郭 帥，姜志強，袁洪波

(1.中國石油渤海鉆探工程有限公司測井分公司 天津 300280；2. 中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300457)

·儀器設(shè)備與應(yīng)用·

音叉流體密度測井儀器及應(yīng)用

郭 帥1，姜志強2，袁洪波1

(1.中國石油渤海鉆探工程有限公司測井分公司 天津 300280；2. 中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300457)

音叉流體密度測井儀器是一種用于實時測量油井空間密度分布的新型儀器，通過沿整個管柱連續(xù)性采集密度資料來檢測油氣井開發(fā)動態(tài)。介紹了儀器的工作原理和性能參數(shù)，闡述了儀器在產(chǎn)氣井、產(chǎn)油井及三相產(chǎn)出井等不同井況環(huán)境下的應(yīng)用情況和應(yīng)用效果，總結(jié)了儀器的性能特點和應(yīng)用范圍。

流體密度測井；音叉密度測井；音叉；頻率；多相流體

0 引 言

在油田的開采過程中，掌握每個生產(chǎn)層位的生產(chǎn)情況，有利于為后續(xù)方案的設(shè)計和實施提供依據(jù)。流體密度測井用于確定井內(nèi)生產(chǎn)中不同相流體的體積含量，常與持水率曲線結(jié)合使用用于確定多相流體中油、氣、水的含量及沿井筒的分布規(guī)律。

目前進行產(chǎn)出剖面密度測井所采用的下井儀器主要有放射性流體密度儀和壓差密度儀兩種儀器[1,2]。其中傳統(tǒng)的放射性流體密度儀采用銫137放射源進行流體密度測量，該儀器存在安全風(fēng)險大的不足，而壓差密度測井儀受井內(nèi)流體流速、管柱尺寸等影響較大[3,4]。音叉密度儀采用音叉?zhèn)鞲衅髯鳛橹饕獪y量元件，不使用放射性源，是一種環(huán)保型的儀器，可在油水井中獲得井內(nèi)混合流體的密度，克服了以上不足。

1 儀器原理

音叉流體密度測井儀器是一種非放射性流體密度測量裝置。傳感器采用不銹鋼音叉，音叉?zhèn)鞲衅鞴潭ㄔ趦x器通過驅(qū)動電路使其以自身固有頻率附近振動，實際振動頻率取決于環(huán)繞于音叉?zhèn)鞲衅髦車牧黧w的物理性質(zhì)，并與密度成反比。音叉密度儀主要由傳感器組件和電子線路組件兩部分組成。音叉?zhèn)鞲衅鞯氖疽鈭D如圖1所示。

圖1 音叉?zhèn)鞲衅魇疽鈭D

音叉?zhèn)鞲衅靼ㄒ舨媾c壓電晶體兩部分。音叉是呈“U”型的不銹鋼結(jié)構(gòu)，工作時其中一只臂受電路產(chǎn)生的激勵信號開始振動，當(dāng)音叉?zhèn)鞲衅魑挥诒粶y液體時，叉體由于附加質(zhì)量發(fā)生變化，造成其振動頻率發(fā)生改變，作用于壓電晶體產(chǎn)生反饋信號，傳輸至電路進行處理，從而實現(xiàn)對密度的測量。

2 參數(shù)與指標(biāo)

音叉密度儀傳感器組件包括音叉?zhèn)鞲衅骱蜏囟葌鞲衅鲀刹糠?，音叉?zhèn)鞲衅饔糜诰畠?nèi)流體密度的測量，溫度傳感器貼裝于固支體上，實時檢測被測液體溫度，用于補償調(diào)諧叉體的彈性模量變化。

音叉密度儀的主要測量參數(shù)有以下三項：

FDIF：以CPS的方式直接反應(yīng)出音叉?zhèn)鞲衅鞯恼駝宇l率，是流體密度的主要參數(shù)。

FDIB：是音叉密度儀的次要參數(shù)，被稱為反饋水平，這項參數(shù)表示音叉?zhèn)鞲衅鞯恼駝臃?，用于校正流體粘度，因為這個物理屬性影響音叉?zhèn)鞲衅鞯念l率。

FDIT：是一個與音叉?zhèn)鞲衅鞯臏囟瘸杀壤闹?，通過地面來校正溫度的影響。

由于音叉密度儀工作方式不受流體流動或靜止的影響，因此適用于生產(chǎn)分析、流體識別、水平和大位移井、高流量井的測量。

具體技術(shù)指標(biāo)如下：

耐溫： 176.6 ℃

耐壓： 103.4 MPa

外徑： 43 mm

密度測量范圍： 0 g/cc-1.25 g/cc

精度： ±0.03 g/cc

分辨率： 0.01 g/cc

響應(yīng)時間： <1 s

3 工房檢驗和現(xiàn)場標(biāo)定

在室內(nèi)對儀器進行檢驗和測井之前，須對儀器進行刻度，通常采用兩點刻度的方式，分別在空氣中和水中以密度值為0和1進行標(biāo)定。不同介質(zhì)中音叉密度儀的測量值與標(biāo)準(zhǔn)密度值對比見表1[5]。從表1可以看出音叉密度儀測量誤差小于0.015g/cc，精度要高于放射性流體密度儀。

表1 不同介質(zhì)中音叉密度儀的測量值和標(biāo)準(zhǔn)測量密度值對比

4 測井實例

4.1 產(chǎn)氣井測井效果分析

蘇76-X-XX井為蘇里格氣田一口產(chǎn)氣井，生產(chǎn)層位盒8上18號層、盒8下26、28號層，井口壓力19 MPa，日產(chǎn)氣47 000 m3，不產(chǎn)水。從曲線上顯示，最下端射孔層盒8下28號(3297.2～3299.7 m)以上，密度測量值為0.187 g/cm3，該測量值說明射孔盒8下28號以上層位為當(dāng)氣體，說明盒8下28號為產(chǎn)氣層。儀器下測經(jīng)過28號層位，密度測量值由0.187 g/cm3變成1.017 g/cm3，其密度值與純水密度值相同，說明儀器進入死水段。測井效果圖如圖2所示，該井測井資料表明，音叉流體密度測井儀可以明顯區(qū)分氣液兩相，適用于產(chǎn)氣井各層位產(chǎn)氣情況的測量。

圖2 蘇76-X-XX井產(chǎn)氣剖面測井圖

4.2 油氣水三相產(chǎn)出井測井效果分析

JZX-X-XX-X井是一口電泵生產(chǎn)井，人工井底2325.90 m，井內(nèi)采用Y分管柱，生產(chǎn)東二下段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ油組，射開油層垂厚19.1 m，油壓0.58 MPa，日產(chǎn)液205.2 m3，日產(chǎn)油62.38 m3，日產(chǎn)氣0.35×104 m3，含水69.60 %。該井是一口典型的三相產(chǎn)出井，流體密度測井采用音叉密度測井儀，進行五上五下測量，測量井段為1 995～2 165 m，測井曲線如圖3所示。該井在滑套以下測量密度值為1.008 g/cm3，顯示油管內(nèi)為死水，與其他曲線顯示效果一致。上提儀器達到滑套后，密度曲線產(chǎn)生變化，測量值變?yōu)?.881 g/cm3，說明滑套以下層位為輕質(zhì)流體產(chǎn)出層。上提儀器至Ⅱ油層后，密度值變?yōu)?.972 g/cm3，相比有一定的升高，通過與持水率曲線結(jié)合解釋，該層為產(chǎn)水層。密度曲線數(shù)值在Ⅰ層位兩個射孔段均有明顯變化，證明兩層位均為輕質(zhì)流體產(chǎn)出層。通過分析曲線在各個層位的變化，可以準(zhǔn)確地確定各層位的產(chǎn)業(yè)情況，音叉密度測井儀可以真實地反映三相產(chǎn)出井井內(nèi)液體情況。

圖3 JZX-X-XX-X井產(chǎn)出剖面解釋圖

5 結(jié)束語

1)通過對音叉密度儀原理進行分析，該儀器采用非放射性方法進行密度的測量，通過音叉?zhèn)鞲衅髟诓煌黧w中的頻率變化，來計算流體密度，并得到流體密度曲線。

2)通過現(xiàn)場應(yīng)用得出，音叉密度儀可以在產(chǎn)油井、產(chǎn)氣井及油氣水三相井幾種井況下完成密度的測量。

3)音叉密度儀在測井過程中靈敏度高，產(chǎn)出層位變化反映準(zhǔn)確，尤其對產(chǎn)氣層反應(yīng)明顯，建議與含水資料結(jié)合進行評價，有利于產(chǎn)氣層位的判斷。

4)音叉密度儀在空氣中測量密度值正常，在井內(nèi)氣體和產(chǎn)氣井段測量的密度值偏低，經(jīng)分析可能是由于氣體在高溫高壓井況下密度值刻度不準(zhǔn)確和井內(nèi)運移噪聲影響，建議針對產(chǎn)氣井況，對其計數(shù)值進行相應(yīng)補償。

[1] 王海峰,張行典,鬲曉寧.壓差密度儀在塔河油田的應(yīng)用研究[J].石油儀器,2012,26(2):44-46.

[2] 余 強,尤國平,龐希順,孫洪義.雙U型管式高溫高壓流體密度傳感器[J].測井技術(shù),2011,35(5):470-473.

[3] 宋紅偉,郭海敏,戴家才.井下光電流體壓差密度計理論研究[J].測井技術(shù),2006,30(3):252-254.

[4] 吳樂軍,馬煥英,趙 捷，等.壓差密度儀在海上油田應(yīng)用中的適應(yīng)性探討[J].石油天然氣學(xué)報,2014,36(1):73-78.

[5] 郭海敏,戴家才,陳科貴.生產(chǎn)測井原理與資料解釋[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007:45-48.

A Tuning Fork Fluid Density Logging Tool and Its Application

GUO Shuai1， JIANG Zhiqiang2， YUAN Hongbo1

(1.CNPCBohaiDrillingEngineeringCompanyLimited，Tianjin， 300280；2.CNOOCTianjinBranch，Tianjin300452，China)

The tuning fork fluid density logging tool uses the inertial response characteristics of a vibrating tuning fork to determine the density of the wellbore fluid mixture. This paper introduces the tool working mechanism and performance specifications, describes application and effect of the tool in gas producing wells, oil producing wells and triple producing wells, and summarizes performance characteristics and applications range of the tool.

fluid density logging；tuning fork density logging；fork; frequency；multiphase fluid

郭 帥，男，1983年生，2006年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)，現(xiàn)主要從事儀器研發(fā)工作。E-mail: gs1100199@sina.com

P631.8+1

A

2096-0077(2016)06-0080-03

2016-01-04 編輯：高紅霞)