一种基于电导探针阵列传感器的水平井多参数估计方法

摘要

本发明涉及一种基于电导探针阵列传感器的水平井多参数估计方法，可用于对低产液水平井产出剖面的动态监测。其特征是在使用电导探针阵列传感器对水平井内的多个参数进行测量之前，首先对电导探针阵列传感器进行标定，获得标定数据并建立标定数据库；在进行参数估计时，根据现场得到的电导探针阵列传感器的实际响应计算距离矩阵；最后根据距离矩阵中最小元素所处的位置找出标定数据库中的匹配向量，进而对电导探针阵列传感器方位角、水平井中的水相电导率和油水界面高度进行估计。本发明的有益效果是当采用电导探针阵列传感器进行水平井产出剖面测井时，可以对井内的油水界面高度、水相电导率以及电导探针阵列传感器的方位角同时在线测量，测量下限低、精度高、可靠性好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电导探针阵列传感器的水平井多参数估计方法，可用于对低产 液水平井产出剖面动态监测中的多个参数进行精确估计。

背景技术

生产测井包括完井后的注入井和生产井测井技术，其目的是评价油井本身和油藏的 生产动态。近年来，生产测井的任务则扩展为从钻井初期各个阶段至油井的整个开采历 程。根据测量对象和应用范围的不同，生产测井方法大致可分为三类：生产动态测井、 产层评价测井、工程技术测井。水平井是指井斜角达到或接近90°，井身沿着水平方向钻 进一定长度的井。水平井可大幅提高集水建筑物与地下水非饱和带中的气体、地下油气 的接触面积，有效地提高流体的抽取效率并提高采收率。在水平井中，井下混合流体会 因密度差异产生重力分异，使流体分层流动或流动时具有分层效果。水平井是我国二十 世纪末迅速发展起来的提高油井产量和开发效益的技术。通常一口水平井为同样井深直 井成本的2.5～3.5倍，但其产油量可增加3～5倍，因此水平井技术得到了石油界的普遍重 视。水平井钻井技术已日趋完善，但受测井仪器输送困难，流型复杂等因素的影响，水 平井生产测井技术发展缓慢。国内许多油田均已经成功应用了水平井，取得了较好的经 济效益，但长期的开发使生产状态不稳定，部分井见水后含水上升较快，产油量明显下 降。要解决这些问题，就要使地质工作者了解井下生产状况，以便其确定更好施工方案， 这就对水平井生产测试提出了更为急迫的要求。

发明内容

一种基于电导探针阵列传感器的水平井多参数估计方法，其特征在于包括下列步骤：

（1）在使用电导探针阵列传感器对水平井内的多个参数进行测量之前，首先对电导 探针阵列传感器进行标定，具体步骤如下：

A．进行标定之前，在电导探针阵列传感器方位角的取值区域上等间隔取m个点， 分别记为θ₁,θ₂,…,θ_m，在油水界面高度的取值区域上等间隔取n个点，分别记为h₁,h₂,…, h_n；

B．在标定过程中，将电导探针阵列传感器的方位角调整为θ_i，将油水界面高度调整 为h_j，其中i=1,2,…,m，j=1,2,…,n，测量此刻电导探针阵列传感器的响应，记为

在标定过程中，保持水相电导率为常数，记为σ^c，反复执行步骤B，测量每种条件 下电导探针阵列传感器的响应，得到标定数据库，用矩阵表示为

$G^c=\left(\begin{array}{cccc}{G}_{\mathrm{1,1}}^c& G_{\mathrm{1,2}}^c& ···& G_{1,n}^c\\ G_{\mathrm{2,1}}^c& G_{\mathrm{2,2}}^c& ···& G_{2,n}^c\\ ···& ···& ···& ···\\ G_{m,1}^c& G_{m,2}^c& ···& G_{m,n}^c\end{array}\right);$

（2）对油水界面高度、电导探针阵列传感器方位角和水相电导率进行参数估计，具 体步骤如下：

A．在测量现场获取电导探针阵列传感器的实际响应，记为G^m；

B．计算距离矩阵D，表示为

$D=\left(\begin{array}{cccc}{d}_{\mathrm{1,1}}& d_{\mathrm{1,2}}& ···& d_{1,n}\\ d_{\mathrm{2,1}}& d_{\mathrm{2,2}}& ···& d_{2,n}\\ ···& ···& ···& ···\\ d_{m,1}& d_{m,2}& ···& d_{m,n}\end{array}\right),$

其中矩阵D中元素d_i,j的计算公式为：

$d_{i,j}={\left|\right|\frac{G_{i,j}^c}{{\left|\right|G_{i,j}^c\left|\right|}_{\infty }}-\frac{G^m}{{\left|\right|G^m\left|\right|}_{\infty }}\left|\right|}_2,$

C．确定矩阵D中最小元素的位置，记为（r,s），其中r表示矩阵D中最小元素所 在的行号，s表示矩阵D中最小元素所在的列号，然后在标定数据库G^c中找出（r,s）位 置上的元素，定义为匹配向量，记为

D．利用公式

$\left(\begin{array}{c}\tilde{\theta }={\theta }_r\\ \tilde{\sigma }=\frac{{\left|\right|G_{r,s}^c\left|\right|}_1}{{\left|\right|G^m\left|\right|}_1}·{\sigma }^c\\ \tilde{h}=h_s\end{array}\right)$

确定各参数估计值，其中和分别为电导探针阵列传感器方位角、水平井中的水相 电导率和油水界面高度的估计值。

本发明的有益效果是当采用电导探针阵列传感器进行水平井产出剖面测井时，可以 对井内的油水界面高度、水相电导率以及电导探针阵列传感器的方位角同时在线测量， 测量下限低、精度高、可靠性好。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为具体实施方式中采用的电导探针阵列传感器的结构图，图中：电导探针（201）， 支撑臂（202），支承轴（203）；

图3为具体实施方式中电导探针阵列传感器的测量截面图，图中：水平井套管（301）， 支撑轴（302），支撑臂（303），电导探针（305）。

具体实施方式

现结合附图说明本发明的具体实施方式。图1为本发明的流程图，图2为具体实施 方式中采用的电导探针阵列传感器的结构图，该结构的传感器由分布在内外两环上的24 个电导探针（201），分别安装在12个等角度分布的支撑臂（202）上，支撑轴（203） 与水平井同轴，用于固定和支撑整个传感器。图3显示了在工作状态下，电导探针阵列 传感器的测量截面及其探针的编号方式，其中水平井内壁为125mm，支撑轴（302）的 外径为50mm。电导探针阵列传感器的方位角为其绕支承轴逆时针转过的角度，且指定 图3显示了电导探针阵列传感器为方位角15°时的情况；在进行测量时，套管（301）和 支承轴（302）电位相等，被认为是整个测量系统的地，电导探针阵列传感器的响应为每 一个电导探针和地之间的电导值，可用向量表示为G={g₁,g₂,…,g₂₄}。

（1）在使用电导探针阵列传感器对水平井内的多个参数进行测量之前，首先对电导 探针阵列传感器进行标定，具体步骤如下：

A．进行标定之前，在电导探针阵列传感器方位角的取值区域[0,2π)上等间隔取m 个点，在本实施方式中m=120，因此离散间隔为3°，并依此记为θ₁,θ₂,…,θ₁₂₀，在油 水界面高度的取值区域[0,125]上等间隔取n个点，在本实施方式中n=51，因此离散间 隔为2.5mm，并依次记为h₁,h₂,…,h_n；

B．在标定过程中，将电导探针阵列传感器的方位角调整为θ_i，将油水界面高度调整 为h_j，其中i=1,2,…,120，j=1,2,…,51，测量此刻电导探针阵列传感器的响应，记为

在标定过程中，保持水相电导率为常数，记为σ^c，经测定σ^c=0.078S/m，反复执 行步骤B，测量每种条件下电导探针阵列传感器的响应，得到标定数据库，用矩阵表示 为

$G^c=\left(\begin{array}{cccc}{G}_{\mathrm{1,1}}^c& G_{\mathrm{1,2}}^c& ···& G_{\mathrm{1,51}}^c\\ G_{\mathrm{2,1}}^c& G_{\mathrm{2,2}}^c& ···& G_{\mathrm{2,51}}^c\\ ···& ···& ···& ···\\ G_{\mathrm{120,1}}^c& G_{\mathrm{120,1}}^c& ···& G_{\mathrm{120,51}}^c\end{array}\right),$

由于在本实施方式中m=120、n=51，因此标定数据库G^c为120行、51列，且矩阵中 的元素为向量，向量的位数为24，代表不同方位角和油水界面高度的组合下，电导探针 阵列的响应。

（2）对油水界面高度、电导探针阵列传感器方位角和水相电导率进行参数估计，具 体步骤如下：

A．在测量现场获取电导探针阵列传感器的实际响应，记为G^m。为检验本发明的应 用效果，在本实施方式中，电导探针阵列传感器的实际响应G^m所对应传感器方位角θ、 油水界面高度h和水相电导率σ的真实值为已知的，分别为θ=123.6°、h=62.8mm、 σ=0.897S/m。

B．计算距离矩阵D，表示为

$D=\left(\begin{array}{cccc}{d}_{\mathrm{1,1}}& d_{\mathrm{1,2}}& ···& d_{1,51}\\ d_{\mathrm{2,1}}& d_{\mathrm{2,2}}& ···& d_{2,51}\\ ···& ···& ···& ···\\ d_{120,1}& d_{120,2}& ···& d_{120,51}\end{array}\right),$

其中矩阵D中元素d_i,j的计算公式为：

$d_{i,j}={\left|\right|\frac{G_{i,j}^c}{{\left|\right|G_{i,j}^c\left|\right|}_{\infty }}-\frac{G^m}{{\left|\right|G^m\left|\right|}_{\infty }}\left|\right|}_2,$

由于在本实施方式中m=120、n=51，因此距离矩阵D为120行、51列，且矩阵中的元 素为标量，代表传感器的实际响应G^m与标定数据库矩阵G^c中对应元素的欧式距离。

C．确定矩阵D中最小元素的位置，记为（r,s），其中r表示矩阵D中最小元素所 在的行号，s表示矩阵D中最小元素所在的列号，然后在标定数据库G^c中找出（r,s）位 置上的元素，定义为匹配向量，记为在本实施方式中r=42，s=51，因此匹配向 量为

D．利用公式

$\left(\begin{array}{c}\tilde{\theta }={\theta }_r\\ \tilde{\sigma }=\frac{{\left|\right|G_{r,s}^c\left|\right|}_1}{{\left|\right|G^m\left|\right|}_1}·{\sigma }^c\\ \tilde{h}=h_s\end{array}\right)$

确定各参数估计值，其中和分别为电导探针阵列传感器方位角、水平井中的 水相电导率和油水界面高度的估计值。在本实施方式中m=120、n=51、r=42、s=51、 匹配向量为则θ_r=123°、h_s=62.5mm，因此经过计算得 与真实值θ=123.6°、h=62.8mm、σ=0.897S/m比较，说明该方法是 可行的。

以上对本发明及其实施方式的描述，并不局限于此，附图中所示仅是本发明的实施方 式之一。在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造地设计出与该技术方案类似的结 构或实施例，均属本发明保护范围。