螺杆泵井产出剖面测井仪的研制与应用.docx

1、测井技术WELLLOGGINGTECHNOLOGY文章编号：1004-1338(2009)06-0563P4螺杆泵井产出剖面测井仪的研制与应用房乾，李凯峰，于向江(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司，黑龙江大庆163311)摘要：为开展螺杆泵井过环空测试，研制了一种新型的螺杆泵井产出剖面测井仪器。阐述了该仪器的结构、特点、主要技术指标及其工作原理。它采用柔性连接结构，将温度、压力、磁定位、流量、含水率等5个测量参数设计在不同的短节上,使仪器能够顺利地通过螺杆泵井口和测试通道。仪器的弯曲部分采用特殊工艺，挠性好、载荷强度高，具有较高的耐温、耐压指标。含水率测量部分根据测试对象采用阻抗式和过流

2、式2种方式，在扩大仪器测量范围的同时,相应地提高了含水率的测虽精度。在大庆油田2口井的现场应用都取得了较好的实验效果，证明该仪器对螺杆泵井动态监测有重要的作用o关键词：生产测井；螺杆泵井；柔性连接；产出剖面；含水率中图分类号：P631.814文献标识码：AStudyonProductionProfileLoggingToolforScrewPumpWellFANGQian,LIKai-feng,YUXiang-jiang(Logging&TestingServicesCompanyofDaqingOilfieldCO.LTD.Daqing,Heilongjiang163311,China)Ab

3、stract：Introducedarethesurfacesystemanddownholetoolsforscrewpumpwellanditstestingtechnologies.Inordertocarryoutproductionprofiletestingforscrewpumpwell,anewtypeofproductionprofileloggingtoolisdesigned.Presentedarethestructure,characteristics,maintechnicalspecificationsandprincipleoftheloggingtool.Th

4、etooladoptsflexiblejoinstructure,anditdistributes5measuredparametersincludingtemperature,pressure,casingcollarlocation,flowrateandwaterhold-upintomulti-toolstring.Soitcanpassesthroughscrewpumpwellmouthandthetestchanneleasily.Thebendingpartofthetoolhasgoodflexibilityandhighloadpressurewithspecialmanu

5、facturaltechnique.Itcanwithstandhightemperatureandhighpressureaswell.Themeasurementpartforwaterhold-upuses2differentmeasurepatterns：resistancepatternorflow-bypatternfordifferenttestingfluids,andthismakesthemeasurementrangeenlargedandtheaccuracyincreasedaswell.Practicalapplicationof2wellsinDaqingoilf

6、ieldshowsgoodresult,anditisprovedthatthecombinationloggingtoolhasanimportantroleinthedynamicmonitoringofscrewpumpwell.Keywords：productionlogging,screwpumpwell,flexiblejoin,productionprofile,waterholdup0引言大庆油田在用螺杆泵井已达到3000余口，但受螺杆泵抽油机井井下工艺和地面驱动装置的限制，常规的过环空产出剖面测井仪器不能通过测井通道，急需研制一种结构可以弯曲且满足螺杆泵井测试要求的新型测井仪

7、器。1螺杆泵井测试工艺螺杆泵井地面设备由驱动装置、测试闸门和偏心井口组成(见图1)。驱动装置的动力通过抽油杆传递给螺杆泵，带动螺杆泵转子旋转，完成举升功作者简介：房乾，男，1967年生,工程师，从事测井仪器研究和制造工作。（圣）+赤（(1)能。井下由油管旋转器、油管扶偏器、螺杆泵、筛管、扶正引鞋和油管锚组成。测井仪器由偏心井口进入井下环套空间，需要穿过油管扶偏器侧面的测试通道，由扶正引鞋进入测试地层。油管旋转器用于电缆解缠，与偏心井口配合使用,可在泵体锚定的情况下带压旋转油管。由于驱动装置的减速箱位于井口正上方，遮挡了偏心测试闸门，因此测试闸门与垂直方向呈12。倾角。为开展测试工作，设计了可倾

8、斜防喷装置，其上端连接防喷管，下端与偏心井口相连。弯曲处采用万向节方式，可以带压任意方向旋转，既达到了密闭测井，又解决了电缆与驱动装置摩擦的问题。扶正引鞋扶正引鞋油管旋转器油油融器测试闸门蹄井口图1螺杆泵井测试工艺示意图2仪器结构和特点2.1仪器结构受螺杆泵井地面和井下工艺的限制，井下仪器需要设计成多节可弯曲结构，经过理论计算和模拟实验，外径为28mm的测井仪器单节刚性长度应不超过1m,因此螺杆泵井产出剖面测井仪设计见图2。温度、压力和磁性定位这3个参数设计在1个仪器短节上,流量含水率测量部分的电路、传感器和集流器分布在3个不同的仪器短节上，仪器的4个功能短节之间通过软连接和可弯曲流道相连。2

9、.2仪器特点（1）在电缆头、井温压力磁定位、流量含水率电路和流量含水率传感器之间设置3个密封软连接。软连接中间通过3根供电引线，可任意方向弯曲，具有较高的耐温、耐压能力，承受载荷可达到25kN以上。（2）流量和含水率测量部分需要在井下集流测量，由于存在可动部件，仪器长度通常在130150cm之间,无法通过螺杆泵偏心测试通道，因此设计了弯曲流道。该流道上端连接流量含水率传感器,下端连接集流伞。采用这种结构，流量含水率测量部分的长度从常规仪器130cm变为2段小于100cm的短节。（3）大庆油田各采油厂产出井含水差异较大,为了扩大仪器的测量范围，含水率测量采用阻抗法和过流电容法2种方式。（4）过流

10、式含水率传感器采用了一体化结构设计，电极整体嵌入绝缘层中，两端使用盘根密封，绝缘性好,表面光滑，不易沾污。（5）为了配合螺杆泵井测井,设计了4节可折叠短加重，单节长度80cm，最大弯曲角度可达180。该加重的两端和弯曲处均设计成球面结构,减少了仪器在起下的过程中与测试通道的摩擦。2.3仪器技术指标仪器外径28mm；最高工作温度125C；最高工作压力35MPa；流量测量范围380m3/d；含水率测量范围0%100%；含水率测量精度/5.0%；单节仪器刚性长度不大于1000mm；软连接弯曲角度任意方向不小于30。3仪器工作原理螺杆泵井产出剖面测井仪使用3芯电缆供电与传输信号，通过地面系统给井下供正

11、电和负电分时测量。3芯电缆的第1芯为测井仪的电路供电，第2芯给集流伞供电，第3芯传输磁定位模拟信号。电路工作原理见图3。给测井仪供负电时，井温压力磁定位电路工作o温度和压力传感器采集的信号分别经过放大、压频转换和整形后，变为脉冲信号。2路信号通过反复合电路，以正负脉冲的形式输出。在井下定点测量流量与含水率参数。测井仪供正电时，流量含水率电路工作。采用涡轮测量流】当流体冲击涡轮时，镶嵌磁钢的涡轮叶片旋转，使固定在涡轮架上的霍尔元件感应出高低电平信号，电平经过电路比较和整形处理后转换为脉冲信号，通过记录单位时间内的涡轮转数计算流量的大小。测量含水率时，对于低含水，采用过流式电容法。含水率传感器结构

12、见图4,测量部分主要由圆柱型金属内电极、绝缘介质、仪器外筒和流过环形空间的流体介质共同组成。井下混相液组份变化时,传感器电容量发生变化,其等效电容为图2螺杆泵井产出剖面测井仪结构图放信号接收一【大.倍号一整形反一运驱复放一动整形合am位器11反Ar一运驱复合放动疝虹）I矗顿备Ijsamssstma电路工作原理发射电极测袖极+测量电极一发射电极测袖极+测量电极一图4过流式含水图5阻抗式含水率传感器率传感器式中,。为传感器等效电容，四F；为绝缘材料介电常数;8为电极绝缘层厚度，m为内电极外径,m；R为外电极内径，m；2为混合流体介电常数浦为电极高度,m。在电极结构一定的情况下，式（1）中的昌*、8

13、、均为固定值,电容量C的变化只与2相关。因此将电极作为震荡电路的1个参数，通过测定含水电极的电容量可以计算流体介电常数，进而推算含水率。使用过流式方法测量含水率消除了低产液、间歇出油、流态不均匀给测量带来的误差。当含水率高于60%、总流量低于80m3/d时,井内水为连续相，电容法测量含水率已经不适应，因此采用阻抗法测量含水率。传感器结构见图5o由1个发射电极和2个测量电极组成。从发射电极向传感器下方的仪器外壳发射一定频率的交变恒定电流，当流体从传感器内流过时，由于测量电极间阻抗的存在，极间产生电压，油水介质发生改变时，以致输出电压变化。不同的电压对应不同油水混合时的流体阻抗特性，根据介质阻抗特

14、性计算含水率。测量过程中只需测量传感器在混相液和全水时的频率输出，经过计算及与图版对照，即可得到含水率。在电路中，2个测虽电极采集的信号经过放大后,首先转换为直流电压，然后通过A/D转换器处理为频率值，与流量信号一同经过反复合电路和驱动电路送到地面。4测井实例B2-21-PXX是大庆油田1口螺杆泵井,井口计量该井产液量是58m3/d,含水率是90.8%。由于该井是高含水井，因此采用阻抗式螺杆泵井产出剖面测井仪对该井进行过环空测井。测井结果表见表1，合层产量为63.6m3/d（见图6）。3个层位的产量分别是7.5、16.4m3/d和39.7m3/do1146.9m之下的产层为该井的主要产液层，产

15、量占全井产量的62.4%。在1135m处测得的混相值和全水值分别为559.2Hz和511.2Hz（见图7、图8）,经测井软件计算含水率为89.8%。NBXX井是1口低含水井，井口计量该井产液量是22.7m3/d,含水率是4.1%。采用过流式螺杆泵产出剖面测井仪测井。测井结果表见表2,总产量为23.4m3/d。图9是过流式含水曲线输出，经测井软件计算含水率为3.9%。通过以上2口井的现场实验,证明在采用特殊结构设计后,螺杆泵产出剖面测井仪各参数工作正常，流量和含水率有较高的测量精度，测井仪对高含水井和低含水井均很好的测量效果。表1B2-21-PXX井测井成果表汗口测点深涡轮脉合层产量/分层相对分

16、层绝对产全水值/混相值/合层含水/合层产水/分层含水/分层产水/序号.度/m冲/Hz(n?1)产量/%量/(m3d】)HzHz%(m3d_1)%(m3d-1)89?857.875_90.250.689.014.690.636.090.636.01135.089.11140.278.61146.955.663.611.856.125.839.762.47.516.439.7511.2504.3533.0592.2578.3600.857.150.636.0表2NBXX井测井成果表测点深涡轮脉合层产量/分层相对分层绝对产量/含水值/合层含水/合层产水/分层含水/分层产水/度/m冲/Hz(m3-d-1)产量/%(m3-d-1)Hz%(mcT)%(m3-d1)23.420.20.90.8419.0429.00.10.83.219.33.14.113.782.524.821.4123821.03.93804.04.250040030020406080100120时间/s螺杆泵井产出剖面测井仪器改变了传统仪器的连接方式，通过柔性连接设计，使仪器的单节长度大大缩短，解决了螺杆泵井及特殊通道井的测试问题。(2) 仪器的弯曲部分采用特殊工艺,挠性好、载荷强