音叉密度計在克拉2氣田的應用

姚亞彬，蘇波，李震

(中國石油集團測井有限公司油氣評價中心，陜西 西安 710021 )

柳先遠

(中石油塔里木油田分公司勘探開發研究院，新疆 庫爾勒 841000)

劉文強，張虔

(中國石油集團測井有限公司油氣評價中心，陜西 西安 710021)

生產井中，不同層段或同一厚層的不同部位，可能產出不同性質的流體。準確判斷井下任意深度流體的性質，對于評價產層的特性，求解各相流量都是至關重要的[1]。目前生產測井主要是通過測量井下流體的密度或持水率、持氣率以識別流體。測量流體密度的儀器有放射性密度計和壓差密度計。放射性密度計采用居中測量的方式，取樣范圍小，只能監測管柱中央流體的密度，且放射性密度計工作時需要有穩定的放射源。放射出的伽馬射線不僅污染地層，而且在高壓氣井生產測井作業時一旦將放射源落入井底，最終影響氣井的正常生產。克拉2氣田生產測井未采用放射性密度計，而是通過壓力折算出流體密度曲線。因為音叉密度計沒有放射源，安全環保[2]，故塔里木油田引入音叉密度計，并在克拉2氣田進行試用。筆者對音叉密度計在克拉2氣田的應用情況進行了詳細介紹。

1 音叉密度計工作原理

音叉密度計由音叉體、永久磁鐵、線圈、諧振電路等部分組成。音叉由恒彈合金制成，其抗氧化和抗腐蝕能力強，是制造音叉密度計的關鍵。音叉被電磁激勵振動，同時信號拾取電路將此機械振動轉變為電信號反饋給激振電路，使電路諧振于音叉的固有振動頻率上。根據振動理論，音叉的固有振動頻率f與其質量mf和被測對象的質量mg呈反比[2]:

(1)

式中，k為比例因子。

當被測液體密度變化時，質量變化引起音叉固有振動頻率發生偏移，使電路的諧振頻率也產生變化，因此通過檢測音叉固有振動頻率，即可確定流體的密度。

環境溫度對音叉密度計性能的影響是相當顯著的，因此溫度補償一直是音叉密度計技術研究中的關鍵問題。筆者采用試驗統計方法，即在不同的恒溫條件下，采用不同密度標準液，每隔一定溫度進行一組標定試驗，得出各溫度下的ρ-f對應數據，利用這些數據得到音叉密度計溫度校正圖版，以方便進行軟件補償[2]。

2 壓力折算密度原理

壓力折算密度是通過公式將測量的流體壓力曲線轉換成流體密度曲線的過程[3，4]。目前普遍使用的是石英晶體壓力計，其測量精度高，故在沒有測量流體密度曲線的情況下通過其測得流體壓力折算密度。壓力折算的密度是流體密度、速度變化、管柱摩擦的綜合反映。壓力折算密度只有消除掉速度變化和管柱摩擦的影響，才能真實反映井下流體密度特征。

3 音叉密度計與壓力折算密度對比

克拉2氣田在2012年之前普遍采用壓力折算密度，從2012年開始試用音叉密度計。因此筆者對2012年克拉2氣田9口井15井次音叉密度計測井曲線和2011年克拉2氣田6口井8井次壓力折算密度曲線進行對比分析。

3.1 壓力折算密度曲線

圖1為克拉2-3井壓力折算密度圖，壓力折算密度曲線形態在3561m處有一明顯跳尖，而渦輪轉速曲線在3561m處明顯變大。實際情況是流體在3561m處進入油管，由于管子橫截面積減小，造成速度急劇增大。速度變化形成額外的壓差，最終導致壓力折算密度異常，不能真實反映3561m處流體密度。從密度值上看，壓力折算密度在3561m處為0.3375g/cm3。而該井為純氣井，井下天然氣密度為0.23 g/cm3，壓力折算密度與真實值相差0.1075g/cm3，相對誤差為46.7%。

注：RPS為r/s，下同。圖1 克拉2-3井壓力折算密度圖 圖2 克拉2-3井音叉密度圖

3.2 音叉密度曲線

圖2為克拉2-3井音叉密度圖，音叉密度計所測密度曲線形態在3561m處沒有明顯變化，而渦輪轉速曲線在3561m處明顯變大。從密度值上看，音叉密度計所測密度在3561m處為0.2331g/cm3，壓力折算密度與真實值相差0.0031g/cm3，相對誤差為1.3%，比壓力折算密度準確度顯著提高。說明壓力折算密度受流體速度變化影響較大，音叉密度計不受流體速度變化影響。

3.3 對比分析

從圖1和圖2可以看出，壓力折算密度曲線形態在3555m至3590m段相對音叉密度曲線形態變化劇烈，音叉密度曲線形態幾乎是一條直線，與純氣井的實際情況相符；從密度值上看，壓力折算密度在射孔段為0.2028～0.2577g/cm3，音叉密度計在射孔段為0.2329～0.2347g/cm3。說明壓力折算密度受管柱摩擦影響大，音叉密度計不受管柱摩擦影響；流體溫度在3577m處存在負異常，而壓力折算密度形態在3577m處沒有相應變化，音叉密度計所測密度形態在3577m處也沒有相應變化，說明壓力折算密度和音叉密度計都不受流體溫度影響；音叉密度計雖然從原理上受環境溫度影響較大，但經過溫度補償后的密度曲線在溫度變化劇烈的地方并沒有異常波動，而能真實反映流體的密度。

此外，從圖2還可以看出，音叉密度計8趟曲線重合性好，說明音叉密度計儀器穩定，所測密度真實可靠。

4 音叉密度計對載水氣井的反映

圖3 克拉2-13井測井剖面圖

克拉2-13井2012年7月20日測井時油壓39.7MPa，套壓7.98MPa，井口產氣435400m3。該井測井曲線如圖3所示。綜合分析流量、流體密度曲線可以看出，該井是一口典型的載水氣井。從密度值上看，3775m以下1.07g/cm3，3765～3775m井段0.37g/cm3，3765m以上0.20g/cm3。證明3775m以下為氣水泡狀流動，3765～3775m井段為氣載水循環流動，3765m以上基本為單相氣體流動。同時發現載水氣井液面并不是水平的，而是存在傾斜的載水液面。總之，音叉密度計能有效監測載水氣井。

5 結論

1)與壓力折算密度相比，音叉密度計不受流體速度變化、管柱摩擦影響，測量精度更高；音叉密度計不受流體溫度影響，能真實反映流體的密度；音叉密度計8趟曲線重合性好，說明音叉密度計儀器穩定，所測密度真實可靠，為克拉2氣田生產動態監測提供了準確的依據。

2)音叉密度計能有效監測載水氣井。

[參考文獻]

[1]郭海敏.現代生產測井導論 [M].北京：石油工業出版社，2003.

[2]桂興春，王華，張濱華.一種音叉式液體密度傳感器的研究[J].自動化儀表，2006,27(3)：28-30.

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

[4]朱華銀. 克拉2氣田異常高壓氣藏衰竭開采物理模擬試驗研究[D].北京：中國地質大學(北京)，2003.