测井仪器基础知识..ppt

测井井下仪器基础知识研讨 测试分公司第二大队仪修队廉建冬 前言 生产测井是指在套管井中完成的各类测井 包括注采井动态监测 工程测井及储层评价测井 目的是监测注采动态 井眼的几何特性及储层的剩余油饱和度等 为油田科学开发提供动态的理论依据 目录 第二大队仪器基本情况井下参数测量原理产出剖面仪器介绍注入剖面仪器介绍工程测井仪器介绍 第二大队仪器基本情况 注入剖面同位素五参数组合测井仪 连续示踪相关流量测井仪 脉冲中子氧活化测井仪 双示踪测井仪 电磁流量计 集流 外流 产出剖面阻抗式环空找水仪 同轴线相位找水仪 阵列探针产出剖面找水仪 温度压力测井仪工程测井多臂井径测井仪 射孔质量检测仪 井温噪声测井仪 sbt八扇区水泥胶结测井仪 电磁探伤测井仪 井下仪器测量的参数 产出剖面 流量 含水率 持水率 温度 压力注入剖面 流量 温度 压力深度系统 磁性定位 主要测量方法 流量 涡轮流量计 电磁流量计 超声流量计 同位素标记法温度 铂电阻传感器压力 膜式传感器含水率 阻抗式 电容式 同轴线 阵列探针磁定位 磁性定位器 井温测井是一种辅助测井方法 与其它测井方法综合应用可以判断井筒中温度变化的位置和原因 并能对井筒中流体的各种参数进行物性分析 井温测井仪多采用电阻 热电偶 pn结或石英晶体传感器 它们的精度 灵敏度和时间常数等特性有所不同 注入剖面测井仪的温度传感器一般用温度系数较大的铂电阻 多采用桥式电路 电阻温度计多采用铂电阻r1作灵敏臂 采用康铜电阻r2 r3 r4作固定臂 这是因为铂的温度系数大 对温度变化敏感 而康铜温度系数小 对温度不敏感 构成图所示的测温电桥 当温度恒定时 r1 r2 r3 r4 当温度变化时 固定臂电阻基本不变 而灵敏臂电阻r1将由于其铂金属材料电阻率的变化而变化 结果电桥的平衡条件被破坏 电阻温度计的线路图 井温测井原理 温度测井仪的结构 温度测井的理论方程为 式中 k 仪器常数 t0 平衡点温度 保持电流i恒定 测出m n间的电位差 就可得到变化后的温度 井温测井结果常以梯度井温和梯度微差井温的方式显示 普通井温仪测量井下各深度点流体的温度值 测量曲线反映了井内温度的变化情况 微差井温曲线反应井轴上一定距离之间的两点的温度差别情况 并以较大的比例进行记录 测量结果更能体现井内局部温度梯度变化情况 实际影响井温的因素很多 仅用井温资料解释注入剖面不十分可靠 井温测井原理 通常 注入液的温度低于原始地层温度 在注入井中 井筒温度与注入液大致相等 而在所有吸液层的下部 存在静水柱 温度与原始地层温度相同 关井后 对应未吸液层位的井段迅速升温 而吸液层处由于大量低温液体进入地层 井筒温度上升较慢 关井井温曲线在吸液层位显示负异常 用流动井温曲线和关井井温曲线估计注入剖面 井温测井原理 压力测井是用电缆将压力计下入井内测取井眼内流体的流动压力 静止压力以及地层内流体压力及其变化的测井方法 生产测井常用压力计有应变压力计和石英晶体压力计应变压力计利用应变电阻片的应变效应测量井下压力及其变化 应变电阻片受到外力作用 产生机械变形时 其电阻将发生变化 且电阻变化的大小取决于所受作用力的大小 石英晶体压力计是目前精度和分辨率最高的井下压力计 它利用石英晶体的压电效应来检测井下压力及其变化 石英是一种压电晶体 在外力作用下 其内部正负电荷中心将发生相对位移 产生极化现象 晶体表面将呈现出与被测压力成正比的束缚电荷 且晶体表面产生的电荷密度与作用在晶体上的压力成正比 而与晶体的尺寸 厚度 面积 无关 压力卸出 晶体表面的电荷将自然消失 压力测量原理 压力测量的影响因素应变压力计的读数主要受温度影响和滞后影响 温度影响主要是由于作为应变电阻片的镍铬合金丝的电阻率随温度变化而变化 尽管压力计同一骨架绕有相同的参考线圈和应变线圈进行温度补偿 但由于温度突然改变后需要一定时间才能达到热平衡 两个线圈之间会存在温差而导致压力读数的偏差 因为线圈升温比降温过程容易得多 故应变压力计下放测量比上提测量稳定得更快 滞后影响取决于施压方式 压力增加过程中 应变压力计的读数将有过低的趋势 反之 压力降低过程中 读数有过高的趋势 对绝大多数应变压力计 滞后影响的最大误差在 0 069mpa 范围内 如果压力测井过程中下放测量 滞后影响比上提测量要小 在注入剖面中压力测井还可以进行测井质量控制 压力测量原理 由两个永久磁钢和一个线圈构成仪器的主体及仪器外壳组成 两个磁钢以同极性相对地方式排列在线圈的两端 并因是在非导磁的 铜或其他金属 的外壳中 两块磁钢产生一个恒定磁场 当仪器沿井身移动时 由于仪器周围介质的磁阻 套管或油管配产 配注管柱壁厚改变 发生变化 使通过线圈的磁力线重新分布 磁通密度发生变化 于是使线圈中产生感应电动势 感应电动势等于磁通量的时间变化率的负值 它的大小与介质磁阻的变化 测速 磁场的磁感应强度及线圈尺寸有关 磁性定位测量原理 磁性定位测量原理 仪器静止时 磁力线分布稳定 当仪器沿管柱从 a 到 b 时 如遇接箍 封隔器等金属变径物体处 磁力线的分布将发生变化 通过线圈的磁通量也随之发生变化 并在线圈中产生变化的感生电势 成为仪器的测量信号 检查套管 油管各种管柱接箍 工具配件的位置 磁性定位应用 测量时用扶正器使仪器位于井轴中央 当流体流过涡轮叶片时 流体流量作用在涡轮的叶片上 驱使涡轮转动 在井眼内径 测速和流体粘度一定的条件下 在单相流体中 涡轮的转数与流体的流速呈线性关系 流量与管截面积 流速的关系为q s v 其中q为流量 s为管截面积 v为流体流速 涡轮产量计由一个涡轮 随涡轮转动的永久磁钢和感应线圈组成 当液体流过涡轮时 涡轮转动 磁钢也随着转动 磁钢每转一周 感应线圈就输出一个电讯号 经过电缆传输 在地面通过放大 整形 放大 送入频率计记录 涡轮流量计同时受到动力矩 流体对叶片的推动力矩 和阻力矩 涡轮和轴承之间 流体和叶片之间摩擦力矩和磁电转换器的电磁阻力矩 的作用 导致涡轮流量计存在流量测量下限 流量测量 涡轮流量计 以霍尔元器件作为传感器的涡轮流量计霍尔效应在1879年被物理学家霍尔发现 它定义了磁场和感应电压之间的关系 这种效应和传统的电磁感应完全不同 当电流通过一个位于磁场中的导体的时候 磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力 洛伦兹力 从而在垂直于导体与磁感线的两个方向上产生电势差 虽然这个效应多年前就已经被人们知道并理解 但基于霍尔效应的传感器在材料工艺获得重大进展前并不实用 直到出现了高强度的恒定磁体和工作于小电压输出的信号调节电路 流量测量 涡轮流量计 涡轮流量计的特点 测量精度高 测量范围宽 线性好 灵敏度高 涡轮的转动受流速 流体粘度和流体密度的影响大 当流速一定 流体粘度增大 涡轮转速减小 流速一定 流体密度增大 涡轮转速增大 井内异物及注入或产出的砂粒可能卡死涡轮 由于腐蚀导致井壁不光滑以及井下工具位置等因素导致管内流动截面积的变化 将影响流量测量的精度 轴承的磨损及每次测井后的维修可能会较大程度地改变流量计的仪器常数 要定期进行标定 流量测量 涡轮流量计 a a b b 接收电极n n s s 发射电极 探头的结构 采用安装在绝缘管道的点状的四发射磁极和四接收电极 均匀的分布于仪器的外侧 在内部安置了一组线圈 线圈产生的磁场与井轴垂直 在流动实验装置上 配制不同浓度的聚合物溶液对电磁流量测井仪进行了标定的结果上看 仪器的线性很好 流量测量 电磁流量计 根据电磁感应原理 导体切割磁力线时在导体中产生感生电动势 电磁流量利用这一原理实现对水和聚合物水溶液等导电流体流量的测量 根据电磁感应原理 当导电流体在磁场强度为b的磁场中以速度v运动时 切割磁力线而产生电场e 关系为 则在线性长度为l的a和b两点之间产生感应电动势两接收电极之间的距离l为已知常数 b为已知的磁场强度 故感应电动势是 的函数 随 的变化而变化 而瞬间流量q等于流速 与导管截面积s 常数 的乘积 因此有 式中 k为仪器常数 因此 只要通过电路测得 即可得到相应的流量 流量测量 电磁流量计 b v l 感生电动势 磁场强度 导体的速度 长度 电磁流量计测量原理 流量测量 电磁流量计 直流励磁直流励磁使用永磁体或给励磁线圈施加直流电来产生固定的磁场 因为它的这些特性 产生了以下问题 感应电动势在两电极表面形成固定正负极 持续作用与被测液体 使其电解 在电极表面产生极化现象 这样会使流量信号的感应电动势变小 信号源内阻变大 同时 直流励磁在电极间所产生的不均衡的电化学干扰电势叠加在流量信号中 影响测量精度 而且随着时间 被测液体特性以及流体流动状态等变化而变化 再次 直流励磁存在着零点漂移等问题很难解决 它的上述这些问题决定了直流励磁目前主要应用在液态金属测量 工频正弦波励磁利用工频50hz正弦波电源给励磁线圈供电 工频正弦波基本可以消除电极的极化现象 降低电极电化学现象和传感器内阻 另外 得到的流量信号也是工频正弦波信号 便于信号处理 然而 它也存在很多缺点 首先是工频干扰问题 同时存在电源电压幅值和频率波动干扰 低频矩形波励磁低频矩形波同时具有直流励磁和工频正弦波励磁的特点 该技术不但继承了直流励磁不产生涡流效应 正交干扰和同相干扰的优点 而且具有工频正弦波励磁基本不产生极化效应 便于放大信号处理的优点 同时避免了直流放大器零点漂移 噪声 稳定性等问题 得到了广泛的应用 三值低频矩形波励磁它采用工频频率的八分之一为周期 励磁电流按正一零一负一零一正变化 波形如图 它的最大特点是零点自校准 具有更好的零点稳定性 不过由于励磁电流积分干扰的影响 该技术在测量含有颗粒的液体 比如泥浆 纸浆 矿浆等 时表现不足 双频矩形波励磁技术为了解决智能电磁流量计三值低频矩形波励磁不能同时消除低频尖峰噪声 液体流动噪声和零点稳定的矛盾 1988年日本横河电机株式会社提出双频励磁技术来解决含有颗粒的液体 泥浆 纸浆 矿浆等 的测量 不过由于其转换器复杂 成本增加 功耗大 所以并没有得到广泛应用 流量测量 电磁流量计 适用于在注清水 聚合物溶液 三元 碱 表面活性剂 聚合物 复合溶液的条件下的条件下注入介质为单相导电流体的笼统注入井的注入剖面测量 均能获得准确的注入剖面测井结果 对笼统注入的上返井不适用 可以定点测量也可以连续测量 结果给出各注入层段的绝对注入量和相对注入量 点测流量精度较高 连续测量曲线可辅助参考 无可动部件 它不受注入液粘度和密度的影响 不影响注入状态和注入方式 并且可靠耐用 准确性好 对测试环境无放射性污染 测井实效高 测井成功率大于90 不管流体的性质如何 只要其具有微弱的导电性 电导率大于8 10 5s m 即可进行测量 测井时 仪器在井内必须使用扶正器居中 流量测量 电磁流量计 超声波在流体中传播时 会受流体特性和流速的影响 特别是流体流动时的速度 会使超声波的波至即到时发生改变 从而使波列的相位产生变化 利用这样原理就可检测流体的流速 两个超声波换能器相对而放 每个换能器既做发射探头 又作接收探头 通过电子线路控制 两个换能器同时发射声波脉冲 并