高含水低产液环空产出剖面测井解释统计模型

刘春辉 王成荣 李 胜 徐 锐

(中国石油集团测井有限公司吐哈事业部 新疆 哈密 839009)

0 引 言

吐哈油田以水驱油方式对吐哈区块进行高效、快速的注水开发，目前已进入产量递减大、高含水开发阶段。由于大量注入水注入吐哈油田的主产油层，导致主产油层水淹程度不断加剧，对油田产量贡献权重不断减小，因此，提高非主产层产量成为吐哈油田稳产、增产的关键。非主产层以低孔、低渗为主要特征，客观上导致产层产液量小、含水高的特点。为了能够更加精细地描述油藏、指导油藏调配，需要准确地解释产层产状。集流涡轮流量计存在非均衡及非线性的特征，集流后过流通道内油、气、水三相间滑脱效应及流态变化复杂，从理论上难以建立集流油、气、水三相流涡轮流量计测量物理模型;应用统计方法能够方便地获取多相流流动参量的统计结果［1、2］。通常，当产量高于20 m3/d 时，集流式涡轮流量计受含水率影响较小，流量与标定值呈线性关系;当流量低于20 m3/d 时，含水率对集流式涡轮流量计影响变大。神经网络在处理产水率、持水率和产量关系时具有很大的优势，将两者结合能够提高测井解释精度。

1 环空测井仪油、水两相标定实验

1.1 标定装置

标定装置包括:动力系统、稳压系统、自动调节系统、测试圆筒(高9 m，内径126 mm，透明有机玻璃)、分离系统等。

1.2 标定介质

实验标定采用的介质为柴油和水;水的密度为1.0 g/cm3(20℃);柴油的密度为0.86 g/cm3(20℃);油水表面张力为16.15 mN/m(24℃)。

1.3 测试仪器

江汉21 mm 环空测井仪0801 系列集流流量计-持水率计组合仪。输出信号:流量计响应值、持水率计响应值等。

1.4 标定过程

采用依次固定总流量，逐步增加含水率方法进行相关参数的测量和观察;标定流量分别为4 m3/d、7 m3/d、10 m3/d、15 m3/d、20 m3/d、25 m3/d、30 m3/d，标定含水率由1.0 以0.1 步长逐渐递减至0。

1.5 标定实验数据(0801 系列)

表1 为0801 系统涡轮流量计油水两相流标定数据。

表1 0801 系列涡轮流量计油水两相流标定数据表

2 集流涡轮流量计响应统计模型

涡轮流量计响应不仅与产量、含水率关系密切，根据相关文献建立如下模型［2、3］。

式中，A、B、C 与含水率Cw有关;Qf为日产液量，m3/d;RPS 为涡轮流量计转速，RPS。

采用有限穷举法结合最小二乘法原则，计算公式(3)最优解:

1)变量C 范围不超过±5，在［-5，5］之间以△C =0.01 为步长，计算参数A、B 的最优解;

2)根据上述计算的参数A、B、C 值采用公式(2)估算Qf';

3)寻找|(Qf' -Qf)/Qf|的最小值对应的参数A、B、C，并以此作为最终的最优解，见表2。

高含水率(Cw≥0.3)阶段，参数A、B、C 与含水率Cw具有较好的二次项拟合关系［2、4］，如图1 所示。

表2 0801 系列涡轮流量计实验计算不同含水率下的参数A、B、C

图1 0801 系列涡轮流量计参数A、B、C 拟合结果

环空涡轮流量计与流速、含水率有关［3、5］，随着流体速度降低，涡轮流量计受含水率影响变大，在低流量阶段需考虑这种影响带来的影响，计算精度见表3。

3 产水率与产量、电容式持水率关系模型

3.1 电容持水率、产量以及产水率三者试验数据

电容式持水率不能够准确测量出真实持水率［6］，通过三相流标定装置我们能够获得产水率、产量以及电容 式持水率的试验数据，见表4。

表3 应用统计模型对0801 系列流量标定数据计算各刻度点流量值(Cw≥0.3)

表4 0801 系列电容式持水率标定数据表

对电容式持水率归一化处理:

式中，Yw为持水率;Eo为持水率全油计数;Er为持水率测量段计数;Ew为持水率全水计数。

3.2 BP 神经网络建模［7］

当常规方法解决不了或效果不佳，尤其对问题的机理不甚了解，神经网络往往是最有利的工具，其拓扑结构如图2 所示。

图2 BP 神经网络基本拓扑结构

输入变量:产量Qf以及由式(4)计算的Yw;输出:产水率;采用三层网络结构:

隐层转移函数为对数S 型传输函数，输出层为线性传输函数;隐层神经元个数15，迭代次数20000，迭代精度0.0002，模型参数见表5，拟合精度见表6。

表5 训练BP 网络模型参数

4 环空产出剖面解释流程

用神经网络计算产水率不能够获得产水率解析解，采用迭代方式进行求解，步骤如下:

表6 应用BP 神经网络拟合不同产量、持水率对应的产水率

(1)初始化Cw;

(2)Qf=C+e(In(RPS)-In(A))/B;

(3)应用BP 网络，根据计算Qf以及归一化持水率，计算产水率C'w;

(4)|Cw-C'w|≤ε 是否成立?若成立退出，否则Cw=C'w返回(2)。

5 结束语

当产量较小时，环空涡轮流量计受流体性质影响突出，本文对多相流标定数据的分析证明了有关文献论述［1、2］;在实际测井解释时，需要考虑这种影响。通过多相流标定数据，能建立更加实际的高含水阶段涡轮解释模型;通过应用神经网络技术能够简化产水率、持水率和产量的关系。

［1］王立新，陈汉林，侯文静，等.集流式流量含水率组合测井仪生产测井资料解释方法研究［J］. 江汉石油学院学报，2002，24(3):28 -29.

［2］金宁德，周勇桂，王微微，等.伞集流油气水三相流涡轮流量计模型研究［J］.测井技术，2007，31(1):4 -9.

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［4］李维国，黄炳家，同登科，等.数值计算方法［M］.石油大学出版社，2004:25 -75.

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［7］张良均，曹 晶，蒋世忠.神经网络实用教程［M］.机械工业出版社，2008:89 -116.