微差井溫儀的研制及在油田開發(fā)中的應(yīng)用

高振濤，鄭慶龍，鄭德勝，杜　巍，李士東，王　君，杜　帥，嚴(yán)　敏

(1.中國(guó)石油華北油田公司勘探開發(fā)研究院 　河北　任丘　062552 2.中國(guó)石油華北油田公司采油工程研究院　河北　任丘　062552 3.中國(guó)石油渤海鉆探工程有限公司第四鉆探公司　河北　任丘　062552)

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·開發(fā)設(shè)計(jì)·

微差井溫儀的研制及在油田開發(fā)中的應(yīng)用

高振濤1，鄭慶龍2，鄭德勝2，杜巍1，李士東1，王君1，杜帥3，嚴(yán)敏1

(1.中國(guó)石油華北油田公司勘探開發(fā)研究院 河北任丘062552 2.中國(guó)石油華北油田公司采油工程研究院河北任丘062552 3.中國(guó)石油渤海鉆探工程有限公司第四鉆探公司河北任丘062552)

介紹了微差井溫儀的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、技術(shù)指標(biāo)、電路設(shè)計(jì)及試驗(yàn)情況。室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，該微差井溫儀性能可靠，通過對(duì)所測(cè)井溫資料進(jìn)行綜合分析，能夠?qū)Φ貙赢a(chǎn)液狀況作出比較準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

控水穩(wěn)油；找水；微差井溫；儀表放大器

0　引　言

控水穩(wěn)油是油田開發(fā)后期的重要工作，控水的主要手段之一是卡水，而卡水的前提是找水。找水的方法和技術(shù)很多，各有優(yōu)缺點(diǎn)。經(jīng)常使用的渦輪流量計(jì)產(chǎn)液剖面測(cè)試方法，可能出現(xiàn)渦輪被卡的現(xiàn)象，影響測(cè)試效果[1]。為了高效可靠地測(cè)量主產(chǎn)層，急需研發(fā)一種新方法解決該問題。為此，研發(fā)了微差井溫測(cè)試技術(shù)，通過測(cè)試靜止微差井溫曲線、加壓微差井溫曲線和恢復(fù)微差井溫曲線，進(jìn)行綜合分析解釋，達(dá)到準(zhǔn)確判斷主產(chǎn)層的目的。

1　微差井溫儀結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理

1.1儀器結(jié)構(gòu)

微差井溫儀結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，由上而下主要部件有：上傳感器接頭、上溫度探頭、接插組件、電路骨架、連接管、下傳感器接頭、下溫度探頭等。測(cè)試時(shí)，配接伽馬短節(jié)用于校深。

1.2儀器主要技術(shù)指標(biāo)

最高工作溫度:150℃;

耐壓: 60 MPa;

儀器外徑: 38 mm;

儀器長(zhǎng)度: 1 600 mm;

儀器質(zhì)量: 7.5 kg;

工作電壓: 40 V(DC);

工作電流: 100 mA(DC);

微差井溫分辨率: 0.01℃;

微差井溫響應(yīng)時(shí)間: <1 s。

圖1　微差井溫儀結(jié)構(gòu)示意圖

1.3測(cè)量原理

當(dāng)流體被注入或從井內(nèi)產(chǎn)出時(shí)，井筒溫度會(huì)偏離地層溫度[2]，微差井溫能反映地層溫度變化情況。微差井溫法通過模擬生產(chǎn)狀態(tài)，測(cè)取靜止-加壓-放壓恢復(fù)情況下的對(duì)應(yīng)微差井溫曲線，進(jìn)而進(jìn)行綜合分析，判斷地層產(chǎn)液情況。

2　電路設(shè)計(jì)

2.1電路組成

微差井溫儀電路分為電源電路、信號(hào)采集電路、運(yùn)算電路、儀放電路、濾波電路、壓頻轉(zhuǎn)換電路、頻率統(tǒng)計(jì)電路，電路框圖如圖2所示：

圖2　電路框圖

2.2信號(hào)采集及運(yùn)算電路

信號(hào)采集及運(yùn)算電路的作用是對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行恰當(dāng)處置，便于后級(jí)處理。因?yàn)閭鞲衅鬏敵龅男盘?hào)比較微弱，所以要盡可能消除共模信號(hào)。信號(hào)采集及運(yùn)算電路如圖3所示。

圖3　信號(hào)采集及運(yùn)算電路

由于在不同的溫度下，微差零點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化，在實(shí)驗(yàn)室中須對(duì)零點(diǎn)標(biāo)定，用溫補(bǔ)方法消除零點(diǎn)漂移干擾，在常溫下用三個(gè)高精度電阻箱，代替兩個(gè)溫度探頭和一個(gè)溫補(bǔ)探頭，調(diào)整電阻箱對(duì)應(yīng)在各個(gè)溫度點(diǎn)的電阻，確定零點(diǎn)漂移狀況，如表1所示。

表1　零點(diǎn)漂移數(shù)據(jù)表

從表1可以看出，在不同的溫度下，溫度探頭模擬電阻每變化100 Ω，零點(diǎn)對(duì)應(yīng)上升20 Hz，相應(yīng)地就可以在程序中對(duì)零點(diǎn)變化進(jìn)行溫補(bǔ)。

2.3放大及壓頻轉(zhuǎn)換電路

放大及壓頻轉(zhuǎn)換電路如圖4所示。信號(hào)采集及放大電路的輸出，首先經(jīng)過高精度儀表放大器AD620放大，以便達(dá)到足夠的幅度；AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個(gè)外部電阻來設(shè)置增益，增益范圍為1至10 000。此外，AD620采用8引腳SOIC和DIP封裝，尺寸小于分立電路設(shè)計(jì)，并且功耗更低(最大工作電流僅1.3 mA)；AD620具有高精度(最大非線性度40 ppm)、低失調(diào)電壓(最大50 μV)和低失調(diào)漂移(最大0.6 μV/℃)特性；AD620還具有低噪聲、低輸入偏置電流特性[3]。

把儀表放大器AD620的輸出信號(hào)送至電壓頻率轉(zhuǎn)換器AD7741轉(zhuǎn)換成頻率后，可以通過單片機(jī)對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行處理。采用AD7741作為A/D轉(zhuǎn)換元件有以下優(yōu)點(diǎn)[4]:1)外圍電路簡(jiǎn)單體積小，可以減小線路板面積，縮小產(chǎn)品體積，降低成本；2)靈活性好，可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整采樣周期和時(shí)鐘頻率，從而兼顧系統(tǒng)對(duì)采樣速度和采樣精度的要求；3)單電源5 V供電，工作電流小，內(nèi)部自帶2.5 V基準(zhǔn)和時(shí)鐘發(fā)生電路，使用方便，并很容易實(shí)現(xiàn)隔離采樣。為模擬井下測(cè)試狀況，用兩個(gè)變阻箱代替溫度探頭，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：溫度探頭每改變1℃，計(jì)數(shù)值改變約700 Hz，相當(dāng)于儀器分辨率可以達(dá)到1/700=0.001 4℃。

圖4　放大及壓頻轉(zhuǎn)換電路

2.4電路穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

1)提高元器件的可靠性。選擇高精度電阻、電容和其它器件，再經(jīng)過老化篩選，經(jīng)高、低溫測(cè)試合格后再使用。

2)印刷電路板的抗干擾設(shè)計(jì)。采用多層板、對(duì)電源和地去耦以及采用數(shù)?；旌想娐分械某Ｒ娍垢蓴_措施[5]。

3　施工簡(jiǎn)要流程

施工示意圖如圖5所示。

圖5　施工示意圖

施工簡(jiǎn)要流程分三步：1)下放儀器測(cè)量靜止井溫曲線；2)擰緊防噴盒，用壓風(fēng)機(jī)向套管內(nèi)加壓，測(cè)加壓井溫曲線；3)控制放壓0.5～1.0 h，下放儀器測(cè)量產(chǎn)液微差井溫、磁性定位曲線。

4　典型井例分析

利用該技術(shù)對(duì)機(jī)產(chǎn)液井進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在證明了該技術(shù)可行性的同時(shí)也解決了很多實(shí)際問題。

2008年6月13日對(duì)D井進(jìn)行套管試壓，泵壓4.5 MPa，停泵后降為0，出現(xiàn)漏失現(xiàn)象。2008年6月14日實(shí)施全井段微差井溫測(cè)試，且對(duì)測(cè)試資料進(jìn)行了綜合分析。在1 467～1 473 m，靜止井溫曲線有正異常，認(rèn)為是產(chǎn)液層；如果是非動(dòng)層，靜止井溫曲線基本上是一條直線；如果是漏失層，會(huì)有負(fù)異常；而且從加壓曲線上看，發(fā)現(xiàn)有異常，也說明是進(jìn)液層，如果是不進(jìn)液層，加壓井溫曲線基本是一條直線。再看產(chǎn)液井溫曲線，這條曲線是在控制放壓一段時(shí)間后測(cè)的，在該井段有正異常，幅度比靜止井溫稍小，這也說明是產(chǎn)液層。所以綜合以上分析，認(rèn)為3號(hào)射孔層為主動(dòng)層；同理，對(duì)測(cè)試資料的分析認(rèn)為1 410～1 430 m漏失。2008年6月20日，結(jié)合找漏、找水、硼中子資料研究決定擠灰漏點(diǎn)(1 410～1 430 m)；卡封3號(hào)層，生產(chǎn)1～2號(hào)層。2008年7月開井生產(chǎn)，截止到2008年11月14日的效果顯示：含水由100%降至79%，累計(jì)增油129 t。D井測(cè)試資料如圖6所示。

圖6　D井測(cè)試資料

5　結(jié)　論

微差井溫測(cè)試技術(shù)采用微差井溫法，進(jìn)行產(chǎn)液測(cè)量。通過分析靜止微差井溫曲線、加壓微差井溫曲線和恢復(fù)微差井溫曲線，對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行定性分析，判斷主產(chǎn)層，為后續(xù)堵水提供了重要依據(jù)。該測(cè)試方法可靠，且成功率較高。

1)微差井溫儀的電路設(shè)計(jì)可靠，能實(shí)現(xiàn)微差井溫的準(zhǔn)確測(cè)量，靈敏度較高；

2)該儀器能監(jiān)測(cè)生產(chǎn)層出液情況，也能用于檢查酸化、壓裂效果和判斷串槽等；

3)測(cè)試施工時(shí)要選擇恰當(dāng)?shù)募訅簤毫图訅簳r(shí)間。

[1] 倪斌，闞興福，祁鵬.找水工藝技術(shù)在石西油田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J].新疆石油科技，2011，21(3)：5-10.

[2] 呂小霞.稠油熱采井微差井溫解釋技術(shù)及應(yīng)用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版).2014，11(8)：123-124.

[3] ANALOG DEVICES. Low Cost ,Low Power Instrumentation Amplifier AD620[Z].1999.

[4] 朱思榮，周萬里，張利群，等.用AD7741實(shí)現(xiàn)多路電化學(xué)生物傳感器信號(hào)的隔離A/D采樣[J].山東科學(xué)，2014,27(6)：54-58.

[5] 高振濤，張亞明，楊永祥，等.驗(yàn)封壓力計(jì)的研制[J].石油儀器，2012，26(4)：23-24.

Development and Application of the Differential Temperature Logging Tool in Oilfield Development

GAO Zhengtao,ZHENG Qinglong,ZHENG Desheng,DU Wei, LI Shidong,WANG Jun,DU Shuai,YAN Min

(1.CNPCExplorationandDevelopmentResearchInstituteofHuabeiOilfieldCompany,Renqiu,Hebei062552,China；2.CNPCPetroleumProductionEngineeringResearchInstituteofHuabeiOilfieldCompany,Renqiu,Hebei062552,China；3.CNPCNO.4DrillingEngineeringCompany,BHDC,Renqiu,Hebei062552,China)

The structure, characteristics, main technical specifications, circuit design and test results of the differential temperature logging tool are described. Laboratory and field tests show that the performance of the differential temperature logging tool is reliable. An accurate assessment of the situation of the formation fluid production can be made through the measurement and comprehensive analysis of the temperature data.

water control and oil stabilization; water seeking technique; differential temperature; instrumentation amplifier

高振濤, 男，1970年生，高級(jí)工程師，1991年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)測(cè)井專業(yè)，2006年畢業(yè)于天津工業(yè)大學(xué)材料學(xué)專業(yè)，獲碩士學(xué)位,現(xiàn)在中國(guó)石油華北油田公司勘探開發(fā)研究院從事油田開發(fā)技術(shù)研究工作。E-mail：626983829@qq.com

P631.8+1

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2096-0077(2016)04-0018-04

2015-12-27編輯：姜婷)