電導(dǎo)相關(guān)流量測井儀的現(xiàn)場應(yīng)用

1、第28卷 S0 2004年2月測 井 技 術(shù)W ELL LOGGING TECHNOLOGYVo l.28 SupplF eb2004文章編號:1004-1338(2004S0-0061-04電導(dǎo)相關(guān)流量測井儀的現(xiàn)場應(yīng)用胡金海,劉興斌,周家強(qiáng),張玉輝,黃春輝(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司,黑龍江大慶163153摘要:電導(dǎo)式相關(guān)流量測井儀主要用于井下油/水兩相流含水率和流量的測量。該儀器通過確定流過傳感器的流體的油水混合相電導(dǎo)率與其中水相電導(dǎo)率之比來獲得含水率;通過相關(guān)運(yùn)算確定流動噪聲信號通過電導(dǎo)傳感器中的上、下游傳感器的渡越時間來確定流量。介紹了電導(dǎo)相關(guān)流量測井儀的傳感器結(jié)構(gòu)、儀器結(jié)

2、構(gòu)和工作原理。介紹了該測井儀流量測量部分的地面采集處理軟硬件模塊。給出了該測井儀的室內(nèi)動態(tài)實驗結(jié)果及現(xiàn)場應(yīng)用效果。該測井儀的特點(diǎn)是流量測量范圍較寬和過流測量含水率,但該儀器傳感器必須在水為連續(xù)相條件下工作,因此,儀器工作范圍限于持水率為50%100%,是井下多相流測量的一種無可動部件、采用同一傳感器測量流量及含水率的新型儀器。關(guān)鍵詞:電導(dǎo);含水率;相關(guān)流量;渦輪流量;應(yīng)用中圖分類號:P631 33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AField Applications of Conductivity Correlated Flow Rate Logging ToolHU Jin hai,L IU Xing bin

3、,ZHOU Jia qiang,ZHANG Yu hui,HU AN G Chun hui(Logging&Testing S ervices Co.of Daqi ng Oilfield Co.LTD.,Daqi ng,Heilongjiang163153,ChinaAbstract:Conductivity correlated flow rate logging tool is mainly for measuring watercuts and flow rates of oil/water two-phase fluids.The tool uses one same con

4、ductive sensor to measure the w atercuts and flow rates,i.e.,to obtain the w atercuts from the ratio betw een conductivity of oil/w ater m iscible fluids and that of the w ater phase fluids flow ing through the sensor;and to figure out the flow rates from correlation calcu lations of transit time of

5、 flow noise signals travelling through the upper and low er sensors.Introduced are the sensors structure,specifications and operating principles,as w ell as the surface data acquisition&pro cessing hardw are and software of the flow measuring part in this tool.Given are the results of indoor dy

6、namic experiments and field log applications.This tool has a w ide range of flow measurements and is able to measure w atercuts in the flowing state,but its sensor works only under the condition of continuous w ater-phase.Therefore,the tool s watercut measuring range is limited w ithin50%to100%.T hi

7、s tool has be come a useful tool w ithout movable parts but w ith one same sensor measuring the flow rates and w atercuts.Key words:conductivity;w atercut;correlated flow;turbo-flow;application0 引 言實際應(yīng)用表明,高含水率條件下在井下測量含水率時,電導(dǎo)傳感器1測量效果明顯優(yōu)于國內(nèi)現(xiàn)有的其它類型的含水率測量傳感器,而且采用一對電導(dǎo)傳感器測量流量的相關(guān)流量計2成為無可動部件、無阻流元件的流量計。因此,電導(dǎo)

8、式相關(guān)流量測井儀對于高含水、出砂大的油井測量具有優(yōu)勢?，F(xiàn)有的測量手段測量流量和含水率均采用不同的傳感器,如采用渦輪測量流量,采用電容傳感器3或電導(dǎo)傳感器測量含水率,電導(dǎo)式相關(guān)流量測井儀可成為現(xiàn)有的測量手段一種補(bǔ)充或替代。國內(nèi)油田油井產(chǎn)量低,并且含水率動態(tài)變化,因此,目前在現(xiàn)有技術(shù)條件下電導(dǎo)式相關(guān)流量測井儀優(yōu)選集流測量方式測量流量和含水率。國內(nèi)油田已經(jīng)處于高含水開發(fā)期,產(chǎn)出的流體在大多數(shù)情況下水為連續(xù)相、油為離散相,多數(shù)油井可為電導(dǎo)傳感器提供水為連續(xù)相的工作條件。渦輪流量計在測量過程中被卡住的現(xiàn)象常常發(fā)生,亟需無可動部件、無阻流元件的流量計,所以電導(dǎo)式相關(guān)流量測井儀具有很好的應(yīng)用前景。1 儀器結(jié)

9、構(gòu)和工作原理1.1 儀器的結(jié)構(gòu)儀器樣機(jī)全長1500mm,有4個功能短節(jié),自上而下依次為磁性定位器短節(jié)、溫度短節(jié)、電路筒、流量和含水率傳感器短節(jié)和傘式集流器。溫度和磁性定位2個參數(shù)采用非集流連續(xù)測量方式;流量和含水采用集流點(diǎn)測測量方式。由于電導(dǎo)法測量含水率過流狀態(tài)下測量油水混合相的電導(dǎo)率響應(yīng)(混相值、取樣狀態(tài)下測量其中水相電導(dǎo)率響應(yīng)(全水值,后者與前者的比值為儀器的相對響應(yīng),儀器的相對響應(yīng)和含水率密切相關(guān)。在傘式集流器上安裝一傘驅(qū)動的取樣校正裝置隨集測量時,打開集流器,過流測量混相值,同時測量相關(guān)流量;集流器收靠后由于關(guān)閉了進(jìn)液口,流道內(nèi)流體流動停止,油水在重力下分離,此時測量全水值。1.2 儀

10、器的工作原理1.2.1 儀器的電路原理儀器采用3芯電纜完成供電及信號傳輸,其電路原理框圖如圖1。接箍信號不供電,直接由3芯傳輸,同時3芯傳輸一路流量信號;2芯給集流器供電,同時傳輸另一路流量信號;流量和含水率供正電、溫度供負(fù)電,由1芯完成,同時1芯傳輸含水率信號和井溫信號。1.2.2 流量測量原理當(dāng)油水兩相流體從傳感器內(nèi)流過時,流體阻抗的隨機(jī)變化對作用在上、下游傳感器上的交變恒定電流產(chǎn)生隨機(jī)調(diào)制作用,上下游傳感器的輸出會隨著調(diào)制作用產(chǎn)生相應(yīng)的變化,由各自的信號處理電路可解調(diào)出隨機(jī)流動噪聲信號x (t和y(t。把兩路流動噪聲信號進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算,互相關(guān)函數(shù)表達(dá)式為R x y ( =lim T 1T

11、Tx (ty (t + d t (1互相關(guān)函數(shù)的峰值代表著兩路流動噪聲信號的最大相似2,它所對應(yīng)的時間 0是流體流動噪聲信號由上游傳感器到下游傳感器的時間,稱為渡越時間。通過公式v cc =L / 0(2可把 0轉(zhuǎn)換為相關(guān)流速v cc ,式中L 為上下游傳感器間的距離,即電極4、5之間的中心到電極2、3之間的中心的距離。1.2.3 含水率測量原理 由電學(xué)原理可知,測量電極間的電壓幅度與傳感器圖1 儀器電路工作原理示意圖內(nèi)部流體的電導(dǎo)率成反比。設(shè)測量電極間的電導(dǎo)在油/水混相時為C m ,全水時為C w ;混合相的電導(dǎo)率為 m ,水的電導(dǎo)率為 w ;混相時傳感器輸出頻率為F m (混相值,全水時為

12、F w (全水值,則有F w /F m =C m /C w = m / w (3m 與 w 之比由Maxwell 公式給出m / w =2 /(3- (4式中, 為兩相流中連續(xù)導(dǎo)電相的體積分?jǐn)?shù),在油水兩相流中為持水率。持水率是指井筒某處水相所占的體積百分比,持水率可通過流量校正為含水率?；煜嘀翟谟退畠上嗔黧w流過傳感器時測得,全水值可收傘后取樣獲得。2 流量測量部分的地面采集處理軟硬件模塊基于USB 總線的相關(guān)流量信號采集處理器包括硬件電路系統(tǒng)、軟件處理系統(tǒng)2部分。硬件電路包括DSP 電路、USB 總線電路、兩通道A/D 采樣電路及其前置放大/濾波器、邏輯控制電路、電源模塊等組成。硬件系統(tǒng)是以D

13、SP(TMS320C32-40為核心構(gòu)成的,它可以實時地實現(xiàn)如FFT 、FIR 、相關(guān)/卷積運(yùn)算等數(shù)字信號處理算法;它具有2個12bit 的高精度A/D 轉(zhuǎn)換器,可用于高精度數(shù)據(jù)采集的場合;硬件系統(tǒng)還擁有一個USB 總線接口,可方便、快速地實現(xiàn)與普通微機(jī)的信息交換。軟件處理部分包括DSP 部分程序(A/D 采樣控制、數(shù)字相關(guān)器、與USB 總線的信息交換、USB 總線驅(qū)動程序、計算機(jī)與USB 總線的數(shù)據(jù)交換與處理程序。另外,軟件系統(tǒng)還應(yīng)包括用于系統(tǒng)硬件測試目的的輔助程序部分。3 兩相流實驗實驗在多相流模擬井上完成,以柴油和水作為實驗介質(zhì)。使用相關(guān)流量地面采集處理器和微機(jī)配接,實現(xiàn)兩路流動噪聲信號

14、的采集、處理、相關(guān)運(yùn)算(求渡越時間及保存;使用頻率計記錄含水率傳感器的輸出。在每種流量和含水率配給情況下,把測得的渡越時間取平62 測 井 技 術(shù) 2004年均,再轉(zhuǎn)換為相關(guān)流速v cc ;將多次相關(guān)流速測量值取平均,得到平均相關(guān)流速,進(jìn)而獲得相關(guān)流速與配給流量的關(guān)系。將每種情況下含水率傳感器輸出的混相值取平均,通過全水值校正,求得儀器相對響應(yīng),從而獲得儀器相對響應(yīng)與配給含水率的關(guān)系。3.1 流量測量實驗結(jié)果分析圖2和圖3分別為測井儀在7m 3/d 以下和7m 3/d 以上得到的相關(guān)流速與標(biāo)準(zhǔn)流量的關(guān)系。從圖中可看出,該儀器在1100m 3/d 范圍內(nèi)相關(guān)流速隨流量的遞增而遞增。圖2顯示,儀器

15、在較低流量條件下仍有較好的分辨率。圖3顯示,傳感器對于2m 3/d 的流量差有明顯的分辨,當(dāng)流量由10m 3/d 增加到12m 3/d 、由20m 3/d 增加到22m 3/d ,相關(guān)流速均有明顯增加。由于純水情況下不存在流體阻抗擾動,導(dǎo)致電導(dǎo)式相關(guān)流量傳感器在含水率為100%時不能工作,所以有必要試探測量流量時含水率條件的上限。為此,在含水率為95%時進(jìn)行了實驗。由圖3可看出,在含水率為95%的條件下該傳感器仍能得到可靠結(jié)果。圖3顯示,相關(guān)流速和流量間存在很好的線性關(guān)系,為此對實驗數(shù)據(jù)做了線性擬合,得到公式Q 測=38 4v cc -4 6(5式中,Q 測為流量測量值,m 3/d ;v cc

16、 為相關(guān)流速,m/s 。把各標(biāo)準(zhǔn)流量點(diǎn)的相關(guān)流速代入式(5,得到相應(yīng)的流量測量值,依據(jù)式(6可計算流量測量值與對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)流量的標(biāo)準(zhǔn)偏差=(Q 測ij -Q 標(biāo)i 2N -1(6式中,i 代表不同配給流量點(diǎn);j 代表同一標(biāo)準(zhǔn)流量下不同含水率下的測量流量點(diǎn);Q 測ij 為測量流量;Q 標(biāo)i 為標(biāo)準(zhǔn)流量;N 為所有測量點(diǎn)數(shù)。計算出的 為4 4m 3/d 。依據(jù)式(7得到相關(guān)流量傳感器的流量測量精度為 4 4%。流量測量精度= /Q F.S.( 7式中,Q F.S.為滿量程流量(100m 3/d 。 圖2 7m 3/d 以下相關(guān)流速與標(biāo)準(zhǔn)流量關(guān)系3.2 含水率測量實驗分析圖4為該儀器的含水率測量部分對應(yīng)

17、于圖2和圖3各標(biāo)定點(diǎn)所得到的儀器相對響應(yīng),即全水值與混相值之比。由圖4可看出,當(dāng)流量大于10m 3/d 時,儀器相對響應(yīng)曲線的間隔近于均勻,表明傳感器具有很好的含水率分辨能力,油水滑脫效應(yīng)不明顯。10m 3/d 以下時儀器相對響應(yīng)曲線相聚,分辨能力下降,這主要是隨流量降低,滑脫效應(yīng)影響加劇造成的。依據(jù)圖5,在得到儀器相對響應(yīng)和流量的情況下,即可計算出含水率。4 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析圖5(a 、圖5(b 為儀器在北1-J3-452井835m 測點(diǎn)處全井流量、含水率測量曲線;圖5(c 、(d 為儀器在該點(diǎn)處重復(fù)測得的流量、含水率測量曲線。對比圖5(a 和圖5(c 可得流量重復(fù)測量誤差為 1 2%;對比

18、圖5(b 和圖5(d 可得含水率重復(fù)測量誤差為 2 7%。對比結(jié)果說明該儀器測量流量和含水具有很好的重復(fù)性。 圖6(a 、圖6(b 為儀器在北3-10-丙246井1038m 測點(diǎn)處2號儀器得到的全井流量、含水率測量曲線,圖6(c 、6(d 為4號儀器在該點(diǎn)處重復(fù)測得的流量、含水率測量曲線。對比圖6(a 和6(c 可得流量一致性誤差為 4 1%;對比圖6(b 和圖6(d 可得含水率一致性誤差為 2 9%。對比結(jié)果說明該儀器測量流量和含水具有很好的一致性。該儀器在北1-J3-452井測得的全井流量和含水率分別為65 6m 3/d 、84 1%,該井井口計量流量和化驗含水分別為62m 3/d 、82

19、%,測量結(jié)果和井口值比較符合;圖3 5m 3/d 以上相關(guān)流速與標(biāo)準(zhǔn)流量關(guān)系圖4 含水率相對響應(yīng)、流量、含水率關(guān)系圖版63 第28卷 S0 胡金海,等:電導(dǎo)相關(guān)流量測井儀的現(xiàn)場應(yīng)用 圖5 北1-J3-452井1038m 測點(diǎn)處現(xiàn)場測井重復(fù)性對比圖該儀器在北3-10-丙246井測得的全井流量和含水率分別為42 9m 3/d 、95%,該井井口計量流量和化驗含水分別為40m 3/d 、93%,測結(jié)果和井口值符合。分析結(jié)果說明儀器測量結(jié)果是正確的。該儀器在南2-3-丙453井測得綜合含水為92%,產(chǎn)液68m 3/d;在943m 處測得產(chǎn)液47 8m 3/d,測得合層含水93 3%;在948m 處測得

20、產(chǎn)液29 3m 3/d,測得合層含水88 5%。分層解釋結(jié)果是948m 和943m 之間的產(chǎn)液層是純水層,日產(chǎn)水18m 3/d 左右。儀器在該井測量結(jié)果見到了效果。該儀器和配接渦輪流量計的測井儀在北3-4-P39井進(jìn)行了對比。配接渦輪流量計的測井儀在該井測井過程中多次被卡住,最后完全卡死,無法完整完成測井。而電導(dǎo)式相關(guān)流量測井儀的測量傳感器無可動部件和阻流元件,測井過程中由于不受井內(nèi)出砂和異物的影響,因此,取得了完整的測量結(jié)果。通過對比表明該儀器可以彌補(bǔ)配接渦輪流量計的測井儀的不足。5 結(jié) 論電導(dǎo)式相關(guān)流量測井儀在電路設(shè)計上完成了和井圖6 北3-10-丙246井835m 測點(diǎn)處現(xiàn)場測井一致性對

21、比圖溫短節(jié)、磁定位短節(jié)的配接,可實現(xiàn)4個參數(shù)的測量。開發(fā)出了采用USB 基于DSP 的相關(guān)流量地面采集處理器,保證了電導(dǎo)式相關(guān)流量測井儀可以實現(xiàn)在時間軸連續(xù)測量流量,實現(xiàn)了流量的實時測量。現(xiàn)場應(yīng)用的分析結(jié)果表明該儀器具有很好的重復(fù)性和一致性;現(xiàn)場測量結(jié)果和井口計量、化驗結(jié)果符合得很好;該儀器能夠在高含水率中確定特高含水產(chǎn)液層,為地質(zhì)提供有價值的參考資料;該儀器測量流量不受出砂和井內(nèi)異物的影響或影響較小。應(yīng)用表明電導(dǎo)式相關(guān)流量測井儀是對現(xiàn)有產(chǎn)出剖面測井儀的有效補(bǔ)充。參考文獻(xiàn):1 劉興斌.井下油/水兩相流測量D.哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士論文,1996.2 胡金海.劉興斌,等.用于井下油水兩相流的新型流量

22、計J.測井技術(shù),1999,25(2:292-294.3 喬賀堂.生產(chǎn)測井原理及資料解釋M .北京:石油工業(yè)出版社,1992.(收稿日期:2003-07-28 本文編輯 王 環(huán)作 者 簡 介宋文明 高級經(jīng)濟(jì)師,1956年生。1976年畢業(yè)于大慶石油學(xué)校鉆井專業(yè)。從事固井技術(shù)、鉆井液技術(shù)管理工作。(地址:大慶石油管理局鉆探事業(yè)部 郵編:163453陶宏根 高級工程師,1963年生。1983年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院地質(zhì)專業(yè),現(xiàn)任測井公司副經(jīng)理兼總工程師。(地址:黑龍江省大慶市大慶石油管理局測井公司 郵編:163412 電話E-mail:taohonggenpc.c om.c

23、n朱世和 教授級高級工程師。1982年畢業(yè)于華東石油學(xué)院測井專業(yè)。現(xiàn)任遼河石油勘探局測井公司副經(jīng)理兼總工程師。(地址:遼寧省盤錦市興隆臺區(qū)遼河測井公司 郵編:124011 電話:0427-*劉愛平 高級工程師,1963年生。1985年畢業(yè)于西北大學(xué)化學(xué)工程系,2002年獲中國地質(zhì)大學(xué)(北京工程碩士學(xué)位。(地址:河北廊坊中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院 郵編:065007強(qiáng)毓明 高級工程師。1988年畢業(yè)于西北大學(xué)物理系。主要從事聲波測井方法研究及儀器開發(fā)工作。(地址:西安市風(fēng)城四路142號 郵編:710021謝艷萍 高級工程師,1963年生。1983年畢業(yè)于大港石油學(xué)校測井專業(yè),1990年畢業(yè)于

24、華東石油函大計算機(jī)專業(yè),一直從事測井資料解釋與研究工作。(地址:大港油田集團(tuán)測井公司資料評價中心 郵編:300280 電話保民 工程師。1992年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院測井專業(yè)。現(xiàn)從事測井錄井施工的工程技術(shù)及質(zhì)量管理工作。(地址:陜西省西安市未央?yún)^(qū)長慶興隆園小區(qū)長慶油田公司工程技術(shù)管理部郵編:710021 電話:029-*李 強(qiáng) 工程師。1968年生。西安石油大學(xué)在讀研究生,現(xiàn)從事套管井測井解釋。(地址:陜西西安市高陵涇河工業(yè)園涇渭東路方元大廈 郵編:710201 電話:029-*王金鐘 1982年畢業(yè)于華東石油學(xué)院測井專業(yè),現(xiàn)任大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司總工程師。(地址: