利用新方法提高阻抗找水儀刻度成功率

王東紅

（大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司）

阻抗找水儀作為油田產(chǎn)出剖面測(cè)試的主要測(cè)井儀器，為油井的工作措施調(diào)整提供測(cè)試數(shù)據(jù)。阻抗找水儀測(cè)量的參數(shù)有流量和含水率，流量的測(cè)量范圍是（0.5～80）m3/d，精度為±3%，含水率測(cè)量范圍是50%～100%，精度為±5%。為了確保阻抗找水儀的測(cè)量精度，減少復(fù)測(cè)，提高測(cè)試效率，需要對(duì)儀器進(jìn)行測(cè)前刻度。目前，流量刻度可以利用流量刻度裝置來刻度。而含水率的刻度，需要送到檢測(cè)中心進(jìn)行含水率刻度，今年，各單位阻抗儀含水率刻度情況見表1。

表1 各大隊(duì)產(chǎn)出剖面儀器送檢情況匯總

通過表1的數(shù)據(jù)可以看出，阻抗找水儀標(biāo)定合格率只有36.19%，已經(jīng)到了非常嚴(yán)重的地步，有的單位反復(fù)送檢的次數(shù)達(dá)到3次，儀器標(biāo)定仍然不合格，為了提高此儀器的標(biāo)定成功率，我們做了大量試驗(yàn)，探討阻抗找水儀一次標(biāo)定成功率的方法，提高一次標(biāo)定成功率，減少人力物力的浪費(fèi)，提高儀器測(cè)井的準(zhǔn)確性。

1 儀器測(cè)量原理

流量的測(cè)量是利用集流傘將套管和儀器之間的流體進(jìn)行封閉，使其通過儀器進(jìn)液口流入儀器內(nèi)部，推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)渦輪軸上的磁鋼運(yùn)轉(zhuǎn)，通過渦輪支架上的霍爾元件將變化的磁力線轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，方波信號(hào)的頻率與流量成正比關(guān)系，通過測(cè)量方波頻率即可測(cè)量油井的產(chǎn)量。

含水的測(cè)量是利用阻抗原理實(shí)時(shí)測(cè)量，含水測(cè)量探頭是帶有四個(gè)電極環(huán)的電極筒，其中一對(duì)電極作為激勵(lì)源，給液體提供高頻交變恒流源，另一對(duì)作為測(cè)量電極環(huán)。油井所產(chǎn)出的液體包含油和水兩種液體，對(duì)于某一油井其產(chǎn)出水的礦化度是一定的，因此油水混合液體的阻抗取決于含水率的大小。由于混合液體供恒流源，含水測(cè)量探頭內(nèi)在兩個(gè)測(cè)量電極環(huán)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，此電動(dòng)勢(shì)與含水率的大小有關(guān)，利用壓頻轉(zhuǎn)換電路將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，含水率越高，儀器含水輸出頻率越低，則儀器的含水信號(hào)輸出頻率與含水率成反比關(guān)系，再通過整形，含水信號(hào)與流量信號(hào)整合，功率放大后輸出至地面設(shè)備進(jìn)行記錄。含水率的計(jì)算公式為

式中：

Y——含水率；

F全水——100%含水率時(shí)含水輸出頻率；

F混相——不同含水率時(shí)含水輸出頻率。

2 標(biāo)定前的準(zhǔn)備工作

2.1 流量部分

我們將集流傘的外徑調(diào)整到125mm，保證密封面的長(zhǎng)度達(dá)到4mm～5mm，減少集流傘的漏失量。然后將流量測(cè)試部分在流量標(biāo)定裝置上進(jìn)行標(biāo)定，確保流量測(cè)試誤差小于±3%。

2.2 含水率信號(hào)頻率輸出的調(diào)整

為了使阻抗找水儀適應(yīng)檢測(cè)中心的水質(zhì)條件，我們將阻抗找水儀的含水信號(hào)全水值輸出頻率調(diào)整為（1000±50）Hz左右。

2.3 含水率零流量標(biāo)定

含水率零流量標(biāo)定裝置用一段透明玻璃鋼管，內(nèi)部裝有5根不同粗細(xì)的非金屬棒，分別代表50%、60%、70%、80%、90%的含水率，玻璃鋼管內(nèi)裝入自來水，選取10支阻抗找水儀，待溫度穩(wěn)定后，分別進(jìn)行零流量含水標(biāo)定，測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 阻抗找水儀零流量含水標(biāo)定統(tǒng)計(jì)

通過表2的數(shù)據(jù)可知零流量含水標(biāo)定都能滿足含水率的精度要求。為了進(jìn)一步保證零流量含水標(biāo)定的準(zhǔn)確性，我們進(jìn)一步通過試驗(yàn)的方法來驗(yàn)證其他影響因素。

3 含水率計(jì)零流量標(biāo)定影響因素分析

首先我們利用550mL礦泉水分別加入了不同克數(shù)的食鹽，配比出了10瓶溶液送到采油四廠試驗(yàn)大隊(duì)中心化驗(yàn)室進(jìn)行礦化度化驗(yàn)，試驗(yàn)室提供的化驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3。

表3 礦泉水加鹽量與礦化度對(duì)比

根據(jù)中心化驗(yàn)室提供的數(shù)據(jù)，我們選取了從配比為1.5g/550mL至4g/550mL礦化度的淡鹽水進(jìn)行零標(biāo)定試驗(yàn)。

3.1 礦化度影響

試驗(yàn)時(shí)標(biāo)定筒內(nèi)預(yù)裝了3L的自來水，按照比例調(diào)配了加鹽量，保證了礦化度從3000mg/L～8000mg/L變化之后記錄刻度數(shù)據(jù)。

通過試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)儀器在不同的礦化度條件下，所測(cè)得的同一含水率的頻率值是隨著礦化度的增加而不斷減小了。這是由于隨著礦化度的增大，水的阻抗降低，在供電電流不變的情況下，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就會(huì)降低，所反應(yīng)的頻率計(jì)數(shù)率就會(huì)降低。但是通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)所有測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量誤差都在要求的5%范圍之內(nèi)，符合刻度要求。通過計(jì)算得出的儀器響應(yīng)關(guān)系如圖1。

圖1 含水率刻度曲線與礦化度的關(guān)系

如圖1所示，我們得出的結(jié)論是，隨著礦化度的增加，曲線之間的間距越來越小，但含水率曲線的形態(tài)不受礦化度的影響，含水率曲線隨礦化度不同所得出的曲線線性關(guān)系基本一致，曲線直線性很好，與礦化度的不同對(duì)阻抗式零流量的刻度影響較小。在8000mg/L的水質(zhì)內(nèi)對(duì)含水率的刻度測(cè)量基本沒有影響。

3.2 溫度的影響

首先，目前所采用的刻度筒是敞口式無加熱恒溫裝置的刻度筒，在刻度時(shí)無法保證筒內(nèi)的液體保持恒溫狀態(tài)。我們?cè)谇逅屑尤氪蠹s40℃的熱水進(jìn)行刻度。但是室溫應(yīng)該在18℃左右，筒內(nèi)水會(huì)逐漸冷卻，雖然我們沒有對(duì)筒內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但通過時(shí)間的推移逐次刻度我們得出數(shù)據(jù)（一次刻度時(shí)間控制在2min之內(nèi)，假設(shè)每一次的刻度是恒溫狀態(tài)，一次與下一次之間存在溫差），測(cè)試。得知8次刻度中有4次出現(xiàn)數(shù)據(jù)超差（5%）的情況，屬于不合格。直到第七次與第八次的刻度數(shù)據(jù)比較接近時(shí)，我們判斷可能是此時(shí)的刻度筒內(nèi)的水溫接近恒定，無大的變化，所以停止了繼續(xù)刻度。以下為溫度變化所對(duì)應(yīng)的含水率刻度曲線如圖2。

從圖2看出其含水率曲線的變化總體呈線性關(guān)系，如果不考慮特殊的超過誤差范圍的點(diǎn)，總體的趨勢(shì)是相同的。我們懷疑在刻度超差的點(diǎn)有可能是出現(xiàn)在了溫度變化的拐點(diǎn)，因?yàn)闆]有恒溫條件，所以沒有相對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)。

圖2 含水率隨溫度的變化曲線

但如果我們刻度時(shí)假設(shè)的每一次刻度認(rèn)為其對(duì)應(yīng)的溫度恒定，一次與下一次之間存在溫差這樣的情況成立的話，上圖所體現(xiàn)的曲線形態(tài)基本保持一致，所以我們得出的結(jié)論是溫度的高低對(duì)含水率的刻度沒有直接影響。但是必須保證每一次刻度時(shí)的溫度要恒定，同一次刻度如果溫度不同可能會(huì)影響刻度結(jié)果的真實(shí)性。

為了驗(yàn)證以上刻度數(shù)據(jù)不合格出現(xiàn)的頻次多與溫度變化有關(guān)，且沒有最后達(dá)到恒定狀態(tài)，我們將刻度筒至于刻度間室內(nèi)2h左右，待溫度基本接近室溫恒定后我們又對(duì)其進(jìn)行了兩次刻度，得出的數(shù)據(jù)如表4。

表4 室溫條件下清水含水率測(cè)試

通過以上數(shù)據(jù)繪制直角坐標(biāo)圖如圖3。

由圖3曲線圖中可以判斷該支儀器P043一致性非常的好，基本重疊在一起，更能說明在溫度變化的第一次至第八次之間出現(xiàn)的超差現(xiàn)象應(yīng)為溫度變化所引起的。

通過以上的試驗(yàn)我們得出的結(jié)論是在不同的溫度和礦化度條件下所測(cè)得的阻抗式含水率計(jì)零流量刻度頻率值是隨著水的礦化度和溫度變化而發(fā)生變化的，但不會(huì)影響零流量刻度的準(zhǔn)確性。因?yàn)榍€的變化趨勢(shì)和斜率幾乎是一致的，無論哪種條件下只要礦化度和溫度恒定就可以保證儀器刻度數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

圖3 恒溫條件下儀器含水刻度曲線

4 儀器含水刻度

阻抗找水儀經(jīng)過上述工作后，我們將經(jīng)過零流量刻度的儀器送到檢測(cè)中心進(jìn)行含水刻度，刻度結(jié)果如表5所示。

表5 阻抗找水儀含水刻度統(tǒng)計(jì)表

我們通過表5的數(shù)據(jù)可以看出，10支儀器經(jīng)過認(rèn)真細(xì)致的維修，在大隊(duì)內(nèi)經(jīng)過流量刻度、零流量含水刻度合格后，送檢測(cè)中心進(jìn)行含水刻度，其一次刻度合格率達(dá)到了90%，大大高于表1中36.19%的成功率，這不但降低了人力物力的浪費(fèi)，同時(shí)為儀器的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

1）阻抗找水儀經(jīng)過維修，在室內(nèi)進(jìn)行流量刻度和含水零流量刻度合格后，送檢測(cè)中心進(jìn)行刻度，其合格率會(huì)大大提高。

2）對(duì)于含水零流量刻度曲線，其斜率和變化趨勢(shì)不受礦化度和溫度的影響，因此在零流量含水率刻度過程中，要保證溫度和礦化度在刻度期間內(nèi)恒定。

3）阻抗找水儀一次刻度成功率的提高，不但節(jié)省了人力物力，還對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和資料解釋具有促進(jìn)作用。