位是力和面積的導出單位，國際單位制中的壓力單位是N/m，或稱帕斯卡(記作簡稱帕)，。油田現場常用工程大氣壓，1工程大氣壓=98066.5Pa=0.0980665MPa，英制壓力單位為磅/英寸（psi），1psi=6894.9Pa，國際單位制的壓力單位是Pa和MPa，非許用單位是工程大氣壓at（kgf/cm）、標準大氣壓（atm）和巴（bar）。

壓力測量在生產井和注入井中完成，常用的壓力計有應變壓力計和石英晶體壓力計，通過將所測頻率信號轉換成相應的壓力值。通常同時測量壓力和溫度，用所測的溫度值對測得的壓力進行校正，以保證壓力的正確性。

壓力測量分兩種類型，一種是梯度測量，即在流體流動或關井條件下沿井眼測量某一目的深度上的壓力；另一種是靜態測量，即儀器靜止，流體可以流動也可以是在關井的條件下。生產測井通常是以第一種測量方式採集數據，試井壓力分析通常以第二種方式完成採集數據。前一種方式所測壓力數據主要用於套管、油管流動狀態分析，試井分析測量（靜態測量）主要用於確定儲層參數。

應變式壓力計

應變式壓力計由一個圓柱體構成，該圓柱體底部含有一個筒狀壓力空腔。一個參考線圈繞於柱體的實體部分，一個應變線圈繞於壓力空腔部分。壓力計外部置於大氣壓下，當壓力空腔承受壓力時，空腔的外部筒體產生彈性形變，這一形變傳遞至應變線圈，從而導致線圈的電阻發生變化，電阻的變化用惠斯通電橋進行差分測量。

石英晶體壓力計

石英晶體壓力計是測量精度較為精確的壓力計，石英晶體是壓力感測器，呈圓筒狀，通過緩衝管與井管相連，石英晶體的上端與下端用墊圈密封，晶體中間抽成真空形成諧振腔。溫度恆定時，諧振腔的諧振頻率與壓力大小有關。井筒壓力改變時，諧振腔的頻率將發生變化。

壓力儀器標定分兩個步驟，一是採集連續的壓力數據；二是用計算機處理這些數據。

在當地壓力條件下，給出壓力標定值200、1000、2000、4000、6000、8000、10000和11000psi，在溫度為25、50、75、100和150℃時記錄各壓力下的刻度測量值，並在每個溫度下取兩次壓力讀數（升壓和降壓），用於確定遲滯性。數據確定後，用前述方法計算出刻度係數。壓力標定通常在室內完成，要定期刻度。

流體密度測井

流體密度計結構如圖所示，由伽馬源、採樣道和計數器組成。當採樣道內的流體密度發生變化時，計數器的回響就發生變化，測井曲線就記錄了這種流體密度的變化。

對油水兩相來說，由於油水密度相差不大，因此靈敏度很低。所以，密度計主要適用於氣液兩相流動。

持水率測井

隨著油田開發時間的延長，我國大部分油田現已進入中、高含水開發時期，為了搞好動態監測，對油田進行綜合治理，使其長期穩產，自20世紀80年代以來，各油田先後引進了DDL-Ⅲ、AT+、CS400C、DDL-V、EXCELL-2000等數控生產測井設備，這些設備投產使用後，顯示出了強大的生命力。但是，由於這些設備都不同程度的存在著許多缺陷和不足，給生產測井工作帶來了許多不便，1英寸電容式含水率儀器就是其中的一種不完善的井下儀器。由於原裝進口儀器只適用於含水率<60%的油井，對大於60%的中、高含水油井顯得無能為力。為了開發出適合我國高含水油井環空測井需要的儀器，油田內外的許多技術人員和專家都在致力於這一儀器的研製工作，並取得了可喜的成績，如高頻電容式含水率儀路、微波式含水率儀器、低能源持水率計、流動成像儀等都是這些年來科技人員奮鬥的結晶。

1、電容法持水率計

電容法持水率計的取樣室可等價為一個同軸圓柱形電容器，油氣水混合物是電介質，中心電極的半徑為r，包裹電極的絕緣層半徑為R₁，絕緣材料為相對介電常數為；電容器外電極的半徑為R₂，高度為H。內外電極之間油水混合物的介電常數為。假設電極均勻，帶電量為Q，則電荷密度為，L為電介質內任一點到軸線的距離，D為電位移矢量，E為電場強度，U為電勢差，C為電容，則柱狀電容器的電容量為：

2、微波持水率計

電容法持水率的工作頻率通常在140~180kHz，屬於中波。頻率大於300MHz之間的波稱為米波（超短波），當微波持水率計採用的頻率在30~300MHz時，稱為超短波持水率計。

在高頻情況下，導體中的位移電流和傳導電流同時起作用。把油水流體看作均勻介質，把電場強度看作是時間的正弦函式，即：

3、低能源持水率計

低能源持水率計是利用低能光子穿過油氣水混合物時油水的質量吸收係數不同而進行持水率測量的。光子能量低於30keV時，主要由於光電效應而被吸收。光電吸收係數隨吸收介質的原子序數Z的增大而急劇增大。油和氣是碳氫化合物，水是氫氧化合物，它們的差別是碳和氧的差別。碳和氧的原子序數分別為6和8。對碳和氧來說，一個光子與一個原子的繞核電子產生光電效應的幾率之比約為0.266，就是說一個氧原子比一個碳原子的光電吸收係數要大得多。只要保證吸收過程主要是光電效應起作用，就能把碳和氧區別開，因而也就能把水和油氣區分開。低能源持水率計測量時，通常選鎘()作為放射源。

4、流動成像儀

流動式成像儀（FloView），儀器結構如圖所示，儀器外徑為1.6875in。在套管四個垂直的方位上放置火柴盒大小的探頭，用於測量井眼內流體的電阻率。高值代表油氣，低值代表水。探頭置於4個扶正葉片的內部，葉片起保護作用，探頭對套管內流體電阻的變化很靈敏，當從連續水相進入油氣泡中時會產生一個二進制輸出信號。

如果流動是非乳狀流（霧狀）且泡的尺寸大於探頭，則可從探頭的二進制輸出中得到持水率和泡的計數率。泡的計數率越大，說明油的流速越高。在三相流動中，該儀器仍可給出準確的持水率。每個探頭所測的是局部持率和局部泡的計數率，組合四個探頭的輸出可以輸出層析持率圖像和流速層析圖像（如圖）。將各探頭的局部持水率值平均可以得出平均持水率曲線，持水率曲線確定後，持氣率和持油率即可得到。