一种光纤监测水平井产液剖面解释方法与流程

本发明属于石油天然气开采，具体涉及一种光纤监测水平井产液剖面解释方法。

背景技术：

1、水平井产液剖面测试对于评价压裂施工效果、验证静态地质资料、进行动态分析、制定增产措施具有重要指导意义。目前应用于水平井生产测试的工艺主要有油管输送、连续油管输送、牵引器输送工艺，但由于气井生产大多采用大规模压裂增产措施，水平段井筒内钻屑及压裂砂遗留较多，同时水平井井眼轨迹不规则，使得常规生产测井仪容易在水平段遇阻、仪器用于测试水平段产出情况的转子流量计或探针容易磨损或砂卡，测试成功率低，应用特制的温度、压力、持液率测试仪因为结构紧凑、无可动部件，更容易实现气井长水平段的测量，而应用温压剖面进行产出剖面的解释方法目前还很少。随着光纤传感技术在油气田开发中的广泛应用，光纤监测水平井产液剖面已成为一种有效手段，同时对产液剖面定量解释要求越来越高。

2、近年来，国内外光纤产液剖面解释方法主要有分布式光纤温度监测(dts)和分布式光纤声音监测(das)两种解释方法。

3、其中，dts是利用光纤的反射原理和光纤的反向roman散射的温度敏感性，依靠光在光纤中传播时与光纤介质周围温度变化的定量关系来确定光纤介质所在位置处的温度。dts可以探测微小的温度变化，通过dts测试水平井温度分布反演求取水平井产出剖面，可实时获得井液产出量或注水量等生产动态信息，实现出液位置的定量解释，测试难度低、测试效率高、测试成本低；但是，由于普通dts调制解调仪器的空间分辨率和温度测量灵敏度有限，使得用dts测量的井温变化量和准确位置存在一定误差，导致仅根据井温变化推算出的射孔段的井液产出量或注水量误差较大，而且无法仅根据井温的变化准确地推算出射孔段产出的油、气和水各是多少。

4、das是利用相干光时域反射测量的原理，将相干短脉冲激光注入到光纤中，当有外界振动作用于光纤上时，由于弹光效应，会微小地改变纤芯内部结构，从而导致背向瑞利散射信号的变化，使得接收到的反射光强发生变化，通过检测井下事件前后的瑞利散射光信号的强度变化，即可探测并精确定位正在发生的井下流体流动事件，从而实现井下生产动态的实时监测。das在井下生产动态实时监测方面具有抗电磁干扰、耐腐蚀、实时性好等特点；但是，由于目前主要利用das技术采集井下噪音数据，利用噪音数据推测井下射孔井段油、气、水的产出情况，仅依靠井下噪音数据推测井下射孔井段油、气、水的产出情况基本上属于定性或半定量解释，存在较大误差。

5、dts测量的绝对温度准确，das测量响应快、分辨率高，可以准确地测量井眼温度和井眼位置。虽然dts只能提供0.1℃左右的精度和相对较低的采样率的温度测量，但它的好处是测量绝对温度，而不仅仅是其变化；另一方面，das提供了更高的采样率，高精度和分布式温度测量，可以将低频das信号转换为温度变化的信息。因此，将两者结合起来，提供了一种高精度、连续测量井温的新方法。

6、美国专利文献us11193367b2公开了一种通过从监测井获得低频das和dts数据和压力数据来评估井间干扰和/或优化储层的烃生产的方法，当监测器和生产井都关闭时，然后可变地打开生产井进行生产，并且检测出井间干扰的温度和压力波动，并且基于低频das数据沿井长定位干扰；该专利的技术方案可用于优化油井布置，完井计划，压裂计划，并最终优化给定储层的生产，但是，该专利的技术方案主要用于监测油井间的干扰，并据此优化油井部署，并未给出产液剖面的计算方法，且其技术方案的实施需要两口井，一口为监测井，一口为生产井，光缆部署在监测井，监测相邻井的压裂改造情况，实施过程复杂。

7、美国专利文献us20170260846a1公开了一种组合das和dts数据以精确估计井眼温度的方法，利用das信号在低频带的热敏性，并结合来自dts的绝对温度测量，产生比当前商用解决方案精度高出10000倍的分布式温度测试；das和dts数据应在同一口井同时记录，das数据首先经过低通滤波，然后转换为温度变化测量；通过对dts和das数据的拟合，得到了较为准确的温度估计值，但是，该专利的技术方案仅给出了如何得到较为准确的井筒温度曲线，并未给出如何计算各层段产液量，无法实现对水平井产液剖面进行准确的定量解释。

8、中国专利cn110344815a公开了一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的生产剖面监测方法，对单模感声光纤反射回来的声音信号和多模感温光纤反射回来的温度信号利用dts/das注采井生产剖面解释模块进行处理，最终得到注采井各生产层段的实时流量和含水情况；该专利的技术方案可完成“一次入井作业实现全井段生产剖面测试”，实现注采井生产剖面的实时、长期或临时监测，获得各生产井段的流量、含水参数，但是，该专利的技术方案针对直井设计，对于温度随深度变化较小的水平井并不适用。

9、中国专利cn113513302a公开了基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统及监测方法，把声敏热敏传感铠装光缆用金属卡子捆绑在垂直井、斜井或水平井的油气管外侧，构建了一个对油气生产井或注水井进行产液剖面或吸水剖面测量和长期动态监测系统的井下传感单元，加上井口附近的das和dts调制解调仪器，共同组成井下产液剖面或吸水剖面测量和流体分布动态监测系统，对油气生产井或注水井的产液剖面或吸水剖面进行长期动态监测。该专利的技术方案能够实现井下流体分布动态综合监测，便于在垂直井或水平井中测量和监测产液剖面或吸水剖面及其变化，但是，该专利的技术方案针对光纤在油管外的部署方式，对于套管外敷光纤井不适用；而且，由于油管外敷光纤中的光纤位于套管内，故油管外敷光纤受井筒内流体扰动影响较大，其监测结果无法准确反应地层温度，监测误差大。

技术实现思路

1、本发明旨在解决至少一种现有技术或相关技术中存在的技术问题，提供一种光纤监测水平井产液剖面解释方法，利用低频das信号监测井筒水平段温度的微小变化，实现对dts井筒温度曲线的修正，从而对水平井产液剖面进行准确的定量解释。

2、为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种光纤监测水平井产液剖面解释方法，所述方法包括如下步骤：

4、步骤s1：在井筒中部署光缆；所述光缆内包含有多模光纤和单模光纤，所述多模光纤与分布式温度dts监测设备连接，所述单模光纤与分布式声波das监测设备连接；

5、步骤s2：压裂作业完成后关井，使用多模光纤沿井筒记录dts数据；关井一段时间待井筒温度升高直至稳定后，将稳定后多模光纤沿井筒记录的dts信号作为井筒原始地层温度分布曲线；

6、步骤s3：开井生产，使用单模光纤沿井筒记录开井瞬间的das数据；

7、步骤s4：待井口产液量稳定后，使用多模光纤沿井筒记录稳产阶段dts数据，作为初始稳产阶段井筒温度分布曲线；

8、步骤s5：对步骤s3中的das数据进行低通滤波，得到低频das数据，并将低频das数据转换为温度变化数据；将该温度变化数据作为修正值，对步骤s4中采集的稳产阶段温度数据进行修正，得到修正后的稳产阶段井筒温度分布曲线；

9、步骤s6：对比步骤s5中修正后的稳产阶段井筒温度分布曲线与步骤s2中的井筒原始地层温度分布曲线，计算各射孔簇位置温度差；

10、根据各射孔簇位置温度差，利用井筒温度场数学模型计算各射孔簇流体流量，实现对水平井产液剖面的定量解释。

11、进一步地，所述步骤s1中，在井筒中部署光缆，具体包括：在套管外壁部署光缆，随套管下入井筒。

12、进一步地，所述步骤s1中的光缆为一根铠装光缆，所述铠装光缆内包含至少一根多模光纤和至少一根单模光纤。

13、进一步地，所述步骤s3中，对das数据进行低通滤波时，设置das瀑布图频段为0.001-0.1hz。

14、进一步地，所述步骤s5中，将步骤s3中的低频das数据转换为温度变化数据，转换公式为：

15、dt(x,t)/dt＝μd(x,t)+β(t)                          (1)

16、上式(1)中，t(x,t)为低频das数据转化过来的温度变化数据；d(x,t)为低频das数据；μ为光相位率转化系数，常数；β(t)为das数据中存在的漂移噪声。

17、更进一步地，所述步骤s5中，将该温度变化数据作为修正值对步骤s4中采集的稳产阶段温度数据进行修正，得到较为准确的井筒温度分布曲线，修正公式为：

18、tf(x,t)＝tw(x,t)+t(x,t)             (2)

19、上式(2)中，tf(x,t)为修正后的温度数据，tw(x,t)为稳产阶段采集的温度数据；t(x,t)为低频das数据转化过来的温度变化数据。

20、进一步地，在步骤s6中，所述井筒温度场数学模型的计算公式为：

21、

22、上式中：i为射孔簇号；δti为第i簇稳产阶段井筒温度与原始地层温度之差；rti为套管内径，m；uat为套管与水泥环热交换的总传热系数，w/(m2·℃)；w为射孔簇流入井筒的流体质量流量，kg/s；g为重力加速度，m/s2；kjt为焦耳-汤姆逊系数，℃/pa；cp为井筒中流体比热容，j/(kg·℃)；ρij、ρip分别为第i簇射孔簇计算单元流入流体密度、流出流体密度，kg/m3；drs/dp为井筒压力梯度，pa/m；dpi/dx为第i簇位置溶解气油比相对于压力的变化梯度。

23、进一步地，所述方法还包括如下步骤：

24、步骤s7：由步骤s6计算得到的各射孔簇流体流量进行求和计算，即可得到井口产液量；

25、然后，利用井口产液量，根据各射孔簇的射孔孔眼横截面积和射孔数量，即可计算每一个射孔流入井筒的流量。

26、与现有技术相比，本发明所产生的有益效果是：

27、(1)本发明首先在压裂完成后关井，获取井筒温度稳定后的dts信号作为井筒原始地层温度分布曲线；然后利用低频das信号监测井下产液剖面的微小温度变化，通过执行开/关井操作，使得射孔簇流体流入井筒，产生一个局部流体前进的热段塞流，将低频das(<0.01hz)信号瀑布图上观测到的开井瞬态温度段塞流信号转化为温度变化信号；再利用该温变信号作为稳产阶段生产剖面模型的有效约束，实现对稳产阶段井筒温度分布曲线的修正；最后根据修正后的稳产阶段井筒温度分布曲线与井筒原始地层温度分布曲线，计算各射孔簇位置温度差，将各射孔簇位置温度差代入井筒温度场数学模型，即可计算得到各射孔簇流体流量，从而明确各射孔簇产液贡献占比，实现了对水平井产液剖面的准确定量解释，为评价水平井压裂施工效果、验证静态地质资料、进行动态分析、制定增产措施等提供重要的理论指导和技术参考依据；

28、(2)本发明的方法不仅适用于油管外敷光纤，而且可以适用于套管外敷光纤；同时，相比于油管外敷光纤的光纤位于套管内，受井筒内流体扰动影响较大、监测结果误差大，本发明的方法在应用于套管外敷光纤时在监测准确性上更有优势，因为套管外敷光纤是直接与地层接触的，与地层耦合性更好，采集的数据质量更高，能直接计算每簇的流体流量，且可通过井口产量验证计算方法的准确性，监测结果的准确性和可信度更高。

技术特征：

1.一种光纤监测水平井产液剖面解释方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，在井筒中部署光缆，具体包括：在套管外壁部署光缆，随套管下入井筒。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中的光缆为一根铠装光缆，所述铠装光缆内包含至少一根多模光纤和至少一根单模光纤。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中，对das数据进行低通滤波时，设置das瀑布图频段为0.001-0.1hz。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s5中，将步骤s3中的低频das数据转换为温度变化数据，转换公式为：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤s5中，将该温度变化数据作为修正值对步骤s4中采集的稳产阶段温度数据进行修正，得到较为准确的井筒温度分布曲线，修正公式为：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤s6中，所述井筒温度场数学模型的计算公式为：

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

技术总结
本发明属于石油天然气开采技术领域，公开了一种光纤监测水平井产液剖面解释方法，包括：在井筒中部署多模光纤和单模光纤，分别与DTS、DAS监测设备连接；压裂完成后关井，记录井筒DTS数据为井筒原始地层温度分布曲线；记录开井瞬间的DAS数据；记录井筒产量稳定后的井筒DTS数据为初始稳产阶段井筒温度分布曲线；对DAS数据进行低频提取，并将低频DAS数据转换为温度变化数据；利用温度变化数据对稳产阶段的DTS温度数据进行修正；根据各射孔簇位置地层温度与修正后温度的差值，利用井筒温度场数学模型计算各射孔簇流体流量。本发明能够实现水平井产液剖面的准确定量解释，为油气田开采提供理论指导和参考依据。

技术研发人员：田志华,李佳琦,路宗羽,李一强,董小卫,黄建波,汪志,赵文龙,赵云峰,夏赟,王万彬
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5