王進(jìn)旗，袁 媛，華 龍，鄭慶龍

（1. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318； 2. 中石油寧夏石化公司安環(huán)處，寧夏 銀川 750026；3. 華北油田采油工程研究院, 河北 任丘 062552）

基于同軸相位法含水率的實(shí)驗(yàn)研究

王進(jìn)旗1，袁 媛1，華 龍2，鄭慶龍3

（1. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318； 2. 中石油寧夏石化公司安環(huán)處，寧夏 銀川 750026；3. 華北油田采油工程研究院, 河北 任丘 062552）

隨著油田的不斷開(kāi)發(fā)和開(kāi)采，油井的數(shù)量逐步上升，產(chǎn)出液的含水率也不斷升高，因此準(zhǔn)確的測(cè)量各個(gè)產(chǎn)層的流量和含水率對(duì)于確定油井出水、出油層位，計(jì)算原油產(chǎn)量，預(yù)測(cè)油井的開(kāi)發(fā)壽命具有重要意義。根據(jù)油田對(duì)生產(chǎn)測(cè)井的要求研制的同軸相位含水率計(jì)應(yīng)用于油田測(cè)試工作，可以根據(jù)該儀器在某一產(chǎn)液量給出的不同響應(yīng)值求得相應(yīng)的含水率。通過(guò)在模擬井筒內(nèi)對(duì)儀器進(jìn)行反復(fù)的測(cè)量與校正從理論上分析了儀器對(duì)油水混合介質(zhì)的反映規(guī)律。研制的儀器不但提高了測(cè)量精度,還實(shí)現(xiàn)了油井含水率以往難實(shí)現(xiàn)的連續(xù)測(cè)量。利用該儀器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，并與模擬井資料進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明該儀器可很好地應(yīng)用于該地區(qū)的油井測(cè)試工作。

含水率；同軸線；相位法；連續(xù)測(cè)量

原油含水率是生產(chǎn)測(cè)井關(guān)鍵的一項(xiàng)測(cè)量?jī)?nèi)容，含水率計(jì)在油田開(kāi)采中占有重要位置。對(duì)于油井的動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程中，只能用于低含水或者高含水的測(cè)井儀器不能很好地進(jìn)行油井含水率的測(cè)量工作。同軸線相位法含水率計(jì)［1］能實(shí)現(xiàn)含水率從100%到0%的連續(xù)測(cè)量，且性能穩(wěn)定，具有一致性，提高了含水率的測(cè)量精度［2,3］，也可將產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化。同軸線作為含水率計(jì)的傳感器，儀器外殼為外導(dǎo)體，不同油水比例的混合介質(zhì)在同軸線傳感器的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體之間流過(guò)時(shí)，保證電磁波為TEM波［4］。油水混合介質(zhì)作為電磁波傳播能量的載體，使得電磁波的相位發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量傳感器內(nèi)電磁波傳播的相位特性，得到油水混合物的介電特性［5］，再通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即可得油水混合介質(zhì)的含水率［6,7］。

1 儀器原理

同軸線相位法含水率計(jì)的測(cè)量原理如圖 1，由發(fā)射電路、同軸線傳感器、接收電路、本機(jī)振蕩器、混頻器、鑒相器、積分器和壓頻轉(zhuǎn)換器組成。同軸線傳感器接收到一路由發(fā)射電路發(fā)出的75 MHz的高頻電磁波，電磁波發(fā)生幅度衰減和相位移，由接收電路接收并處理后，送入混頻器A；另一路高頻電磁波直接進(jìn)入混頻器 B，將本機(jī)振蕩器發(fā)出的75.02 MHz的信號(hào)送入兩混頻器，同75 MHz的兩路信號(hào)進(jìn)行混頻，產(chǎn)生兩路20 kHz的中頻信號(hào)；中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)鑒相器、積分器和壓頻轉(zhuǎn)換器的處理，可得電磁波在同軸線內(nèi)油水混合介質(zhì)中傳播的相位信號(hào)。

圖1 同軸線相位法含水率計(jì)原理圖Fig.1 The principle diagram of the water content tool based on coaxial line phase method

2 模擬井實(shí)驗(yàn)

華北油田采油工程研究院多相流試驗(yàn)裝置主要技術(shù)指標(biāo)如表1。

表1 多相流裝置技術(shù)指標(biāo)Table 1 Technical index of multiphase flow device

在操作室通過(guò)調(diào)節(jié)油水閥門給出需要的油水混合流量。如在一個(gè)固定流量60 m3/d，設(shè)定幾個(gè)油水混合比例點(diǎn)即含水率分別為0%、20%、40%、60%、80%和100%，反復(fù)測(cè)量各點(diǎn)的響應(yīng)值（頻率），取平均值作為含水率儀測(cè)得的含水率信號(hào)（頻率信號(hào)），根據(jù)在不同含水率測(cè)得的信號(hào)值的大小及變化趨勢(shì)分析儀器的線性規(guī)律。其他流量測(cè)量過(guò)程同上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 模擬井實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Result of simulation well experiment

由圖2看出當(dāng)流量大于60 m3/d，儀器響應(yīng)值基本與流量無(wú)關(guān)，其高分辨率特性利于解決油田高含水問(wèn)題，但在流量低于60 m3/d，含水率在40%～100%時(shí)，響應(yīng)值受流量影響較明顯，其原因有待查明。對(duì)大慶油田進(jìn)行注水開(kāi)發(fā)，由于其低含水率采油期很短，高含水率采油期較長(zhǎng)，因此應(yīng)用該方法進(jìn)行含水率的測(cè)量得到的結(jié)果較為可靠。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析

將同軸線相位法含水率計(jì)應(yīng)用于大慶油田采油六廠，進(jìn)行10口油井的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，比較測(cè)試結(jié)果與井口取樣化驗(yàn)數(shù)據(jù)，其中儀器響應(yīng)值化為含水率的公式為：

其中，Kw-含水率,%；

fw-測(cè)得的全水值,Hz；

fo-測(cè)得的全油值,Hz；

fm-測(cè)得的混相值,Hz。

結(jié)果如表2所示。

表2 結(jié)果對(duì)比表Table 2 Result contrast table

表2表明用含水率計(jì)測(cè)得的結(jié)果與井口取樣化驗(yàn)結(jié)果差別不大，特別是對(duì)于高含水率的油井測(cè)量精度較高，對(duì)于低含水率的油井測(cè)量精度相對(duì)較低。

4 結(jié) 論

（1）同軸線相位法含水率計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)油井含水率的連續(xù)動(dòng)態(tài)測(cè)量，減少了測(cè)量誤差，采用設(shè)計(jì)的優(yōu)化傳感器后，降低了地層水礦化度對(duì)儀器性能的影響。

（2）同軸線相位法含水率計(jì)擁有全油到全水的全范圍測(cè)量，無(wú)論是低含水油井還是高含水油井，都可用該儀器進(jìn)行測(cè)量，是其他含水率計(jì)（窄范圍測(cè)量）所不能代替的。

（3）對(duì)于處于高含水期的油井，同軸線相位法含水率計(jì)的靈敏度較高，分辨特性強(qiáng)，為提高油井含水率的測(cè)量精度有重要意義。

［1］ 王進(jìn)旗,強(qiáng)錫富,于英華.基于相位法原油含水率儀的實(shí)驗(yàn)研究[J].計(jì)量學(xué)報(bào),2004,25(4) : 366-368.

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Test Study of Water Content Based on Coaxial Line Phase Method

WANG Jin-qi1，YUAN Yuan1，HUA Long2，ZHENG Qing-long3

（1. College of Geoscience, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China；2. Ningxia Petrochemical Corporation,CNPC, Ningxia Yinchuan 750026，China；3. Huabei Oilfield Petroleum Exploitation Engineering Research Institute, CNPC, Hebei Renqiu 062552，China）

With constant exploration and development of oil fields, the amount of oil wells is rising gradually, the water content of produced liquid is higher and higher, so accurate measurement on flow and water cut of each production layer is very important to determine oil layers, calculate the production of crude oil and predict the development lifetime of oil wells. According to the demand of productive well logging, coaxial line phase method water cut tool was designed to measure water content in every layer. By repeated simulation measurement and correction, reflection rules of the tools for mixture of oil/water were analyzed. The measuring instrument improved the measuring accuracy of water content, and realized continuous measurement of water content in oil well. Simulation results and on-site measurements show this way of measuring water content can be well applied in well logging.

Water content; Coaxial line; Phase method; Continuous measurement

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）03-0465-03

2014-10-27

王進(jìn)旗（1963-），男，黑龍江大慶人，教授，博士，2003年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)精密儀器與機(jī)械專業(yè)，研究方向：勘查技術(shù)與工程。E-mail：w-jinqi@163.com。

袁媛（1987-），女，碩士研究生，研究方向：地球物理測(cè)井。E-mail：yuanyuan19870711@126.com。