電導相關流量測井儀的現(xiàn)場應用

1、第28卷 S0 2004年2月測 井 技 術W ELL LOGGING TECHNOLOGYVo l.28 SupplF eb2004文章編號:1004-1338(2004S0-0061-04電導相關流量測井儀的現(xiàn)場應用胡金海,劉興斌,周家強,張玉輝,黃春輝(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司,黑龍江大慶163153摘要:電導式相關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率與其中水相電導率之比來獲得含水率;通過相關運算確定流動噪聲信號通過電導傳感器中的上、下游傳感器的渡越時間來確定流量。介紹了電導相關流量測井儀的傳感器結構、儀器結

2、構和工作原理。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動態(tài)實驗結果及現(xiàn)場應用效果。該測井儀的特點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。關鍵詞:電導;含水率;相關流量;渦輪流量;應用中圖分類號:P631 33 文獻標識碼: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 言實際應用表明,高含水率條件下在井下測量含水率時,電導傳感器1測量效果明顯優(yōu)于國內現(xiàn)有的其它類型的含水率測量傳感器,而且采用一對電導傳感器測量流量的相關流量計2成為無可動部件、無阻流元件的流量計。因此,電導

8、式相關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或電導傳感器測量含水率,電導式相關流量測井儀可成為現(xiàn)有的測量手段一種補充或替代。國內油田油井產量低,并且含水率動態(tài)變化,因此,目前在現(xiàn)有技術條件下電導式相關流量測井儀優(yōu)選集流測量方式測量流量和含水率。國內油田已經處于高含水開發(fā)期,產出的流體在大多數(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,所以電導式相關流量測井儀具有很好的應用前景。1 儀器結

9、構和工作原理1.1 儀器的結構當油水兩相流體從傳感器內流過時,流體阻抗的隨機變化對作用在上、下游傳感器上的交變恒定電流產生隨機調制作用,上下游傳感器的輸出會隨著調制作用產生相應的變化,由各自的信號處理電路可解調出隨機流動噪聲信號x (t和y(t。把兩路流動噪聲信號進行互相關運算,互相關函數(shù)表達式為R x y ( =lim T 1TTx (ty (t + d t (1互相關函數(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轉換為相關流速v cc ,式中L 為上下游傳感器間的距離

10、,即電極4、5之間的中心到電極2、3之間的中心的距離。 由電學原理可知,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部流體的電導率成反比。設測量電極間的電導在油/水混相時為C m ,全水時為C w ;混合相的電導率為 m ,水的電導率為 w ;混相時傳感器輸出頻率為F m (混相值,全水時為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)導電相的體積分數(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。混相值

11、在油水兩相流體流過傳感器時測得,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DSP(TMS320C32-40為核心構成的,它可以實時地實現(xiàn)如FFT 、FIR 、相關/卷積運算等數(shù)字信號處理算法;它具有2個12bit 的高精度A/D 轉換器,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)與普通微機的信息交換。軟件處理部分包括DSP 部分

12、程序(A/D 采樣控制、數(shù)字相關器、與USB 總線的信息交換、USB 總線驅動程序、計算機與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。使用相關流量地面采集處理器和微機配接,實現(xiàn)兩路流動噪聲信號的采集、處理、相關運算(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 2004年均,再轉換為相關流速v cc ;將多次相關流速測量值取平均,得到平均相關流速,進而獲得相關流速與配給流量的關系。將每種情況下含水率傳感器

13、輸出的混相值取平均,通過全水值校正,求得儀器相對響應,從而獲得儀器相對響應與配給含水率的關系。3.1 流量測量實驗結果分析圖2和圖3分別為測井儀在7m 3/d 以下和7m 3/d 以上得到的相關流速與標準流量的關系。從圖中可看出,該儀器在1100m 3/d 范圍內相關流速隨流量的遞增而遞增。圖2顯示,儀器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,當流量由10m 3/d 增加到12m 3/d 、由20m 3/d 增加到22m 3/d ,相關流速均有明顯增加。由于純水情況下不存在流體阻抗擾動,導致電導式相關流量傳感器在含水率為100%時不能工作,所以

14、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果。圖3顯示,相關流速和流量間存在很好的線性關系,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 為相關流速,m/s 。把各標準流量點的相關流速代入式(5,得到相應的流量測量值,依據(jù)式(6可計算流量測量值與對應標準流量的標準偏差=(Q 測ij -Q 標i 2N -1(6式中,i 代表不同配給流量點;j 代表同一標準流量下不同含水率下的測量流量點;Q 測ij 為測量流量;Q 標i 為標準流

15、量;N 為所有測量點數(shù)。計算出的 為4 4m 3/d 。依據(jù)式(7得到相關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/d 。 圖2 7m 3/d 以下相關流速與標準流量關系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于圖2和圖3各標定點所得到的儀器相對響應,即全水值與混相值之比。由圖4可看出,當流量大于10m 3/d 時,儀器相對響應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,油水滑脫效應不明顯。10m 3/d 以下時儀器相對響應曲線相聚,分辨能力下降,這主要是隨流量降低,滑脫效應影響加劇造成的。依據(jù)圖5,在得到儀器相對響應和流量的情況

16、下,即可計算出含水率。4 現(xiàn)場應用效果分析圖5(a 、圖5(b 為儀器在北1-J3-452井835m 測點處全井流量、含水率測量曲線;圖5(c 、(d 為儀器在該點處重復測得的流量、含水率測量曲線。對比圖5(a 和圖5(c 可得流量重復測量誤差為 1 2%;對比圖5(b 和圖5(d 可得含水率重復測量誤差為 2 7%。對比結果說明該儀器測量流量和含水具有很好的重復性。 圖6(a 、圖6(b 為儀器在北3-10-丙246井1038m 測點處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號儀器在該點處重復測得的流量、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

17、 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%,測量結果和井口值比較符合;圖3 5m 3/d 以上相關流速與標準流量關系圖4 含水率相對響應、流量、含水率關系圖版63 第28卷 S0 胡金海,等:電導相關流量測井儀的現(xiàn)場應用 圖5 北1-J3-452井1038m 測點處現(xiàn)場測井重復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

18、井口計量流量和化驗含水分別為40m 3/d 、93%,測結果和井口值符合。分析結果說明儀器測量結果是正確的。該儀器在南2-3-丙453井測得綜合含水為92%,產液68m 3/d;在943m 處測得產液47 8m 3/d,測得合層含水93 3%;在948m 處測得產液29 3m 3/d,測得合層含水88 5%。分層解釋結果是948m 和943m 之間的產液層是純水層,日產水18m 3/d 左右。儀器在該井測量結果見到了效果。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。而電導式相關流量測井儀的測量傳

19、感器無可動部件和阻流元件,測井過程中由于不受井內出砂和異物的影響,因此,取得了完整的測量結果。通過對比表明該儀器可以彌補配接渦輪流量計的測井儀的不足。5 結 論電導式相關流量測井儀在電路設計上完成了和井圖6 北3-10-丙246井835m 測點處現(xiàn)場測井一致性對比圖溫短節(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 的相關流量地面采集處理器,保證了電導式相關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?，F(xiàn)場應用的分析結果表明該儀器具有很好的重復性和一致性;現(xiàn)場測量結果和井口計量、化驗結果符合得很好;該儀器能夠在高含水率中確定特高含水產液層,為地質提供

20、有價值的參考資料;該儀器測量流量不受出砂和井內異物的影響或影響較小。應用表明電導式相關流量測井儀是對現(xiàn)有產出剖面測井儀的有效補充。參考文獻:1 劉興斌.井下油/水兩相流測量D.哈爾濱工業(yè)大學博士論文,1996.2 胡金海.劉興斌,等.用于井下油水兩相流的新型流量計J.測井技術,1999,25(2:292-294.3 喬賀堂.生產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 高級經濟師,1956年生。1976年畢業(yè)于大慶石油學校鉆井專業(yè)。從事固井技術、鉆井液技術管理工作。(地址:大慶石油管理局鉆探事業(yè)部 郵編:16

21、3453陶宏根 高級工程師,1963年生。1983年畢業(yè)于大慶石油學院地質專業(yè),現(xiàn)任測井公司副經理兼總工程師。(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:0459-c om.c n朱世和 教授級高級工程師。1982年畢業(yè)于華東石油學院測井專業(yè)?，F(xiàn)任遼河石油勘探局測井公司副經理兼總工程師。(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)于西北大學化學工程系,2002年獲中國地質大學(北京工程碩士學位。(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強毓明 高級工程師。19

22、88年畢業(yè)于西北大學物理系。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)于大港石油學校測井專業(yè),1990年畢業(yè)于華東石油函大計算機專業(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)于江漢石油學院測井專業(yè)?，F(xiàn)從事測井錄井施工的工程技術及質量管理工作。(地址:陜西省西安市未央區(qū)長慶興隆園小區(qū)長慶油田公司工程技術管理部郵編:710021 電話:029-*李 強 工程師。1968年生。西安石油大學在讀研究生,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)于華東石油學院測井專業(yè),現(xiàn)任大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司總工程師。(地址:黑龍江大慶市紅崗區(qū)紅衛(wèi)村郵編:163412 電話:0459-*鄭?？?高級工程師,1963年生。1