音叉密度計(jì)在克拉2氣田的應(yīng)用

姚亞彬，蘇波，李震

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司油氣評(píng)價(jià)中心，陜西 西安 710021 )

柳先遠(yuǎn)

(中石油塔里木油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

劉文強(qiáng)，張虔

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司油氣評(píng)價(jià)中心，陜西 西安 710021)

生產(chǎn)井中，不同層段或同一厚層的不同部位，可能產(chǎn)出不同性質(zhì)的流體。準(zhǔn)確判斷井下任意深度流體的性質(zhì)，對(duì)于評(píng)價(jià)產(chǎn)層的特性，求解各相流量都是至關(guān)重要的[1]。目前生產(chǎn)測(cè)井主要是通過(guò)測(cè)量井下流體的密度或持水率、持氣率以識(shí)別流體。測(cè)量流體密度的儀器有放射性密度計(jì)和壓差密度計(jì)。放射性密度計(jì)采用居中測(cè)量的方式，取樣范圍小，只能監(jiān)測(cè)管柱中央流體的密度，且放射性密度計(jì)工作時(shí)需要有穩(wěn)定的放射源。放射出的伽馬射線不僅污染地層，而且在高壓氣井生產(chǎn)測(cè)井作業(yè)時(shí)一旦將放射源落入井底，最終影響氣井的正常生產(chǎn)?？死?氣田生產(chǎn)測(cè)井未采用放射性密度計(jì)，而是通過(guò)壓力折算出流體密度曲線。因?yàn)橐舨婷芏扔?jì)沒(méi)有放射源，安全環(huán)保[2]，故塔里木油田引入音叉密度計(jì)，并在克拉2氣田進(jìn)行試用。筆者對(duì)音叉密度計(jì)在克拉2氣田的應(yīng)用情況進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

1 音叉密度計(jì)工作原理

音叉密度計(jì)由音叉體、永久磁鐵、線圈、諧振電路等部分組成。音叉由恒彈合金制成，其抗氧化和抗腐蝕能力強(qiáng)，是制造音叉密度計(jì)的關(guān)鍵。音叉被電磁激勵(lì)振動(dòng)，同時(shí)信號(hào)拾取電路將此機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)反饋給激振電路，使電路諧振于音叉的固有振動(dòng)頻率上。根據(jù)振動(dòng)理論，音叉的固有振動(dòng)頻率f與其質(zhì)量mf和被測(cè)對(duì)象的質(zhì)量mg呈反比[2]:

(1)

式中，k為比例因子。

當(dāng)被測(cè)液體密度變化時(shí)，質(zhì)量變化引起音叉固有振動(dòng)頻率發(fā)生偏移，使電路的諧振頻率也產(chǎn)生變化，因此通過(guò)檢測(cè)音叉固有振動(dòng)頻率，即可確定流體的密度。

環(huán)境溫度對(duì)音叉密度計(jì)性能的影響是相當(dāng)顯著的，因此溫度補(bǔ)償一直是音叉密度計(jì)技術(shù)研究中的關(guān)鍵問(wèn)題。筆者采用試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法，即在不同的恒溫條件下，采用不同密度標(biāo)準(zhǔn)液，每隔一定溫度進(jìn)行一組標(biāo)定試驗(yàn)，得出各溫度下的ρ-f對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)得到音叉密度計(jì)溫度校正圖版，以方便進(jìn)行軟件補(bǔ)償[2]。

2 壓力折算密度原理

壓力折算密度是通過(guò)公式將測(cè)量的流體壓力曲線轉(zhuǎn)換成流體密度曲線的過(guò)程[3，4]。目前普遍使用的是石英晶體壓力計(jì)，其測(cè)量精度高，故在沒(méi)有測(cè)量流體密度曲線的情況下通過(guò)其測(cè)得流體壓力折算密度。壓力折算的密度是流體密度、速度變化、管柱摩擦的綜合反映。壓力折算密度只有消除掉速度變化和管柱摩擦的影響，才能真實(shí)反映井下流體密度特征。

3 音叉密度計(jì)與壓力折算密度對(duì)比

克拉2氣田在2012年之前普遍采用壓力折算密度，從2012年開(kāi)始試用音叉密度計(jì)。因此筆者對(duì)2012年克拉2氣田9口井15井次音叉密度計(jì)測(cè)井曲線和2011年克拉2氣田6口井8井次壓力折算密度曲線進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1 壓力折算密度曲線

圖1為克拉2-3井壓力折算密度圖，壓力折算密度曲線形態(tài)在3561m處有一明顯跳尖，而渦輪轉(zhuǎn)速曲線在3561m處明顯變大。實(shí)際情況是流體在3561m處進(jìn)入油管，由于管子橫截面積減小，造成速度急劇增大。速度變化形成額外的壓差，最終導(dǎo)致壓力折算密度異常，不能真實(shí)反映3561m處流體密度。從密度值上看，壓力折算密度在3561m處為0.3375g/cm3。而該井為純氣井，井下天然氣密度為0.23 g/cm3，壓力折算密度與真實(shí)值相差0.1075g/cm3，相對(duì)誤差為46.7%。

注：RPS為r/s，下同。圖1 克拉2-3井壓力折算密度圖 圖2 克拉2-3井音叉密度圖

3.2 音叉密度曲線

圖2為克拉2-3井音叉密度圖，音叉密度計(jì)所測(cè)密度曲線形態(tài)在3561m處沒(méi)有明顯變化，而渦輪轉(zhuǎn)速曲線在3561m處明顯變大。從密度值上看，音叉密度計(jì)所測(cè)密度在3561m處為0.2331g/cm3，壓力折算密度與真實(shí)值相差0.0031g/cm3，相對(duì)誤差為1.3%，比壓力折算密度準(zhǔn)確度顯著提高。說(shuō)明壓力折算密度受流體速度變化影響較大，音叉密度計(jì)不受流體速度變化影響。

3.3 對(duì)比分析

從圖1和圖2可以看出，壓力折算密度曲線形態(tài)在3555m至3590m段相對(duì)音叉密度曲線形態(tài)變化劇烈，音叉密度曲線形態(tài)幾乎是一條直線，與純氣井的實(shí)際情況相符；從密度值上看，壓力折算密度在射孔段為0.2028～0.2577g/cm3，音叉密度計(jì)在射孔段為0.2329～0.2347g/cm3。說(shuō)明壓力折算密度受管柱摩擦影響大，音叉密度計(jì)不受管柱摩擦影響；流體溫度在3577m處存在負(fù)異常，而壓力折算密度形態(tài)在3577m處沒(méi)有相應(yīng)變化，音叉密度計(jì)所測(cè)密度形態(tài)在3577m處也沒(méi)有相應(yīng)變化，說(shuō)明壓力折算密度和音叉密度計(jì)都不受流體溫度影響；音叉密度計(jì)雖然從原理上受環(huán)境溫度影響較大，但經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償后的密度曲線在溫度變化劇烈的地方并沒(méi)有異常波動(dòng)，而能真實(shí)反映流體的密度。

此外，從圖2還可以看出，音叉密度計(jì)8趟曲線重合性好，說(shuō)明音叉密度計(jì)儀器穩(wěn)定，所測(cè)密度真實(shí)可靠。

4 音叉密度計(jì)對(duì)載水氣井的反映

圖3 克拉2-13井測(cè)井剖面圖

克拉2-13井2012年7月20日測(cè)井時(shí)油壓39.7MPa，套壓7.98MPa，井口產(chǎn)氣435400m3。該井測(cè)井曲線如圖3所示。綜合分析流量、流體密度曲線可以看出，該井是一口典型的載水氣井。從密度值上看，3775m以下1.07g/cm3，3765～3775m井段0.37g/cm3，3765m以上0.20g/cm3。證明3775m以下為氣水泡狀流動(dòng)，3765～3775m井段為氣載水循環(huán)流動(dòng)，3765m以上基本為單相氣體流動(dòng)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)載水氣井液面并不是水平的，而是存在傾斜的載水液面。總之，音叉密度計(jì)能有效監(jiān)測(cè)載水氣井。

5 結(jié)論

1)與壓力折算密度相比，音叉密度計(jì)不受流體速度變化、管柱摩擦影響，測(cè)量精度更高；音叉密度計(jì)不受流體溫度影響，能真實(shí)反映流體的密度；音叉密度計(jì)8趟曲線重合性好，說(shuō)明音叉密度計(jì)儀器穩(wěn)定，所測(cè)密度真實(shí)可靠，為克拉2氣田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。

2)音叉密度計(jì)能有效監(jiān)測(cè)載水氣井。

[參考文獻(xiàn)]

[1]郭海敏.現(xiàn)代生產(chǎn)測(cè)井導(dǎo)論 [M].北京：石油工業(yè)出版社，2003.

[2]桂興春，王華，張濱華.一種音叉式液體密度傳感器的研究[J].自動(dòng)化儀表，2006,27(3)：28-30.

[3]Hill A D. Production logging-Theoretical and Interpretive Elements[J]. SPE Monograph 14,1990.

[4]朱華銀. 克拉2氣田異常高壓氣藏衰竭開(kāi)采物理模擬試驗(yàn)研究[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，2003.