音叉密度仪应用分析

倪秀敏

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163453)

·仪器设备与应用·

音叉密度仪应用分析

倪秀敏

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163453)

为了满足国内外产出剖面测井市场的需要，采用音叉密度测井技术，实现无放射性源密度测井，通过对新型技术的介绍和应用分析，使大家对其有进一步的了解，广泛应用此项技术，不但测量精有所提高，更加方便运输和施工，减少环境污染和对人员辐射伤害。

放射性;音叉密度仪；应用

0 引 言

在进行产出剖面测井时，曾经采用放射性密度测井仪和压差密度测井仪，不但受井内流体流速、管柱尺寸等影响较大，测量精度低，两种放射源铯137或镅241，还存在安全风险，本文针对无放射性音叉密度仪的测量原理、结构和实验对比阐述同时，还介绍其在国外哈萨克斯坦区块测井的应用实例，使大家更好的了解和应用音叉密度仪器。

1 仪器测量原理

当音叉间介质为真空时，谐振频率与固有频率相等，当音叉间介质不为真空时，及介质的密度不为零时，音叉的谐振频率和固有频率不相等[1]。根据振动原理，在理想状态下，音叉的振动频率f与其质量mg和被测介质所附加质量mc关系如式(1)：

(1)

其中k为比例因子。当音叉在真空中时，附加质量mc为零，mg为音叉的质量，固有频率和谐振频率相等，可以得到比例因子k。当被测对象质量mc不为零时，得到谐振频率为f，通过计算可求出在音叉间的介质的质量如式(2):

(2)

由于音叉的体积是固定的，为V，则由关系式(3)和式(4)可知流体的密度：

mc=ρV

(3)

(4)

其中，ρ为流体介质的密度。

2 仪器的结构及其工作原理

音叉密度仪外形及其传感器的外形图如图1所示：由电路筒、注油腔、音叉传感器、音叉连接体组成，可配接常规曼码遥测和SONDEX遥测短接。

图1 音叉密度仪及其传感器

传感器组件包括音叉传感器和温度传感器两部分，其中音叉传感器进行井内流体密度的测量，温度传感器贴装于固定支体上，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。音叉传感器是由音叉体、固支体、压电晶体组成的。音叉是呈“U”型的不锈钢发生器，其两臂对称，振动相反，中心杆处于振动的节点位置，静受力为零，不振动，因此固定在支体上。压电晶体包括压电激励器和压电拾振器，均贴装在固支体上。压电激励器将产生的交变力通过固支体传导到调谐叉体，使调谐叉体按照自身固有频率产生简谐振动，当调谐叉体浸入到被测液体中，调谐叉体的附加质量发生变化，导致调谐叉体的振动频率发生变化，通过压电拾振器拾取该振动信号实现调谐叉体振动频率的检测。

组件主要包括通讯/电源板、信号处理板和相位和幅度控制板几部分。通讯/电源板的主要作用为信号处理板和相位和幅度控制板提供+15 V和+5 V、采集数据、并将采集的数据进行处理后上传至地面系统。信号处理板作用为产生脉冲电压信号作用在音叉传感器内部的压电激励器上，激励信号转换为交变力传递到音叉体，使音叉体按自身固有频率产生谐振。当音叉体受到流体影响时，其振动频率和振动幅度会发生变化，该变化通过传感器内部的压电拾振器转化为电信号，传递给信号处理板, 信号处理板接收到的频率和振幅送入相位和幅度控制板号处理后，分别发送给通讯/电源板，最后调制成曼码或AMI码送入内部总线，经遥测短接上传到地面系统处理。

3 实验室实验

音叉密度仪器在模拟井筒、常温常压、配接EXCELL2000地面、流相为(油、气、水)三相介质中的实验如下[2]：

1)在油水两相实验时总液量分别设置为20 m3、 40 m3、 60 m3、 80 m3、 100 m3、 150 m3，每种液量分别按照油水比例分别为：30%、50%、70%、90%配比，液体配比流动20 min后，待混合液均匀稳定后，采样10个平稳的采样数据，取其平均值作为一个记录值，油水两项共采集240个采样数据，即24个记录值，见表1，其标定图版如图2所示。

表1 油水两相实验记录值

图2 油水两相密度图版

从油水两相数据表与标定图版可以看出：在油水两相测试时，随着含水比例的不断增加，密度响应值呈现下降趋势，且二者曲线比较平稳。

2)油气两相实验时总液量分别设置为10 m3、 20 m3、 40 m3、60 m3、 80 m3、 100 m3、150 m3，每种液量分别按照含气比例分别为：10%、20%、30%、50%配比，液体配比流动20 min后，待流相混合均匀，选取10个平稳的采样数据，取其平均值作为一个记录值，气水两项共采集560个采样数据，即56个记录值，见表2，其标定图版如图3所示[3]。

表2 油气两相实验密度记录值

图3 油气两相密度图版

从油气两相数据表与标定图版可以看出在油气两相测试时，随着含气比例的不断增加，数值开始稍有波动，稳定20 min以后，数值比较平稳，含油比例不断的减小，密度响应值呈现下降趋势。

3)音叉密度放置不同介质时输出值见表3， 图4是它的回归方程，密度值比较理想。

表3 不同介质输出值

图4 音叉密度仪标定图版

4 测井实例

根据以上各项实验，验证了音叉密度在各项流相中测量效果良好，为了更好的反应器特性，在高温高压测井条件下，与Sondex组合仪的镅241有源密度测井仪器进行对比[4]，在俆深XX井音叉密度仪配接节箍和伽马仪器短接，二者的对比效果较好，各参数曲线趋势相似，测井曲线如图5所示。

图5 两种密度仪对比测井曲线

音叉密度仪无放射性源，携带方便，出境安检没有受到限制，顺利运到哈萨克斯坦，施工工艺符合安全环保要求，进行多参数组合测井(节箍+伽马+井温+压力+含水+流量+音叉密度)，顺利完成2016年哈萨克斯坦测井任务，得到甲方一致好评。图6是其中一口井的测井曲线图，表4是其解释成果表。

图6 哈萨克斯坦测井曲线

射孔井段/m厚度/m产液量/(m3·d-1)绝对产油量/(m3·d-1)绝对产水量/(m3·d-1)绝对产气量/(m3·d-1)含水率/%3601．5～3602．51．011．9511．950003603．0～3604．51．516．024．6111．41071．223608．5～3611．53．011．853．668．19069．113613．0～3614．01．0000003615．0～3616．01．0000003620．5～3625．04．5000003629．0～3635．56．519．116．1912．92067．633637．5～3641．54．08．422．555．87069．693656．5～3665．08．519．003．7915．21080．043667．0～3678．011．0000003681．0～3687．06．03．783．780003689．0～3699．010．0—————58．090．1336．5353．659．47

5 结 论

1)通过油气水三相模拟测井实验，得出音叉密度仪器在不同流量不同流体的特性；

2)通过实际测井的对比实验；反应出音叉密度的优越性；

3)结构上音叉体采用了活塞技术解决了音叉传感器在高温高压下的压力平衡；

4)目前，放射性密度仪由于使用放射源，在作业施工过程中存在较大的风险，使用压差密度仪比较安全，其精度高、稳定性好，一定会在国内外油田开发中发挥越来越大的作用。

[1] 杭州瑞利公司.组合仪遥测短接技术手册[Z]，2007：98-102.

[2] 郑雪祥，多相流检测技术分析[Z]，大庆生产测井技术论文集，1996：65-69.

[3] 张宝群，油水两相滑动实验[Z]，大庆生产测井技术论文集，1997：39-45.

[4] 美国哈里伯顿公司.Sondex维修手册[Z]，2001：40-80.

[5] 美国哈里伯顿公司.Excell—2000操作手册[Z]，2000：75-90.

The Density of a Tuning Fork Logging Tool Application Analysis

NI Xiumin

(LoggingandTestingServiceCompanyofDaqingOilfieldLimitedCompany,Daqing,Heilongjiang163453,China)

In order to meet the needs of production profile logging market at inland and abroad, tuning fork density logging technology is used to realize no radioactive source density logging. This paper introduces the application and analyses of the new technology, and gives a further understanding of it. The wide application of the technology can not only improve accuracy, but also realize more convenient transportation and construction, reduce environmental pollution and radiation injury to personnel.

radioactive； tuning fork logging tool; application

倪秀敏，女，1972年生，工程师，2005毕业于东北石油大学，现从事引进仪器的维修工作。E-mail:2653101003@qq.com

P631.4+3

A

2096-0077(2017)01-0068-04

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.01.016

2016-03-09 编辑：马小芳)