音叉流体密度测井仪器及应用

郭 帅，姜志强，袁洪波

(1.中国石油渤海钻探工程有限公司测井分公司 天津 300280；2. 中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300457)

·仪器设备与应用·

音叉流体密度测井仪器及应用

郭 帅1，姜志强2，袁洪波1

(1.中国石油渤海钻探工程有限公司测井分公司 天津 300280；2. 中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300457)

音叉流体密度测井仪器是一种用于实时测量油井空间密度分布的新型仪器，通过沿整个管柱连续性采集密度资料来检测油气井开发动态。介绍了仪器的工作原理和性能参数，阐述了仪器在产气井、产油井及三相产出井等不同井况环境下的应用情况和应用效果，总结了仪器的性能特点和应用范围。

流体密度测井；音叉密度测井；音叉；频率；多相流体

0 引 言

在油田的开采过程中，掌握每个生产层位的生产情况，有利于为后续方案的设计和实施提供依据。流体密度测井用于确定井内生产中不同相流体的体积含量，常与持水率曲线结合使用用于确定多相流体中油、气、水的含量及沿井筒的分布规律。

目前进行产出剖面密度测井所采用的下井仪器主要有放射性流体密度仪和压差密度仪两种仪器[1,2]。其中传统的放射性流体密度仪采用铯137放射源进行流体密度测量，该仪器存在安全风险大的不足，而压差密度测井仪受井内流体流速、管柱尺寸等影响较大[3,4]。音叉密度仪采用音叉传感器作为主要测量元件，不使用放射性源，是一种环保型的仪器，可在油水井中获得井内混合流体的密度，克服了以上不足。

1 仪器原理

音叉流体密度测井仪器是一种非放射性流体密度测量装置。传感器采用不锈钢音叉，音叉传感器固定在仪器通过驱动电路使其以自身固有频率附近振动，实际振动频率取决于环绕于音叉传感器周围的流体的物理性质，并与密度成反比。音叉密度仪主要由传感器组件和电子线路组件两部分组成。音叉传感器的示意图如图1所示。

图1 音叉传感器示意图

音叉传感器包括音叉与压电晶体两部分。音叉是呈“U”型的不锈钢结构，工作时其中一只臂受电路产生的激励信号开始振动，当音叉传感器位于被测液体时，叉体由于附加质量发生变化，造成其振动频率发生改变，作用于压电晶体产生反馈信号，传输至电路进行处理，从而实现对密度的测量。

2 参数与指标

音叉密度仪传感器组件包括音叉传感器和温度传感器两部分，音叉传感器用于井内流体密度的测量，温度传感器贴装于固支体上，实时检测被测液体温度，用于补偿调谐叉体的弹性模量变化。

音叉密度仪的主要测量参数有以下三项：

FDIF：以CPS的方式直接反应出音叉传感器的振动频率，是流体密度的主要参数。

FDIB：是音叉密度仪的次要参数，被称为反馈水平，这项参数表示音叉传感器的振动幅度，用于校正流体粘度，因为这个物理属性影响音叉传感器的频率。

FDIT：是一个与音叉传感器的温度成比例的值，通过地面来校正温度的影响。

由于音叉密度仪工作方式不受流体流动或静止的影响，因此适用于生产分析、流体识别、水平和大位移井、高流量井的测量。

具体技术指标如下：

耐温： 176.6 ℃

耐压： 103.4 MPa

外径： 43 mm

密度测量范围： 0 g/cc-1.25 g/cc

精度： ±0.03 g/cc

分辨率： 0.01 g/cc

响应时间： <1 s

3 工房检验和现场标定

在室内对仪器进行检验和测井之前，须对仪器进行刻度，通常采用两点刻度的方式，分别在空气中和水中以密度值为0和1进行标定。不同介质中音叉密度仪的测量值与标准密度值对比见表1[5]。从表1可以看出音叉密度仪测量误差小于0.015g/cc，精度要高于放射性流体密度仪。

表1 不同介质中音叉密度仪的测量值和标准测量密度值对比

4 测井实例

4.1 产气井测井效果分析

苏76-X-XX井为苏里格气田一口产气井，生产层位盒8上18号层、盒8下26、28号层，井口压力19 MPa，日产气47 000 m3，不产水。从曲线上显示，最下端射孔层盒8下28号(3297.2～3299.7 m)以上，密度测量值为0.187 g/cm3，该测量值说明射孔盒8下28号以上层位为当气体，说明盒8下28号为产气层。仪器下测经过28号层位，密度测量值由0.187 g/cm3变成1.017 g/cm3，其密度值与纯水密度值相同，说明仪器进入死水段。测井效果图如图2所示，该井测井资料表明，音叉流体密度测井仪可以明显区分气液两相，适用于产气井各层位产气情况的测量。

图2 苏76-X-XX井产气剖面测井图

4.2 油气水三相产出井测井效果分析

JZX-X-XX-X井是一口电泵生产井，人工井底2325.90 m，井内采用Y分管柱，生产东二下段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ油组，射开油层垂厚19.1 m，油压0.58 MPa，日产液205.2 m3，日产油62.38 m3，日产气0.35×104 m3，含水69.60 %。该井是一口典型的三相产出井，流体密度测井采用音叉密度测井仪，进行五上五下测量，测量井段为1 995～2 165 m，测井曲线如图3所示。该井在滑套以下测量密度值为1.008 g/cm3，显示油管内为死水，与其他曲线显示效果一致。上提仪器达到滑套后，密度曲线产生变化，测量值变为0.881 g/cm3，说明滑套以下层位为轻质流体产出层。上提仪器至Ⅱ油层后，密度值变为0.972 g/cm3，相比有一定的升高，通过与持水率曲线结合解释，该层为产水层。密度曲线数值在Ⅰ层位两个射孔段均有明显变化，证明两层位均为轻质流体产出层。通过分析曲线在各个层位的变化，可以准确地确定各层位的产业情况，音叉密度测井仪可以真实地反映三相产出井井内液体情况。

图3 JZX-X-XX-X井产出剖面解释图

5 结束语

1)通过对音叉密度仪原理进行分析，该仪器采用非放射性方法进行密度的测量，通过音叉传感器在不同流体中的频率变化，来计算流体密度，并得到流体密度曲线。

2)通过现场应用得出，音叉密度仪可以在产油井、产气井及油气水三相井几种井况下完成密度的测量。

3)音叉密度仪在测井过程中灵敏度高，产出层位变化反映准确，尤其对产气层反应明显，建议与含水资料结合进行评价，有利于产气层位的判断。

4)音叉密度仪在空气中测量密度值正常，在井内气体和产气井段测量的密度值偏低，经分析可能是由于气体在高温高压井况下密度值刻度不准确和井内运移噪声影响，建议针对产气井况，对其计数值进行相应补偿。

[1] 王海峰,张行典,鬲晓宁.压差密度仪在塔河油田的应用研究[J].石油仪器,2012,26(2):44-46.

[2] 余 强,尤国平,庞希顺,孙洪义.双U型管式高温高压流体密度传感器[J].测井技术,2011,35(5):470-473.

[3] 宋红伟,郭海敏,戴家才.井下光电流体压差密度计理论研究[J].测井技术,2006,30(3):252-254.

[4] 吴乐军,马焕英,赵 捷，等.压差密度仪在海上油田应用中的适应性探讨[J].石油天然气学报,2014,36(1):73-78.

[5] 郭海敏,戴家才,陈科贵.生产测井原理与资料解释[M].北京：石油工业出版社，2007:45-48.

A Tuning Fork Fluid Density Logging Tool and Its Application

GUO Shuai1， JIANG Zhiqiang2， YUAN Hongbo1

(1.CNPCBohaiDrillingEngineeringCompanyLimited，Tianjin， 300280；2.CNOOCTianjinBranch，Tianjin300452，China)

The tuning fork fluid density logging tool uses the inertial response characteristics of a vibrating tuning fork to determine the density of the wellbore fluid mixture. This paper introduces the tool working mechanism and performance specifications, describes application and effect of the tool in gas producing wells, oil producing wells and triple producing wells, and summarizes performance characteristics and applications range of the tool.

fluid density logging；tuning fork density logging；fork; frequency；multiphase fluid

郭 帅，男，1983年生，2006年毕业于大庆石油学院电气工程及其自动化专业，现主要从事仪器研发工作。E-mail: gs1100199@sina.com

P631.8+1

A

2096-0077(2016)06-0080-03

2016-01-04 编辑：高红霞)