三相流组合测井仪的原理及应用*

马殿鹏 唐兴虎

(1.大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163514;2.东方地球物理公司西安物探装备分公司 陕西 西安 710077)

0 引 言

小于5 m3/d)需要测试。采用集流伞配涡轮流量计及各

八厂油田在开发后期存在大量的低产液井(总流量种方式的含水率计，再用递减法解释分层流量和含水率，由此求得油流量误差很大，有的甚至没有参考价值。0.5 m3/d 以下的流量目前无法准确测量。加之部分油虽然涡轮流量计测量下限可以达到0.5 m3/d，但对于井产气或脱气现象日益突出，井内油、气、水三相同时存在，用两相流仪器进行测量误差就会更大，从而突显了测量精度的重要性。本文提出了利用阵列电极，在将气相分流后，测量油水界面在集流伞内位移速度的方法，从而精确计算油流量，结合涡轮流量计测到总流量，就可以更准确地对产液剖面进行解释。通过对实验结果的分析总结，证明了该方法的可行性。

1 三相流组合测井仪结构及原理

1.1 结构

仪器结构如图1 所示。仪器在外观的结构设计上与常规找水仪类似，直径为28 mm，由上而下依次为:电路、排液孔、涡轮流量计、排气孔、集流伞、电机部分。测量时，打开集流伞，气相经分流从排气孔排出;液相经过涡轮流量计从排液孔排出。通过涡轮的转动频率测量总流量;通过位于集流伞内部的阵列电极测量油层底部界面的位移速度计算油流量。

图1 仪器结构效果图

1.2 气相分流

进气孔位于集流伞内部中心管的上端，被开关封住，里边直接通向排气孔，如图2 所示。当井下流体为液相时，开关处于闭合状态;当井下有气体产生时，由于气体密度小首先占据伞尖位置形成气顶，随着集流的进行，气顶体积不断加大并向下扩张，当气顶的底面到达开关以下时，开关由于所受浮力和压力产生了变化而打开，气体经进气孔从排气孔排出，气液界面又回到开关的位置，同时开关关闭。就这样循环往复，实现了气相分流，同时可以保证气液界面在开关附近上下波动而没有大的变化［2］。

图2 集流伞机械结构剖面图

1.3 传感器的结构与油流量的测量原理

阵列电极传感器的结构如图2 所示。传感器由安装在中心管绝缘外壁的环形电极组组成。进液孔位于传感器的下方。集流伞支开后，井内流体只能通过仪器内部流动，假设传感器电极环之间的距离为L，实验证明:这时油、气泡不能进入仪器的通道，而是浮到集流伞顶端的区域。油层位于气顶下面，而经过分流后的气顶底面在开关附近波动;油层底部与井内液体也会形成一个界面，随积累的增加油层底面向下移动，直到移到进液孔时，油进入仪器流道［3］。由于油的累积速度与水的产量无关，因而，在L 区间用电极测出累积时间T，即可直接求出油的体积流量。油流量的计算简化公式为:

其中，Q 为油相的流量m3/d;S 为套管与仪器之间环形空间的截面积m2;L 为井筒内流体界面下降的距离mm;T 为流体界面移动L 距离所用的时间s;K 为单位换算系数。

2 三相流组合测井仪应用效果分析

实验室试验分析。实验在油水两相条件下进行。给定油流量为0.5 m3/d，总流量分别为0.5 m3/d、1 m3/d、2 m3/d、3 m3/d、4 m3/d、5 m3/d。在每一个流量点，分别记录油层底面在电极环1－2、2－3、3－4、1－4 间的累积时间。图3 为不同流量变化时，各电极环间的累积时间统计，从实验结果可以看出，在不同流量下，各电极环间的累积时间差别不大，即累积时间只和油流量有关，几乎不受水流量变化的影响。图4 为油流量0.5 m3/d、水流量为4.5 m3/d 时的传感器响应。从图中可以看出，当油层底面通过一个电极环，响应频率就会跳变一次，而油层底面处于电极之间时频率是一条平稳的直线。两次跳变之间的时间即为油层的累积时间，由于电极环之间的距离不是均等的，所以每个平直段的长度有所不同［4］。

图3 固定油流量、不同总流量下电极传感器的响应特性

图4 传感器响应曲线

3 八厂地区现场应用分析

采油八厂的生产井多为低产液井，而且产油较少，含水较高，符合现场试验条件。

3.1 测量结果不受出气、脱气现象的影响

表1 和图5 ～图12 为采油八厂F178－112 井的测量数据曲线和解释成果表，落实采油队该井产液为3. 5 m3/d，化验含水为74%。从成果表中可以看出，第2 层为主产液层，产水3.08 m3/d，产油0.44 m3/d;第1、3、4层为非产液层，测得的总产液3. 52 m3/d、总含水87.5%，与井口量油及化验含水都比较吻合。

表1 F178－112 井三相流测试解释成果表

5 F178－112 井第一测点涡轮流量曲线

图6 F178－112 井第二测点涡轮流量曲线

图7 F178－112 井第一测点油流量曲线

图8 F178－112 井第二测点油流量曲线

图9 F178－112 井第一测点水流量曲线

图10 F178－112 井第二测点水流量曲线

图11 F178－112 井第一测点气流量曲线

图12 F178－112 井第二测点气流量曲线

我大队在2012 年11 月也对该井进行了常规仪器测量，所用仪器为阻抗式找水仪，仪器型号为11。所测产液为2.9 m3/d，含水为67.5%。其解释成果如表2 所示。

对比分析，三相流仪器所测结果更接近井口量油值，证明其所测结果更加准确可靠，采用阻抗式找水仪测量第一层有产液，分析可能与第一层产气有关(通过三相流仪器测得第一层有产气)。

表2 F178－112 井传统测试解释成果表

3.2 油流量测量下限小

采油八厂生产井多为低产液井，产量在0.5 m3以下的井也占有较大的比重，而传统找水仪所用涡轮流量计的启动排量仅为0.5 m3/d，对这部分井就显得力不从心，而三相流组合测井仪真正从根本上解决了此种情况，理论上该仪器流量测量不存在下限值。表3 为L109－115 井三相流测试解释成果表:

表3 L109－115 井三相流测试解释成果表

表3 中我们可以看出L109－115 井第四层到第五层均有油流量及水流量显示，但涡轮流量显示却为零，原因分析，该井第五层产液量小于0.5 m3/d，达不到涡轮流量计的启动排量，而油流量及水流量却可以通过浸没电极环的时间来达到测量的目的，进一步验证了该仪器测量下限低的优势［4］。

4 现场存在的问题

1)芳178－112 第一点测得产油为0.44 m3，油浸没五个环形电极所用时间为11 min。随着油流量的降低，油浸没五个电极所用的时间增加，特别是对低产液、高含水的井(产油低于0.1 m3/d)，所用时间将大大增加;随着油流量的提高，特别是产油在5 m3/d 以上的，在支伞的过程中电极环就被伞内累积的油层淹没了，这样就无法正常测量。建议增加一个装置可以调节电极环之间的距离，这样既可以针对不同的井况准确的测量，又在很大程度上提高了效率。

2)该仪器对集流伞的集流效果要求较高，在下井过程中不可避免的要发生伞与管壁的摩擦碰撞，一旦集流伞有一点破损，油浸没传感器的时间将增加，致使所测产油偏低，含水偏高，建议选取密封较好且不易破损的材质以提高该仪器的测量精度。

5 结 论

1)使用三相流仪器测量体积流量不受油气粘度、密度的影响，而且结合气相分流装置，测量也不会受到产气的影响。

2)该方法可以直接测量出油相的流量，结合涡轮流量计测总流量，可直接计算含水率，方法更简便。

［1］任尚华.大庆外围油田产出剖面测井流量测量精度分析［J］.石油仪器，2009，23(2):54－59.

［2］侯景义，李启清.溢气型集流伞试验特性分析［J］.石油仪器，2007，21(6):57－59.

［3］崔庆保，高 臣，郭忠懿.大庆油田产出剖面测井技术研究与进展［J］.测井技术，2007，31(1):30－34.

［4］贲 亮，吴恩明，周家强，等.低产液井油流量测井技术研究［A］.测试分公司技术论文集，2009，12:26－30.