连续涡轮流量测井技术在商河地区的应用

高小荣，任小庆,，董文斌*，井阳阳，路学明，许勇，刘小育，卫聪聪

(1.中石化绿源地热能开发有限公司，河北 雄安 071800；2.中国地质大学(北京) 能源学院，北京 100083)

0 引言

地热田动态开发过程中，要做到科学合理地开发地热井并持续高产、稳产。为实现上述目的，需对地热井井筒内不同热储层位进行求产，识别出不同深度热储各小层的产水能力大小。在油田中借助产液剖面来了解各层对产液量的贡献情况，同样在地热开发过程中，也可以借助产液剖面识别不同热储层对产液量的贡献。

在地热田开发过程中，可以通过对地热井进行产液剖面测试，反映热储层的产液能力、分析评价热储层在纵向上产能的差异、评价地热田的开发效果等。科学地分析应用产液剖面资料是了解热储层变化、进行地热田开发分析的一种新方式，是指导地热田开发、进行方案部署的重要环节。目前，砂岩热储地热资源占据地热开发的主要部分，但是在开发过程中只是笼统地知道井口的产量，对地层中不同深度各小层产出水量尚无法量化，直接影响后期地热井深的布置、开发层位的确定以及对热储层的整体评价。

张晓玉[1]通过对过环空集流伞产出剖面测井和示踪流量计产出剖面测井两种工艺的影响因素阐述来对比这两种工艺，体现各自的优缺点。李震等[2]提出利用产出剖面资料确定剩余油饱和度方法，并将其适用条件推广到缺少取心资料的储层。林永江[3]运用产出剖面组合测试技术对地热井进行了分层流量测试，得出地热井产出剖面结果，分析主要的出水层位，为下一步布置地热井及有效开发利用提供依据。张大朋[4]采用产出剖面四参数组合测井技术进行产出剖面测井，与井温资料、历史资料对比分析后获得更精确的解释结果，更加充分地反映地层的产出状况，为油田产出剖面测井提供一种新的思路。方伟[5]设计了一种地热井产出(吸水)剖面测试井口装置，可满足地热井在正常供暖生产过程中开展产出(吸水) 剖面测试需求，为地热井进一步有效开发利用提供技术支撑。闫正和[6]为实现水平井段沿程产出剖面及油水两相持率的连续监测，从电学、声学、光学等角度开展研究，形成了水平井产出剖面光纤监测方法。邸德家[7]对当前水平井产液剖面测试采用的生产测井技术、分布式光纤监测技术和智能示踪剂监测技术进行总结梳理，并提出了对应的发展建议。

鉴于上述实际问题，有必要采用连续涡轮流量测井技术对热储层产液(吸水)剖面进行研究，定量刻画热储层产液(吸水)剖面出水情况，其研究方法、试验搭配组合以及应用都将为地热井科学开发及地热井精细化管理提供技术支撑。

1 产出剖面测试原理

地热井中的流体为单相介质，适用于连续涡轮流量计测井，其通过流体中涡轮的转速来反映流量的大小。利用测井仪器录取地热井井下温度、地热井下压力、地热流体温度、持率、地热水量、磁定位和自然伽马等井下参数，采取4种不同速度测速，在上下目的层段分别测取8条流量曲线，通过解释软件的计算，细分出每层的出水量。

在地热井正常生产情况下测量沿井筒的各参数，通过不同电缆测速及方向(上测、下测各4次，共8次)进行流速测量，根据涡轮响应特征计算出沿井筒的混合流体视速度，然后根据各相持率及井下流型选择适用的垂直管流模型计算出各相的表观速度，以计算出井下各相流体的井下产量，并根据井下产量换算成地面产量。

测井的过程其实是涡轮流量现场刻画的过程。利用产出剖面测井资料，可以获得各产层所产流体的产量、性质、温度、压力特性等，主要测量参数曲线有地热井井下温度、地热井下压力、地热流体温度、持率、地热水量、磁定位和自然伽马等井下参数。涡轮流量计是应用流体动量矩原理实现流量(流速)测量的，其运动方程为式(1)，理想的响应方程为式(2)。

连续涡轮流量测量实际是一个现场刻度的过程，利用式(2)，通过电缆不同测速Vl，可用最小二乘法求出Va(视流体速度)，其计算过程与步骤如下：

(1)计算各解释层视流体速度；

(2)选用解释模型，计算各解释层产量；

漂流模型：

均流模型：

(3)上下解释层相减，即为各层产量。

2 现场施工与应用

该井所下滤水管外径为φ177.8 mm，钢级为N80，壁厚为9.19 mm。打眼、包网60目，缠丝。滤水管总长度为206.64 m，有效长度为187.14 m。滤水管下入井段为1319.64～1342.16 m、1353.07～1493.93 m、1526.64～1569.90 m。

本次现场施工仪器采用连续涡轮流量测井，用于热储层内产能检测，适用于测总产量和测多级分层产出水量，可用于地热水产出介质条件下的产液剖面测量。采用单芯组合编码方式传输信号，井内参数在测绳同一下放速度或同一上提速度下一次采集，便于用户精准解释和详细评价地热井的分层产水量。通过测量地热井各生产层位的产水量和总产水量，划分并分析地热井的产液剖面，进一步确定每个生产小层的生产动态，分析在地热井生产中的出水层、不出水层和倒水层，为地热井采取增产措施提供依据[8-14]。

磁定位、温度、伽马、压力等测井项目组合成测井单元，其试验现场设备仪器参数如表1所示，然后连接涡轮流量计，流量计后端也可连接配重装置，针对不同井况处理。组成的仪器串可以完成磁定位、温度、压力、自然伽马、流量的五参数测井，通过单芯电缆收集原始数据并将其传输至地面仪器，满足对地热井实时观测和存储的需求。

表1 试验现场设备仪器参数

2022年9月2日在现场开展试验，排量约为40、80 m3/h，测速分别为600、900、1200、1800 m/h，下测、上测自然伽马曲线GR、磁性定位曲线CCL、压力曲线PRE、流量曲线FLOW。

3 实例分析

针对山东地区砂岩地热井特征，进行产液剖面现场测试，结合地热井的物性参数，分析砂岩热储层在不同深度的产水情况。商河盛景城3号井产液剖面测井解释成果如表2所示，山东商河某地热井产液剖面如图1所示。

图1 山东商河某地热井产液剖面

根据测试结果可得出以下结论，静止液面为69 m；排量约为80 m3/h时，动液面折算为125 m；存储电磁流量计显示1250 m(垂深1139 m)，压力10.14 MPa。通过计算结果表明，在排量为80 m3/h时，1330～1340 m井段为主要产水层段，日产水量为445.7m3，相对产水量为63.2%；1320～1330 m、1340～1350 m为次要产水层段，日产水量分别为108.9、23.8 m3，相对产水量为15.4%、3.4%。根据新近系馆陶组的分层数据，确定主力产水层。

4 结论

连续涡轮流量测井技术可明确山东商河区域砂岩储层各层位的产水能力，主力产水层位位于新近系馆陶组的中部，该层位地热水可作为主力热源用于化工生产。

根据产液剖面测试结果，确定合理的地热井井身结构和合理的产能，并将该地热能用于化工生产中，极大程度降低了化工生产成本，并避免了环境污染问题。