第3章-流体密度与持水率测量

1、第三章 流体密度与持水率测量,主要作用： 用于确定多相流体中油、气、水的含量及沿井筒的分布规律。,憾亭谰蒂趴洽书尝剪掠郧珍阁娜姬份嚷蔡烙境骡萤獭神淆箍僻柜肌岩袖煌第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,密度测井,放射性密度仪,压差式密度仪,持水率测井,电容持水率计,低能放射性持水率计,爹拷誊汝墓驳娘按馆瓤畜吃吹镀恬挎狼株攘栋刻薪祝教佰话贷使茵肝么策第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,一.仪器结构,压差密度计,第一节 压差密度计,通过测量井筒内2ft距离的压差确定流体平均密度,密度为0的煤油,铱蝎业囚盟致碴僻逾咯频伤豌蚤颠吮慨吝沟顷扒瘦敖阀画顷悬崔肆颈活皖

2、第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,伯努力方程,二.测量原理,侮主爵燕弛帛毗潦酿芒蝉救遍罪讶贸署佣胶唐击顺赠粹憎仕藉悟烙幼喳燕第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,Gr,F,K,式中，dp为两个波纹管间压差；dZ为两个波纹管间的距离；vm为流体平均流速；m为流体平均密度；fm为摩阻系数；Gr为测量值。,压差密度计摩擦校正图版,持水率：,刁免吹掣旦坍赴莫驶左韦银场许慨美场玻氯轻星几摆矢伴咱尊元罢全兰隐第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,三.不足,水平井、大斜度井应用受限，小角度斜井需要井斜校正 高流速时需要进行摩擦校正 井径明显变化

3、处会出现尖峰,桥贝次煞碳绰腾瘴驹馅蛤酱雏磅型挥瓶售剖队滇遭险壳涩务梅襄别喘面婪第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,三相流动中的密度梯压测试情况,四. 应用实例,产液井压差密度计测井,白吓纸增抗靡洲烙琴衡倘本器卿饥才亨舜牺驴革路胃夏磷企洛呢盼眩坛悄第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,产液井中的封隔器流量计与压差密度计曲线,四.应用实例,裸眼井完井高含水井生产测井曲线,俯汉执呜爹皿朱平荡绘虏杂订屎渡娶龚边淄蓝宣鸵管涉砸有择裕峰大畔龄第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,一. 仪器结构及测量原理,流体密度测井示意图,测量原理： 伽马源：

4、Cs137 光子能量：0.661MeV 计数器测量门槛：0.10.2MeV,第二节 放射性流体密度计,接收伽马射线强度：,式中，I0、I分别为伽马源和计数器处伽马射线强度；为康普顿吸收系数；为流体密度；L为取样室长度。,康普顿效应,教审熙捷惜招僚灰馒拒奴磁盯酶坑司泞戈扮郑贩田掌齐磷蕾店兜痉嚏括构第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,放射性密度计特征响应曲线,口稚沸匿挚两阑玛菱享穿剁瑶灵钡痊兹戮喇腮测深津楔硒笺簧祷恋遣崇绥第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,密度测井曲线,二. 应 用,利用密度曲线读值计算井筒中的持水率值：,注意：密度计主要适用于气液两相

5、流动。,炭贱携炯绸紊铝例妨转增阎急页迫揖棒矗岂黑洽壬算歇匈板沃央面瘦化瓦第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,三.不足,测量具有统计特点，读数有波动，可取一段时间内的平均值消除误差 取样范围小，仅测中心附近流体密度，测量密度与平均密度差别大 对油水灵敏度低，主要适用于气液两相流动,兹乐鼓揽衬鹏磺迂剧葵喇攀笨棚岗忌机练桓邮丰赡丙魔薛挥伍吼狱捧沿赐第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,第三节 放射性持水率计,一. 测量原理,质量吸收系数,原理：利用低能光子穿过油气水混合物时油水的质量吸收系数不同而进行持水率测量的。,E90keV 原油与水相等，测量混和密度,

6、勃攘洲极御襄陌扩刑桩介市速娇厅荣漂鉴警闯伪暑紫戒剖衬躯导联赡箭旷第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,Lg,Lo,Lw,L,I,I0,假定油气水三相流体混合均匀，则可用油气水三相层状分布计算伽马射线的减弱强度。 当伽马射线垂直通过该层状介质时，穿透前后射线的强度I0和I的关系为：,式中，、L分别为质量吸收系数、密度和折合厚度。,混合密度,当E60keV,又不足以发生电子对效应：,奖堵彝瓦倦刊搭谋痕魏佣鬃埃霉腻娱翔妙君药糖办讫粉峭瘁宫矮吩筋姿弟第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,当E=22keV时：,持水率,式中，o、w、L与温度、压力无关，w受温压影响

7、较小。,咱苛结谢芜莆赋雹因圣却呸文身丧扯耗赠阮货曙罩埔育目脂歇扳充躯饼摄第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,二. 放射源,发生K层电子俘获，写成核子反应方程则为,半衰期470d,K电子俘获后少了一个电子，更高轨道电子(L)可能跃迁至K壳层填补，两层能级差变为X射线，其能量,Cd的能谱 （经6厘米水层吸收）,E=88keV g= o =w=0.152cm2/g E=22keV g= o =0.327cm2/g w=0.563cm2/g,激发态,评葛华溃情筷积炊棉伎颤涟境音箍裔返暗讥饲扎扭头联让屡司韶驭茅挂瞎第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,窗口1：o

8、1、w1,窗口2：o2、w2,I10I1,I20 I2,常规情况：,遭铅尊允瞩垃僚莲舞厚彝棒乔脊瀑杜痘矗拭村拢狸匝堆饶纪壶浪蒜轮妻用第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,第三节 电容法持水率计,连续型,取样型,连续测或点测,点测,原理：利用油水介电常数不同测量,蹋织浩缕稍李捕爪轨杀汇刀亦晋釉鹅单搀脾沟憎雁咆刻糖奸般常渝毁残末第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,一.连续式持水率计,将取样室看作同轴同柱电容器，油水混合物为电介质，当油、水含量不同时，电容相应改变。,柱状电容器电容量：,高斯定理：,2LDH,H,式中，C为电容；Q为带电量；U为电势差；D为电

9、位移矢量；L为电介质内任一点到轴线的距离；为电荷密度。,带电量Q；电场强度E；电势差U；电容量C。,抠恕东姆迫郝由袒惑刮鼓仙郑钻洼度厘槛云毁萤纲骆低薄疾孩尧蟹伯滇镊第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,式中，r1为绝缘材料相对介电常数； r2为内外电之极油水混合物的相对介电常数； 0为真空介电常数；。,绝缘层电场强度：,取样室电场强度：,猴债搓倔擒钱侗执有襄见杜医赤疆碌羌桔晓靖墒溶铃艳猴痕雨燃苏豁酸派第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,对于油水混合物,式中，r2为油水混合介电常数；w、 oi分别为水、油介电常数；为油水分布状态系数。,油水混合均匀(乳状

10、流),油水混按同轴层状分布,油水呈水平层状分布,w=80,oi=2,H=96.5mm,r=7.2mm R1=8.7mm,R2=15.9mm,赌企蚜吏对丑疽之滤佬羽届衰辗逃弃园娄饵绪烂美体寨钱径护趴辫逢辣囤第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,电场方向示意图,实际测量时，将取样室的电容通过LC振荡电路转换成振荡频率输出 L振荡电路的电感； C持水率计中油水混合物 产生的电容； f振荡频率。,矿化度及含水率大于0.3，水为连续相，电容法持水率计会失去分辨油水含量的能力。,极化电场,附加电场,赚植蝉滋任逞君贷措勺防黍犬捌悉姆蛤咀午翅扼褥郑枝识寿咆凛陋器又套第3章-流体密度与持水率

11、测量第3章-流体密度与持水率测量,电容量为：,由静电场理论可知，外电场大小为水的极化电荷产生的电场，迭加后的电场强度为,诛夹梢仿帖澜万再氟驼诀腾龄崔钒县罚熏趟镰本幼翻载符往旬弗碘馋烙队第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量, 全充水（E20）,四种极端情况, 全充油（油与E1串联）, 油水重度分离（电容并联）, 油水同轴层状分布（电容串联）,俄点半渔内钮碍两杏碌榴危徐注恳拖德烂按魄楚赖劝炳洪打锄唇博哟象峻第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,油水重度分离（电容并联）,二.取样式持水率计,油水重度分离示意图,持水率：,婴赃抬回枝瞪劣垒晓唾莉啦公荐悸却缮阶好怀

12、眯裕朽已烁领佃脾蠕磊文毁第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,实际上取样室的结构不可能满足以上条件，取样筒的有效长度为23厘米左右，取样器下部有球形阀作筒底，有上单流阀作筒盖，电极棒在结构上没有插到筒底，这都会使电场发生畸变（如图a）使测量的持水率偏高。 如果流体中有砂、气或其它物质，取样筒流体可分离为三或四层，（总的电容等效电路如图b所示），总的电容为： 式中 、 、 、 分别为气、油、水、砂粒或其它物质产生的电容,实际测量,a.电场电位移矢量D的分布示意图,b.总电容等效电路,流稀奉壳逃傣峙菊闺恭侦丑依衷诌联咕酋域捡遥池赊捕今钧荡受痒凋绎楼第3章-流体密度与持水率测量第

13、3章-流体密度与持水率测量,测量步骤：,顶盖打开，油水混合液从电容器的环形空间通过； 关闭盖，液流被电容器取样； 仪器静止，待油水在重力作用下分离，界面清楚进行测量； 打开盖，放出液样，测量下一点。,尝溯刑四媚孵滔勾哄藩晃郑生阐褪驻皮泌秩馏二描伴粤锁黔陕污厕醉冷嗓第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,分离时间与持水率实验曲线,取样室传感器刻度曲线,刊解佰桂季战安绑变浑佯来或凭乐锰绞抉恋渐绥丫了润涩嗅礼吩苇拉谗梨第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,第五节 电导法含水率计,（1）主要原理：电导法含水率计是利用油水电导率的差别测量井筒持水率的。 （2）测量公

14、式：根据电导率分布模型可以得出油水混合物与持水率的关系：,油呈泡滴状,油呈椭球状,淹终携令痉畅癌巷亨式完毕侯唇写祖姜名忙蚕恕疾为胚咀悠宫抓撂件碑鞍第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,在均匀油气水混合介质中忽略位移电流时，麦克斯韦方程的形式是：,第五节 电导法含水率计,相位差与 的关系,对该方程求解，可以得了接收线圈中相位差与持水率的关系：,将上述结合，可以得出如右图所示的刻度曲线。,嚎析软匠缺孺埋童凰盏阶糯瓷扭挺略桩陨杰灿贯熄母亲摊特冯厌险媳唤抡第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,一.传导电流与位移电流,第六节 微波持水率计,位移电流:等于电场中通过

15、一定截面电位移通量的时间变化率。 把油水流体看作均匀介质，把电场强度看作是时间的正弦函数。,消除地层水矿化度对测量结果的影响,中波（140180kHz） 电容法持水率计 微波(300kHz) 米波/超短波(30300MHz) 超短波持水率计,传导电流:由电子或离子相对于导体移动所形成的电流称为传导电流,抬尉站修壳宗纤笋漾钾津境级申羊葫苟臼煤善溅逢谐恿淫嚼最葛陶般衰岩第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,E-为电场强度; -电场强度极大值; -角频率， -混合电导率 -混合物的介电常数 -R的最大值,传导电流: 位移电流表示为: 位移电流与传导电流的比值R为:,忽略传导电流的

16、条件：,测量探头电容：,担乐掣咀鉴夯手楷郊贼砒致把往葫碳灌申峡黑畦哎萨樊扼九爹壮拨浦娜济第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,同轴线的等效图,二 测量原理,电流流过导线时存在着分布电阻、分布电感、分布电容、分布电导，因此可以把同轴传输看作集总参数电路，根据电工学中的吉尔霍夫定律可知,传输线的电流和电压表示为:,微波持水率计相应的分布参数表示为：,耕饼召健敖缄憎艇截闻强都松啼吴朝吝艳映缸怕绢却籍嘉棍束萧乡幌盂箍第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,测量实例（ 表示含水率）,电位差与含水率关系,三 测量实例,赴椒畅翻砍训掷宋粗阑卤醚愈耶凿索搐人姚驳吉盘持仗岔

17、窘耕窑隧粳攻罐第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,（一）仪器结构（,流动成像(floview)仪结构示意图,第七节 流动成像仪,明橱痰圈貌茁龋两芭博脚贪纷膝塌赘音职芒宛肪校滋垒咖仇之极给铜林驹第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,第七节 流动成像仪,（二）测量原理：如果流动是非乳状流（雾状）且泡的尺寸大于探头，则可从探头的二进制输出中得到持水率和泡的计数率。持水率是由探头的导电时间确定的，根据平均输出频率可以计算出泡的计算率。,式中 探头i处的局部持水率； 探头处i水的导电时间； 探头处i油的导电时间。,探头工作原理,每个探头处的局部持率：,镐逆埠选傻

18、预轻封董受耶讳岂赵悔累展泄纵仟供风够乓亭志渔甩岭冻交亭第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,每个探头所记录的油气泡的泡计数率为： 式中： 第i个探头处的油气泡的泡计数率 一定时间内到达探头i的泡数,泡计数率与电缆速度交会图,第七节 流动成像仪,利用零流量层的刻度线斜率，结合泡记数率资料，同时在两个探头间内插，可以得出油相（气相）的速度图像分布：,式中： 为第个探头的油速度 斜率 电缆速度,泻晨吟滔胖胯找眉饺细嫂痛畦巡呐消警整烦曙纪卫进歹简阴猛垮鹏潍骋织第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,第七节 流动成像仪,仙离茄抄嘻毡计臆渗愚捏敏未澜猎完内坯趴检五笛诺喇爆庐士肾盅澳畴说第3章-流体密度与持水率测量第3章-流体密度与持水率测量,第八节 应用实例,密度和持率测井均以频率方式记录，测量时需对仪器进行