电导相关流量测井仪的现场应用

1、第28卷 S0 2004年2月测 井 技 术W ELL LOGGING TECHNOLOGYVo l.28 SupplF eb2004文章编号:1004-1338(2004S0-0061-04电导相关流量测井仪的现场应用胡金海,刘兴斌,周家强,张玉辉,黄春辉(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司,黑龙江大庆163153摘要:电导式相关流量测井仪主要用于井下油/水两相流含水率和流量的测量。该仪器通过确定流过传感器的流体的油水混合相电导率与其中水相电导率之比来获得含水率;通过相关运算确定流动噪声信号通过电导传感器中的上、下游传感器的渡越时间来确定流量。介绍了电导相关流量测井仪的传感器结构、仪器结

2、构和工作原理。介绍了该测井仪流量测量部分的地面采集处理软硬件模块。给出了该测井仪的室内动态实验结果及现场应用效果。该测井仪的特点是流量测量范围较宽和过流测量含水率,但该仪器传感器必须在水为连续相条件下工作,因此,仪器工作范围限于持水率为50%100%,是井下多相流测量的一种无可动部件、采用同一传感器测量流量及含水率的新型仪器。关键词:电导;含水率;相关流量;涡轮流量;应用中图分类号:P631 33 文献标识码: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 言实际应用表明,高含水率条件下在井下测量含水率时,电导传感器1测量效果明显优于国内现有的其它类型的含水率测量传感器,而且采用一对电导传感器测量流量的相关流量计2成为无可动部件、无阻流元件的流量计。因此,电导

8、式相关流量测井仪对于高含水、出砂大的油井测量具有优势。现有的测量手段测量流量和含水率均采用不同的传感器,如采用涡轮测量流量,采用电容传感器3或电导传感器测量含水率,电导式相关流量测井仪可成为现有的测量手段一种补充或替代。国内油田油井产量低,并且含水率动态变化,因此,目前在现有技术条件下电导式相关流量测井仪优选集流测量方式测量流量和含水率。国内油田已经处于高含水开发期,产出的流体在大多数情况下水为连续相、油为离散相,多数油井可为电导传感器提供水为连续相的工作条件。涡轮流量计在测量过程中被卡住的现象常常发生,亟需无可动部件、无阻流元件的流量计,所以电导式相关流量测井仪具有很好的应用前景。1 仪器结

9、构和工作原理1.1 仪器的结构当油水两相流体从传感器内流过时,流体阻抗的随机变化对作用在上、下游传感器上的交变恒定电流产生随机调制作用,上下游传感器的输出会随着调制作用产生相应的变化,由各自的信号处理电路可解调出随机流动噪声信号x (t和y(t。把两路流动噪声信号进行互相关运算,互相关函数表达式为R x y ( =lim T 1TTx (ty (t + d t (1互相关函数的峰值代表着两路流动噪声信号的最大相似2,它所对应的时间 0是流体流动噪声信号由上游传感器到下游传感器的时间,称为渡越时间。通过公式v cc =L / 0(2可把 0转换为相关流速v cc ,式中L 为上下游传感器间的距离

10、,即电极4、5之间的中心到电极2、3之间的中心的距离。 由电学原理可知,测量电极间的电压幅度与传感器图1 仪器电路工作原理示意图内部流体的电导率成反比。设测量电极间的电导在油/水混相时为C m ,全水时为C w ;混合相的电导率为 m ,水的电导率为 w ;混相时传感器输出频率为F m (混相值,全水时为F w (全水值,则有F w /F m =C m /C w = m / w (3m 与 w 之比由Maxwell 公式给出m / w =2 /(3- (4式中, 为两相流中连续导电相的体积分数,在油水两相流中为持水率。持水率是指井筒某处水相所占的体积百分比,持水率可通过流量校正为含水率。混相值

11、在油水两相流体流过传感器时测得,全水值可收伞后取样获得。2 流量测量部分的地面采集处理软硬件模块基于USB 总线的相关流量信号采集处理器包括硬件电路系统、软件处理系统2部分。硬件电路包括DSP 电路、USB 总线电路、两通道A/D 采样电路及其前置放大/滤波器、逻辑控制电路、电源模块等组成。硬件系统是以DSP(TMS320C32-40为核心构成的,它可以实时地实现如FFT 、FIR 、相关/卷积运算等数字信号处理算法;它具有2个12bit 的高精度A/D 转换器,可用于高精度数据采集的场合;硬件系统还拥有一个USB 总线接口,可方便、快速地实现与普通微机的信息交换。软件处理部分包括DSP 部分

12、程序(A/D 采样控制、数字相关器、与USB 总线的信息交换、USB 总线驱动程序、计算机与USB 总线的数据交换与处理程序。另外,软件系统还应包括用于系统硬件测试目的的辅助程序部分。3 两相流实验实验在多相流模拟井上完成,以柴油和水作为实验介质。使用相关流量地面采集处理器和微机配接,实现两路流动噪声信号的采集、处理、相关运算(求渡越时间及保存;使用频率计记录含水率传感器的输出。在每种流量和含水率配给情况下,把测得的渡越时间取平62 测 井 技 术 2004年均,再转换为相关流速v cc ;将多次相关流速测量值取平均,得到平均相关流速,进而获得相关流速与配给流量的关系。将每种情况下含水率传感器

13、输出的混相值取平均,通过全水值校正,求得仪器相对响应,从而获得仪器相对响应与配给含水率的关系。3.1 流量测量实验结果分析图2和图3分别为测井仪在7m 3/d 以下和7m 3/d 以上得到的相关流速与标准流量的关系。从图中可看出,该仪器在1100m 3/d 范围内相关流速随流量的递增而递增。图2显示,仪器在较低流量条件下仍有较好的分辨率。图3显示,传感器对于2m 3/d 的流量差有明显的分辨,当流量由10m 3/d 增加到12m 3/d 、由20m 3/d 增加到22m 3/d ,相关流速均有明显增加。由于纯水情况下不存在流体阻抗扰动,导致电导式相关流量传感器在含水率为100%时不能工作,所以

14、有必要试探测量流量时含水率条件的上限。为此,在含水率为95%时进行了实验。由图3可看出,在含水率为95%的条件下该传感器仍能得到可靠结果。图3显示,相关流速和流量间存在很好的线性关系,为此对实验数据做了线性拟合,得到公式Q 测=38 4v cc -4 6(5式中,Q 测为流量测量值,m 3/d ;v cc 为相关流速,m/s 。把各标准流量点的相关流速代入式(5,得到相应的流量测量值,依据式(6可计算流量测量值与对应标准流量的标准偏差=(Q 测ij -Q 标i 2N -1(6式中,i 代表不同配给流量点;j 代表同一标准流量下不同含水率下的测量流量点;Q 测ij 为测量流量;Q 标i 为标准流

15、量;N 为所有测量点数。计算出的 为4 4m 3/d 。依据式(7得到相关流量传感器的流量测量精度为 4 4%。流量测量精度= /Q F.S.( 7/d 。 图2 7m 3/d 以下相关流速与标准流量关系3.2 含水率测量实验分析图4为该仪器的含水率测量部分对应于图2和图3各标定点所得到的仪器相对响应,即全水值与混相值之比。由图4可看出,当流量大于10m 3/d 时,仪器相对响应曲线的间隔近于均匀,表明传感器具有很好的含水率分辨能力,油水滑脱效应不明显。10m 3/d 以下时仪器相对响应曲线相聚,分辨能力下降,这主要是随流量降低,滑脱效应影响加剧造成的。依据图5,在得到仪器相对响应和流量的情况

16、下,即可计算出含水率。4 现场应用效果分析图5(a 、图5(b 为仪器在北1-J3-452井835m 测点处全井流量、含水率测量曲线;图5(c 、(d 为仪器在该点处重复测得的流量、含水率测量曲线。对比图5(a 和图5(c 可得流量重复测量误差为 1 2%;对比图5(b 和图5(d 可得含水率重复测量误差为 2 7%。对比结果说明该仪器测量流量和含水具有很好的重复性。 图6(a 、图6(b 为仪器在北3-10-丙246井1038m 测点处2号仪器得到的全井流量、含水率测量曲线,图6(c 、6(d 为4号仪器在该点处重复测得的流量、含水率测量曲线。对比图6(a 和6(c 可得流量一致性误差为 4

17、 1%;对比图6(b 和图6(d 可得含水率一致性误差为 2 9%。对比结果说明该仪器测量流量和含水具有很好的一致性。该仪器在北1-J3-452井测得的全井流量和含水率分别为65 6m 3/d 、84 1%,该井井口计量流量和化验含水分别为62m 3/d 、82%,测量结果和井口值比较符合;图3 5m 3/d 以上相关流速与标准流量关系图4 含水率相对响应、流量、含水率关系图版63 第28卷 S0 胡金海,等:电导相关流量测井仪的现场应用 图5 北1-J3-452井1038m 测点处现场测井重复性对比图该仪器在北3-10-丙246井测得的全井流量和含水率分别为42 9m 3/d 、95%,该井

18、井口计量流量和化验含水分别为40m 3/d 、93%,测结果和井口值符合。分析结果说明仪器测量结果是正确的。该仪器在南2-3-丙453井测得综合含水为92%,产液68m 3/d;在943m 处测得产液47 8m 3/d,测得合层含水93 3%;在948m 处测得产液29 3m 3/d,测得合层含水88 5%。分层解释结果是948m 和943m 之间的产液层是纯水层,日产水18m 3/d 左右。仪器在该井测量结果见到了效果。该仪器和配接涡轮流量计的测井仪在北3-4-P39井进行了对比。配接涡轮流量计的测井仪在该井测井过程中多次被卡住,最后完全卡死,无法完整完成测井。而电导式相关流量测井仪的测量传

19、感器无可动部件和阻流元件,测井过程中由于不受井内出砂和异物的影响,因此,取得了完整的测量结果。通过对比表明该仪器可以弥补配接涡轮流量计的测井仪的不足。5 结 论电导式相关流量测井仪在电路设计上完成了和井图6 北3-10-丙246井835m 测点处现场测井一致性对比图温短节、磁定位短节的配接,可实现4个参数的测量。开发出了采用USB 基于DSP 的相关流量地面采集处理器,保证了电导式相关流量测井仪可以实现在时间轴连续测量流量,实现了流量的实时测量。现场应用的分析结果表明该仪器具有很好的重复性和一致性;现场测量结果和井口计量、化验结果符合得很好;该仪器能够在高含水率中确定特高含水产液层,为地质提供

20、有价值的参考资料;该仪器测量流量不受出砂和井内异物的影响或影响较小。应用表明电导式相关流量测井仪是对现有产出剖面测井仪的有效补充。参考文献:1 刘兴斌.井下油/水两相流测量D.哈尔滨工业大学博士论文,1996.2 胡金海.刘兴斌,等.用于井下油水两相流的新型流量计J.测井技术,1999,25(2:292-294.3 乔贺堂.生产测井原理及资料解释M .北京:石油工业出版社,1992.(收稿日期:2003-07-28 本文编辑 王 环作 者 简 介宋文明 高级经济师,1956年生。1976年毕业于大庆石油学校钻井专业。从事固井技术、钻井液技术管理工作。(地址:大庆石油管理局钻探事业部 邮编:16

21、3453陶宏根 高级工程师,1963年生。1983年毕业于大庆石油学院地质专业,现任测井公司副经理兼总工程师。(地址:黑龙江省大庆市大庆石油管理局测井公司 邮编:163412 电话:0459-c om.c n朱世和 教授级高级工程师。1982年毕业于华东石油学院测井专业。现任辽河石油勘探局测井公司副经理兼总工程师。(地址:辽宁省盘锦市兴隆台区辽河测井公司 邮编:124011 电话:0427-*刘爱平 高级工程师,1963年生。1985年毕业于西北大学化学工程系,2002年获中国地质大学(北京工程硕士学位。(地址:河北廊坊中国石油勘探开发研究院廊坊分院 邮编:065007强毓明 高级工程师。19

22、88年毕业于西北大学物理系。主要从事声波测井方法研究及仪器开发工作。(地址:西安市风城四路142号 邮编:710021谢艳萍 高级工程师,1963年生。1983年毕业于大港石油学校测井专业,1990年毕业于华东石油函大计算机专业,一直从事测井资料解释与研究工作。(地址:大港油田集团测井公司资料评价中心 邮编:300280 电话保民 工程师。1992年毕业于江汉石油学院测井专业。现从事测井录井施工的工程技术及质量管理工作。(地址:陕西省西安市未央区长庆兴隆园小区长庆油田公司工程技术管理部邮编:710021 电话:029-*李 强 工程师。1968年生。西安石油大学在读研究生,现从事套管井测井解释。(地址:陕西西安市高陵泾河工业园泾渭东路方元大厦 邮编:710201 电话:029-*王金钟 1982年毕业于华东石油学院测井专业,现任大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司总工程师。(地址:黑龙江大庆市红岗区红卫村邮编:163412 电话:0459-*郑希科 高级工程师,1963年生。1