音叉密度计在克拉2气田的应用

姚亚彬，苏波，李震

(中国石油集团测井有限公司油气评价中心，陕西 西安 710021 )

柳先远

(中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000)

刘文强，张虔

(中国石油集团测井有限公司油气评价中心，陕西 西安 710021)

生产井中，不同层段或同一厚层的不同部位，可能产出不同性质的流体。准确判断井下任意深度流体的性质，对于评价产层的特性，求解各相流量都是至关重要的[1]。目前生产测井主要是通过测量井下流体的密度或持水率、持气率以识别流体。测量流体密度的仪器有放射性密度计和压差密度计。放射性密度计采用居中测量的方式，取样范围小，只能监测管柱中央流体的密度，且放射性密度计工作时需要有稳定的放射源。放射出的伽马射线不仅污染地层，而且在高压气井生产测井作业时一旦将放射源落入井底，最终影响气井的正常生产。克拉2气田生产测井未采用放射性密度计，而是通过压力折算出流体密度曲线。因为音叉密度计没有放射源，安全环保[2]，故塔里木油田引入音叉密度计，并在克拉2气田进行试用。笔者对音叉密度计在克拉2气田的应用情况进行了详细介绍。

1 音叉密度计工作原理

音叉密度计由音叉体、永久磁铁、线圈、谐振电路等部分组成。音叉由恒弹合金制成，其抗氧化和抗腐蚀能力强，是制造音叉密度计的关键。音叉被电磁激励振动，同时信号拾取电路将此机械振动转变为电信号反馈给激振电路，使电路谐振于音叉的固有振动频率上。根据振动理论，音叉的固有振动频率f与其质量mf和被测对象的质量mg呈反比[2]:

(1)

式中，k为比例因子。

当被测液体密度变化时，质量变化引起音叉固有振动频率发生偏移，使电路的谐振频率也产生变化，因此通过检测音叉固有振动频率，即可确定流体的密度。

环境温度对音叉密度计性能的影响是相当显著的，因此温度补偿一直是音叉密度计技术研究中的关键问题。笔者采用试验统计方法，即在不同的恒温条件下，采用不同密度标准液，每隔一定温度进行一组标定试验，得出各温度下的ρ-f对应数据，利用这些数据得到音叉密度计温度校正图版，以方便进行软件补偿[2]。

2 压力折算密度原理

压力折算密度是通过公式将测量的流体压力曲线转换成流体密度曲线的过程[3，4]。目前普遍使用的是石英晶体压力计，其测量精度高，故在没有测量流体密度曲线的情况下通过其测得流体压力折算密度。压力折算的密度是流体密度、速度变化、管柱摩擦的综合反映。压力折算密度只有消除掉速度变化和管柱摩擦的影响，才能真实反映井下流体密度特征。

3 音叉密度计与压力折算密度对比

克拉2气田在2012年之前普遍采用压力折算密度，从2012年开始试用音叉密度计。因此笔者对2012年克拉2气田9口井15井次音叉密度计测井曲线和2011年克拉2气田6口井8井次压力折算密度曲线进行对比分析。

3.1 压力折算密度曲线

图1为克拉2-3井压力折算密度图，压力折算密度曲线形态在3561m处有一明显跳尖，而涡轮转速曲线在3561m处明显变大。实际情况是流体在3561m处进入油管，由于管子横截面积减小，造成速度急剧增大。速度变化形成额外的压差，最终导致压力折算密度异常，不能真实反映3561m处流体密度。从密度值上看，压力折算密度在3561m处为0.3375g/cm3。而该井为纯气井，井下天然气密度为0.23 g/cm3，压力折算密度与真实值相差0.1075g/cm3，相对误差为46.7%。

注：RPS为r/s，下同。图1 克拉2-3井压力折算密度图 图2 克拉2-3井音叉密度图

3.2 音叉密度曲线

图2为克拉2-3井音叉密度图，音叉密度计所测密度曲线形态在3561m处没有明显变化，而涡轮转速曲线在3561m处明显变大。从密度值上看，音叉密度计所测密度在3561m处为0.2331g/cm3，压力折算密度与真实值相差0.0031g/cm3，相对误差为1.3%，比压力折算密度准确度显著提高。说明压力折算密度受流体速度变化影响较大，音叉密度计不受流体速度变化影响。

3.3 对比分析

从图1和图2可以看出，压力折算密度曲线形态在3555m至3590m段相对音叉密度曲线形态变化剧烈，音叉密度曲线形态几乎是一条直线，与纯气井的实际情况相符；从密度值上看，压力折算密度在射孔段为0.2028～0.2577g/cm3，音叉密度计在射孔段为0.2329～0.2347g/cm3。说明压力折算密度受管柱摩擦影响大，音叉密度计不受管柱摩擦影响；流体温度在3577m处存在负异常，而压力折算密度形态在3577m处没有相应变化，音叉密度计所测密度形态在3577m处也没有相应变化，说明压力折算密度和音叉密度计都不受流体温度影响；音叉密度计虽然从原理上受环境温度影响较大，但经过温度补偿后的密度曲线在温度变化剧烈的地方并没有异常波动，而能真实反映流体的密度。

此外，从图2还可以看出，音叉密度计8趟曲线重合性好，说明音叉密度计仪器稳定，所测密度真实可靠。

4 音叉密度计对载水气井的反映

图3 克拉2-13井测井剖面图

克拉2-13井2012年7月20日测井时油压39.7MPa，套压7.98MPa，井口产气435400m3。该井测井曲线如图3所示。综合分析流量、流体密度曲线可以看出，该井是一口典型的载水气井。从密度值上看，3775m以下1.07g/cm3，3765～3775m井段0.37g/cm3，3765m以上0.20g/cm3。证明3775m以下为气水泡状流动，3765～3775m井段为气载水循环流动，3765m以上基本为单相气体流动。同时发现载水气井液面并不是水平的，而是存在倾斜的载水液面。总之，音叉密度计能有效监测载水气井。

5 结论

1)与压力折算密度相比，音叉密度计不受流体速度变化、管柱摩擦影响，测量精度更高；音叉密度计不受流体温度影响，能真实反映流体的密度；音叉密度计8趟曲线重合性好，说明音叉密度计仪器稳定，所测密度真实可靠，为克拉2气田生产动态监测提供了准确的依据。

2)音叉密度计能有效监测载水气井。

[参考文献]

[1]郭海敏.现代生产测井导论 [M].北京：石油工业出版社，2003.

[2]桂兴春，王华，张滨华.一种音叉式液体密度传感器的研究[J].自动化仪表，2006,27(3)：28-30.

[3]Hill A D. Production logging-Theoretical and Interpretive Elements[J]. SPE Monograph 14,1990.

[4]朱华银. 克拉2气田异常高压气藏衰竭开采物理模拟试验研究[D].北京：中国地质大学(北京)，2003.