超聲波多普勒三相流測井儀在大慶八廠的應(yīng)用

牟 騰

(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 163000)

0 引 言

目前大慶八廠產(chǎn)出剖面測井受產(chǎn)脫氣影響日益嚴(yán)重，含氣條件下油、氣、水三相流體的含水率變化劇烈、非常不穩(wěn)定[1-2]，氣相成為影響產(chǎn)液剖面測井精度的主要因素之一。傳統(tǒng)過環(huán)空阻抗式找水儀等產(chǎn)液剖面測井儀采用渦輪流量計(jì)測量流量[3-4]，井底出砂會(huì)造成渦輪砂卡的問題，需要無可動(dòng)部件的流量計(jì)取代渦輪流量計(jì)[5]。因此，在八廠地區(qū)實(shí)施產(chǎn)出剖面測井時(shí)，需要一種既可測得三相流量數(shù)據(jù)、又能解決渦輪砂卡問題的測井技術(shù)。超聲波多普勒三相流測井技術(shù)利用超聲波的反射特性和多普勒原理，僅通過唯一傳感器，錄取一項(xiàng)完整數(shù)據(jù)，后期解釋利用這一項(xiàng)數(shù)據(jù)就可以獲取三相流量特征信息。其優(yōu)勢(shì)還在于整支儀器無可動(dòng)部件，不存在流量計(jì)砂卡問題。

1 測量原理與解釋方法

圖1是超聲波多普勒三相流測井儀結(jié)構(gòu)示意圖。測量傳感器包括超聲探頭、反射體、耦合液、外筒等。該測井儀采用了超聲探頭與反射體分離的設(shè)計(jì)方式，工作時(shí)傳感器居于套管中央，超聲探頭發(fā)出連續(xù)的超聲波，通過耦合液垂直射向反射體，再經(jīng)流體折射回超聲探頭，將聲強(qiáng)和頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，達(dá)到測量目的[6]。

圖1 超聲波多普勒三相流測井儀結(jié)構(gòu)示意圖

超聲波多普勒三相流測井儀測量反映聲波信號(hào)特征的功率譜[7]。曲線幅度的高低主要反映油泡或氣泡的多少，幅度越高一般對(duì)應(yīng)油量或氣量越大；曲線中心頻率的高低主要反映油泡或氣泡速度的大小，氣的頻率較高，油的頻率較低。對(duì)三相流狀態(tài)下不同含水率流量點(diǎn)的功率譜，用廣義高斯函數(shù)擬合譜峰參數(shù)，用聚類分析法將相似度高的特征參數(shù)歸為一類從而降低問題的復(fù)雜程度，最后用最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)模型定量計(jì)算油、氣、水流量。支持向量機(jī)法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[8]解釋精度基本一致。

為了與超聲波多普勒三相流測井儀的分層測井結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)中還應(yīng)用了氣液分離-體積累積式低產(chǎn)液三相流測井儀，簡稱低產(chǎn)液三相流測井儀，結(jié)構(gòu)如圖2所示。由上而下依次為：磁性定位、井溫、電路筒、出液孔、渦輪、溢氣孔、集流傘。

圖2 低產(chǎn)液三相流測井儀結(jié)構(gòu)示意圖

測量過程中油、氣、水三相流向上流動(dòng)，達(dá)到集流傘部位時(shí)，由于密度不同而發(fā)生分層，氣體由自動(dòng)溢氣裝置排除，消除氣體對(duì)產(chǎn)液的影響，針對(duì)油水兩相進(jìn)行測量[1,9-10]。由渦輪流量計(jì)測量產(chǎn)液量。由4個(gè)陣列電極測得油流量曲線。油在集流傘下累積，導(dǎo)致油水界面向下移動(dòng)。油水界面經(jīng)過電極時(shí)，在油流量曲線上造成臺(tái)階。臺(tái)階之間的時(shí)間越長，表示油流量越低。通過油流量曲線臺(tái)階累計(jì)時(shí)間，可算出油流量，進(jìn)而計(jì)算出含水率[11]。在不出現(xiàn)渦輪砂卡現(xiàn)象的情況下，應(yīng)用該技術(shù)可準(zhǔn)確測得液相流量和油流量；渦輪砂卡時(shí)，仍可準(zhǔn)確測得油流量。

2 測井工藝

通過儀器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了超聲波多普勒三相流測井儀與低產(chǎn)液三相流測井儀的配接，可以一次下井同時(shí)完成兩種技術(shù)的測井工作。這樣既能在井下第一時(shí)間對(duì)比試驗(yàn)效果，同時(shí)還減少了工作量，提高測井時(shí)效。測井儀下井后測井工藝如下。

第一步：低產(chǎn)液三相流測井儀的測量方法對(duì)集流傘的集流度要求較高，且采用渦輪流量計(jì)測量流量。為保障集流傘的完好和渦輪流量計(jì)的穩(wěn)定性，下井后應(yīng)先應(yīng)用低產(chǎn)液三相流測井儀對(duì)全部測點(diǎn)進(jìn)行測井。

第二步：使用超聲波多普勒三相流測井儀對(duì)全部測點(diǎn)測井。氣液分離式儀器對(duì)全部測點(diǎn)完成測井工作后，對(duì)集流傘的完好程度已經(jīng)沒有要求，因此可以將集流傘當(dāng)做扶正器使用。

3 應(yīng)用效果

3.1 兩種測試方法對(duì)比

井口產(chǎn)液9 m3/d，化驗(yàn)含水(即液相含水)78.2%。對(duì)該井進(jìn)行兩種技術(shù)組合試驗(yàn)，兩種測井方法的測井曲線如圖3、圖4所示，解釋結(jié)果見表1。

圖3 X1井低產(chǎn)液三相流產(chǎn)出剖面測井儀油流量曲線

圖4 X1井超聲波多普勒三相流產(chǎn)出剖面測井功率譜圖

該井共有4個(gè)層位。從圖3可以看出，前3個(gè)點(diǎn)錄取到了明顯的油流量曲線，說明有油流量，第四點(diǎn)油流量曲線歸零，說明沒有油流量。從圖4可看出，第一點(diǎn)幅度最高，并且較第二點(diǎn)有明顯的頻移，說明第一層之上和之下的產(chǎn)量有明顯變化，第一層產(chǎn)液；而第四點(diǎn)曲線基本歸零，說明第四點(diǎn)之下不產(chǎn)。對(duì)比分析X1井兩種測井資料解釋結(jié)果(表1)可以看出，在低產(chǎn)液三相流產(chǎn)出剖面測井儀不出現(xiàn)渦輪砂卡現(xiàn)象的情況下，本次試驗(yàn)兩種測井結(jié)果基本一致，與井口計(jì)量結(jié)果也基本一致。

表1 X1井測井結(jié)果

3.2 超聲波多普勒三相流測井對(duì)產(chǎn)氣井的應(yīng)用情況

X3井井口產(chǎn)液4.2 m3/d，化驗(yàn)含水70.2%。對(duì)該井進(jìn)行超聲波多普勒三相流測井試驗(yàn)，測井曲線如圖5所示，解釋結(jié)果見表2。

表2 X3井超聲波多普勒測井結(jié)果

圖5 X3井超聲波多普勒三相流產(chǎn)出剖面測井功率譜圖

由解釋結(jié)果可以看出，該井產(chǎn)液量4.1 m3/d，含水70.7%，與井口化驗(yàn)結(jié)果基本一致。從解釋結(jié)果還可看出，該井產(chǎn)氣7.1 m3/d，P11②層產(chǎn)少量氣，P12①-2②產(chǎn)氣5.5 m3/d。

X4井井口產(chǎn)液3 m3/d，化驗(yàn)含水48.4%。對(duì)該井進(jìn)行超聲波多普勒三相流測井試驗(yàn)，測井曲線如圖6所示，解釋結(jié)果見表3。由解釋結(jié)果可看出，該井產(chǎn)液量2.8 m3/d，含水87.5%；該井產(chǎn)氣4.9 m3/d，P12②層產(chǎn)氣3.1 m3/d，P15①層產(chǎn)少量氣。

表3 X4井超聲波多普勒測井結(jié)果

圖6 X4井超聲波多普勒三相流產(chǎn)出剖面測井功率譜圖

從X3和X4井測井結(jié)果可看出，在井底有產(chǎn)脫氣現(xiàn)象的情況下，超聲波多普勒三相流測井能夠?qū)Ξa(chǎn)液情況進(jìn)行測量，且測量結(jié)果相對(duì)井口化驗(yàn)結(jié)果基本一致；也能對(duì)井底產(chǎn)氣情況進(jìn)行測量，適用于大慶八廠。

4 結(jié) 論

1)超聲波多普勒三相流產(chǎn)出剖面測井儀采用非集流的方式，起下井容易，沒有渦輪，不怕砂卡。

2)通過對(duì)比超聲波多普勒三相流測井儀與低產(chǎn)液三相流測井儀的測井結(jié)果，能夠看出超聲波多普勒三相流測井結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。

3)超聲波多普勒三相流測井能夠測量出井底產(chǎn)氣情況，針對(duì)大慶油田八廠地區(qū)產(chǎn)脫氣的油井具有較好的應(yīng)用效果。