徐 林，胡金海，楊長河，劉曉磊，黃春輝，宋純高，常 暉

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163114)

0 引 言

高含水開發(fā)后期，油井內(nèi)流壓降低，產(chǎn)氣、脫氣現(xiàn)象明顯，井下油氣水三相流普遍存在。對于油水兩相流，阻抗式產(chǎn)液剖面測井儀較為成熟，在水為連續(xù)相時對含水率的變化響應(yīng)靈敏，能提供可靠的含水率信息[1-3]。渦輪流量計儀表常數(shù)穩(wěn)定,在油水兩相流條件下可以準(zhǔn)確測量流量。但在油氣水三相流中，由于氣液密度差異大、氣體滑脫等因素的影響，無法準(zhǔn)確測量流量和含水率，需要引入氣相流量參數(shù)，對流量和含水率進(jìn)行校正。

早期采用集流式流量計和放射性密度計組合，以及采用壓差密度計對兩相流儀器進(jìn)行校正等方式進(jìn)行三相流測量。金寧德等[4-5]基于傘集流渦輪流量計與放射性密度-持水率計組合儀在油氣水三相流裝置中的動態(tài)試驗(yàn)結(jié)果,建立了三相流渦輪流量計統(tǒng)計測量模型，但由于環(huán)保的要求放射性密度計早已停用；壓差密度計在流量100 m3/d以下的套管內(nèi)，測得密度的分辨率極低無法應(yīng)用。近年來，大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司陸續(xù)研發(fā)了低產(chǎn)液三相流測井儀[6]、超聲多普勒測井儀等儀器。低產(chǎn)液三相流測井儀流量上限低于20 m3/d，應(yīng)用范圍受限；超聲多普勒測井儀總流量上限為15 m3/d、氣量上限為5 m3/d，含水率測量適用于低含水條件，同樣使用條件和范圍受限。

應(yīng)油田對總流量測量范圍寬、氣量測量范圍寬、高含水下測量精度高的三相流測井儀的需求，大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司開發(fā)了光纖持氣率計[7]。但由于光纖持氣率計局限于對氣相響應(yīng)規(guī)律的研究，沒有和流量、含水率參數(shù)有機(jī)結(jié)合，還不能給出三相流的測量結(jié)果。為此本研究將光纖探針、阻抗含水率計、渦輪流量計有機(jī)結(jié)合，研制了光纖探針-阻抗三相流測井儀，對該儀器在多相流模擬實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行了油氣水三相流中的標(biāo)定試驗(yàn)，建立了三維插值的油氣水三相流解釋方法，并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 儀器結(jié)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)

1.1 儀器結(jié)構(gòu)

組合儀器利用渦輪流量計測量產(chǎn)液量，利用阻抗含水率計測量含水率，利用光纖探針測量產(chǎn)氣量[8-10]。結(jié)構(gòu)如圖1所示，從下向上依次為傘式集流器、光纖探針傳感器[11-12]、阻抗傳感器[1]、渦輪流量計及信號處理電路短節(jié)。光纖探針位于流道截面中心，采用單探針結(jié)構(gòu)。儀器可以與磁定位、井溫、壓力等參數(shù)進(jìn)行組合測井。

1-傘式集流器;2-光纖探針傳感器;3-阻抗傳感器;4-渦輪流量計;5-電路短節(jié)圖1 光纖探針-阻抗含水率測井儀結(jié)構(gòu)

1.2 技術(shù)指標(biāo)

組合測井儀外徑：Φ28 mm；耐溫：125 ℃；耐壓：30 MPa；液相流量測量范圍及精度：2～60 m3/d，±5%；液相含水率測量范圍及精度：50%～100%，±8%；氣相測量范圍及精度：2～10 m3/d，±10%。

2 儀器標(biāo)定及解釋模型

2.1 儀器標(biāo)定

利用多相流模擬實(shí)驗(yàn)裝置地面采集系統(tǒng)記錄不同氣相流量、不同油水兩相流量和含水率時的光纖探針響應(yīng)頻率，得到不同氣量下光纖探針響應(yīng)關(guān)系圖版，圖2為氣相流量3 m3/d時的響應(yīng)圖版。計算液相流量為0～50 m3/d時的光纖探針響應(yīng)的平均值，得到不同氣量下光纖探針響應(yīng)與液相流量關(guān)系圖版，如圖3所示。利用同樣方法計算不同氣相流量時油氣水三相渦輪響應(yīng)平均值，得到不同氣量下油氣水三相渦輪響應(yīng)與油水兩相流量響應(yīng)關(guān)系圖版，如圖4所示。固定氣相流量為3 m3/d時，標(biāo)定的油水兩相流量與含水率關(guān)系圖版如圖5所示，同時標(biāo)定了0、6、10 m3/d等多種氣相流量下的含水率圖版，獲得阻抗傳感器在油氣水三相流下的響應(yīng)規(guī)律圖版。

圖2 氣相流量3 m3/d時的光纖探針響應(yīng)圖版

圖3 不同氣量下光纖探針響應(yīng)與液相流量關(guān)系圖版

圖4 油氣水三相流渦輪響應(yīng)與油水兩相流量關(guān)系圖版

圖5 氣相流量為3 m3/d 時含水率響應(yīng)圖版

2.2 解釋模型

油氣水三相流解釋模型框圖如圖6所示。首先通過不同氣量下光纖探針響應(yīng)與液量關(guān)系圖(圖3)與不同氣量下渦輪輸出響應(yīng)與液量的關(guān)系圖(圖4)之間的對應(yīng)關(guān)系，推出不同氣量下渦輪響應(yīng)與光纖探針響應(yīng)關(guān)系圖，如圖7所示。對于某一測點(diǎn)已知可以測量的參數(shù)為：渦輪響應(yīng)頻率、光纖探針響應(yīng)頻率和阻抗傳感器響應(yīng)。首先在圖7中，用已測得的渦輪響應(yīng)頻率和光纖探針響應(yīng)頻率，通過圖版插值法確定某一光纖探針響應(yīng)時的氣相流量。再用計算的氣量流量在圖4油氣水三相流渦輪響應(yīng)與油水兩相流量關(guān)系圖版中，根據(jù)確定的氣相流量和渦輪響應(yīng)頻率確定油水兩相(液相)流量。最后利用阻抗傳感器輸出的含水率響應(yīng)，在圖5不同氣量下的含水率響應(yīng)圖版中插值進(jìn)一步確定油水兩相(液相)含水率。

圖6 油氣水三相流解釋模型框圖

圖7 不同氣量下渦輪響應(yīng)與光纖探針響應(yīng)關(guān)系圖版

3 現(xiàn)場試驗(yàn)情況

光纖探針-阻抗三相流測井儀自2019年10月開始投入現(xiàn)場試驗(yàn)，截止到2020年11月在25口井中實(shí)施了30井次的現(xiàn)場試驗(yàn)。試驗(yàn)井中產(chǎn)氣井占總井?dāng)?shù)的48%，對于產(chǎn)氣井來講，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義的三相流測量，解釋結(jié)果相比兩相流儀器更準(zhǔn)確。

3.1 三相流井中的各參數(shù)實(shí)測曲線

圖8為光纖探針-阻抗三相流測井儀在喇11-**井1 115 m處的測量曲線?？梢钥闯?，光纖探針測量曲線、渦輪流量計測量曲線、阻抗傳感器在三相流體過流狀態(tài)輸出的混相值曲線對于該點(diǎn)產(chǎn)氣的指向性很強(qiáng)。

圖8 光纖探針-阻抗三相流測井儀在喇11-**井1 115 m處的測量曲線

圖中光纖探針測量曲線高低數(shù)值起伏很大，低值接近液相時的輸出值，高值接近于低值的2倍，從低到高，輸出呈周期性變化，說明該點(diǎn)產(chǎn)氣情況隨油井的沖程沖次呈周期性變化；渦輪流量曲線的輸出高值比平均值大出許多，也顯示產(chǎn)氣情況。

圖9為光纖探針-阻抗三相流測井儀在喇11-**井1 183 m處的測量曲線，相比于1 115 m測點(diǎn)處，光纖探針測量曲線的波動起伏幅度減小，渦輪流量計測量曲線波動起伏幅度也減小，但仍能看出該點(diǎn)依然有氣，只是氣量減少。

圖9 光纖探針-阻抗三相流測井儀在喇11-**井1 183 m處的測量曲線

3.2 在三相流井中開展的重復(fù)性及一致性試驗(yàn)

在喇10-20**井，分別用207#和8#光纖探針-阻抗三相流測井儀進(jìn)行測井，每支儀器在主產(chǎn)層都進(jìn)行了重復(fù)性測量，表1是207#儀器的重復(fù)對比情況，可以看出儀器在1 010.0、1 070.0、1 089.5 m 3個測點(diǎn)處的重復(fù)測量數(shù)據(jù)能夠完全符合，表明儀器的重復(fù)性很好。

表1 207#儀器的重復(fù)性對比情況表

表2和表3是2支儀器在該井的測井解釋成果表，可以看出在測點(diǎn)1 010.0 m處油水兩相流的含水率和流量完全一致，產(chǎn)氣量在該點(diǎn)處也完全一致，在其他深度點(diǎn)的油水兩相流的含水率和流量、產(chǎn)氣量趨勢上也一致，分層產(chǎn)油的主產(chǎn)油層、主產(chǎn)液層一致，因此說明兩支儀器存在著很好的一致性。

表2 207#光纖探針-阻抗三相流測井儀在喇10-20**井解釋結(jié)果

表3 8#光纖探針-阻抗三相流測井儀在喇10-20**井解釋結(jié)果

3.3 在三相流井中與兩相流測井儀器的對比試驗(yàn)

表4是光纖探針-阻抗三相流測井儀在喇5-W26**井中的解釋成果。經(jīng)測量，該井全井段1 137.98 m處合層產(chǎn)氣6.2 m3/d，經(jīng)三相流解釋，該點(diǎn)合層產(chǎn)液24.5 m3/d、合層含水率91.5%，接近井口化驗(yàn)液相含水率93.80%。如果不利用光纖探針測量數(shù)據(jù)，按兩相流進(jìn)行資料解釋，結(jié)果見表5，同樣在1 137.98 m處合層產(chǎn)液30 m3/d、合層含水68%。與三相流測量結(jié)果在合層處產(chǎn)液有5.5 m3/d的變化，但含水率相差23.5%。所以有必要用光纖探針-阻抗三相流測井儀實(shí)施測井。

表4 喇5-W26**井光纖探針-阻抗三相流測井儀解釋成果

表5 喇5-W26**井兩相流合層解釋成果

3.4 在產(chǎn)氣量大的三相流井中的測井試驗(yàn)

喇8-3E24**井產(chǎn)氣比較明顯，用光纖探針-阻抗三相流測井儀在喇8-3E24**井的測井中進(jìn)行了試驗(yàn)，在該井各測點(diǎn)處獲得了光纖探針響應(yīng)、渦輪流量計響應(yīng)及阻抗含水率計響應(yīng)，通過圖6的油氣水三相流解釋模型獲得各分相的流量，形成了三相流解釋剖面，如圖10所示，從圖上可以直觀看出油、氣、水三相的分布。在該井測得全井的產(chǎn)液27.9 m3/d、綜合含水率92.6%，測得的綜合含水率與井口化驗(yàn)液相含水率95.8%的誤差僅為3.2%；測得全井產(chǎn)液與井口計量的26.1 m3/d，相差1.6 m3/d，誤差為6.9%。同時，該井層6單層產(chǎn)液17.5 m3/d，產(chǎn)水16.4 m3/d，產(chǎn)氣4.3 m3/d，產(chǎn)油1.1 m3/d，得知該層既是主產(chǎn)液層，又是主產(chǎn)水、主產(chǎn)油及主產(chǎn)氣層。

圖10 光纖探針-阻抗三相流測井儀在喇8-3E24**井中的三相流解釋剖面圖

4 結(jié) 論

基于光纖探針、阻抗傳感器和渦輪流量計，創(chuàng)新研制了光纖探針-阻抗三相流測井儀，建立了在油氣水三相流下響應(yīng)規(guī)律三維插值的解釋方法。該儀器的氣相流量測量范圍寬、油氣水三相流總流量范圍寬，在高含水下含水率又有較好的分辨率，同時滿足環(huán)保要求，在三相流下有良好的應(yīng)用前景。

通過30井次的現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，表明儀器的重復(fù)性及一致性較好，實(shí)現(xiàn)了對油氣水三相流的定量測量，與兩相流測井儀器相比，能更準(zhǔn)確地反映產(chǎn)層的產(chǎn)液和含水情況。