音叉流體密度測井儀器及應用

郭 帥，姜志強，袁洪波

(1.中國石油渤海鉆探工程有限公司測井分公司 天津 300280；2. 中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300457)

·儀器設備與應用·

音叉流體密度測井儀器及應用

郭 帥1，姜志強2，袁洪波1

(1.中國石油渤海鉆探工程有限公司測井分公司 天津 300280；2. 中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300457)

音叉流體密度測井儀器是一種用于實時測量油井空間密度分布的新型儀器，通過沿整個管柱連續性采集密度資料來檢測油氣井開發動態。介紹了儀器的工作原理和性能參數，闡述了儀器在產氣井、產油井及三相產出井等不同井況環境下的應用情況和應用效果，總結了儀器的性能特點和應用范圍。

流體密度測井；音叉密度測井；音叉；頻率；多相流體

0 引 言

在油田的開采過程中，掌握每個生產層位的生產情況，有利于為后續方案的設計和實施提供依據。流體密度測井用于確定井內生產中不同相流體的體積含量，常與持水率曲線結合使用用于確定多相流體中油、氣、水的含量及沿井筒的分布規律。

目前進行產出剖面密度測井所采用的下井儀器主要有放射性流體密度儀和壓差密度儀兩種儀器[1,2]。其中傳統的放射性流體密度儀采用銫137放射源進行流體密度測量，該儀器存在安全風險大的不足，而壓差密度測井儀受井內流體流速、管柱尺寸等影響較大[3,4]。音叉密度儀采用音叉傳感器作為主要測量元件，不使用放射性源，是一種環保型的儀器，可在油水井中獲得井內混合流體的密度，克服了以上不足。

1 儀器原理

音叉流體密度測井儀器是一種非放射性流體密度測量裝置。傳感器采用不銹鋼音叉，音叉傳感器固定在儀器通過驅動電路使其以自身固有頻率附近振動，實際振動頻率取決于環繞于音叉傳感器周圍的流體的物理性質，并與密度成反比。音叉密度儀主要由傳感器組件和電子線路組件兩部分組成。音叉傳感器的示意圖如圖1所示。

圖1 音叉傳感器示意圖

音叉傳感器包括音叉與壓電晶體兩部分。音叉是呈“U”型的不銹鋼結構，工作時其中一只臂受電路產生的激勵信號開始振動，當音叉傳感器位于被測液體時，叉體由于附加質量發生變化，造成其振動頻率發生改變，作用于壓電晶體產生反饋信號，傳輸至電路進行處理，從而實現對密度的測量。

2 參數與指標

音叉密度儀傳感器組件包括音叉傳感器和溫度傳感器兩部分，音叉傳感器用于井內流體密度的測量，溫度傳感器貼裝于固支體上，實時檢測被測液體溫度，用于補償調諧叉體的彈性模量變化。

音叉密度儀的主要測量參數有以下三項：

FDIF：以CPS的方式直接反應出音叉傳感器的振動頻率，是流體密度的主要參數。

FDIB：是音叉密度儀的次要參數，被稱為反饋水平，這項參數表示音叉傳感器的振動幅度，用于校正流體粘度，因為這個物理屬性影響音叉傳感器的頻率。

FDIT：是一個與音叉傳感器的溫度成比例的值，通過地面來校正溫度的影響。

由于音叉密度儀工作方式不受流體流動或靜止的影響，因此適用于生產分析、流體識別、水平和大位移井、高流量井的測量。

具體技術指標如下：

耐溫： 176.6 ℃

耐壓： 103.4 MPa

外徑： 43 mm

密度測量范圍： 0 g/cc-1.25 g/cc

精度： ±0.03 g/cc

分辨率： 0.01 g/cc

響應時間： <1 s

3 工房檢驗和現場標定

在室內對儀器進行檢驗和測井之前，須對儀器進行刻度，通常采用兩點刻度的方式，分別在空氣中和水中以密度值為0和1進行標定。不同介質中音叉密度儀的測量值與標準密度值對比見表1[5]。從表1可以看出音叉密度儀測量誤差小于0.015g/cc，精度要高于放射性流體密度儀。

表1 不同介質中音叉密度儀的測量值和標準測量密度值對比

4 測井實例

4.1 產氣井測井效果分析

蘇76-X-XX井為蘇里格氣田一口產氣井，生產層位盒8上18號層、盒8下26、28號層，井口壓力19 MPa，日產氣47 000 m3，不產水。從曲線上顯示，最下端射孔層盒8下28號(3297.2～3299.7 m)以上，密度測量值為0.187 g/cm3，該測量值說明射孔盒8下28號以上層位為當氣體，說明盒8下28號為產氣層。儀器下測經過28號層位，密度測量值由0.187 g/cm3變成1.017 g/cm3，其密度值與純水密度值相同，說明儀器進入死水段。測井效果圖如圖2所示，該井測井資料表明，音叉流體密度測井儀可以明顯區分氣液兩相，適用于產氣井各層位產氣情況的測量。

圖2 蘇76-X-XX井產氣剖面測井圖

4.2 油氣水三相產出井測井效果分析

JZX-X-XX-X井是一口電泵生產井，人工井底2325.90 m，井內采用Y分管柱，生產東二下段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ油組，射開油層垂厚19.1 m，油壓0.58 MPa，日產液205.2 m3，日產油62.38 m3，日產氣0.35×104 m3，含水69.60 %。該井是一口典型的三相產出井，流體密度測井采用音叉密度測井儀，進行五上五下測量，測量井段為1 995～2 165 m，測井曲線如圖3所示。該井在滑套以下測量密度值為1.008 g/cm3，顯示油管內為死水，與其他曲線顯示效果一致。上提儀器達到滑套后，密度曲線產生變化，測量值變為0.881 g/cm3，說明滑套以下層位為輕質流體產出層。上提儀器至Ⅱ油層后，密度值變為0.972 g/cm3，相比有一定的升高，通過與持水率曲線結合解釋，該層為產水層。密度曲線數值在Ⅰ層位兩個射孔段均有明顯變化，證明兩層位均為輕質流體產出層。通過分析曲線在各個層位的變化，可以準確地確定各層位的產業情況，音叉密度測井儀可以真實地反映三相產出井井內液體情況。

圖3 JZX-X-XX-X井產出剖面解釋圖

5 結束語

1)通過對音叉密度儀原理進行分析，該儀器采用非放射性方法進行密度的測量，通過音叉傳感器在不同流體中的頻率變化，來計算流體密度，并得到流體密度曲線。

2)通過現場應用得出，音叉密度儀可以在產油井、產氣井及油氣水三相井幾種井況下完成密度的測量。

3)音叉密度儀在測井過程中靈敏度高，產出層位變化反映準確，尤其對產氣層反應明顯，建議與含水資料結合進行評價，有利于產氣層位的判斷。

4)音叉密度儀在空氣中測量密度值正常，在井內氣體和產氣井段測量的密度值偏低，經分析可能是由于氣體在高溫高壓井況下密度值刻度不準確和井內運移噪聲影響，建議針對產氣井況，對其計數值進行相應補償。

[1] 王海峰,張行典,鬲曉寧.壓差密度儀在塔河油田的應用研究[J].石油儀器,2012,26(2):44-46.

[2] 余 強,尤國平,龐希順,孫洪義.雙U型管式高溫高壓流體密度傳感器[J].測井技術,2011,35(5):470-473.

[3] 宋紅偉,郭海敏,戴家才.井下光電流體壓差密度計理論研究[J].測井技術,2006,30(3):252-254.

[4] 吳樂軍,馬煥英,趙 捷，等.壓差密度儀在海上油田應用中的適應性探討[J].石油天然氣學報,2014,36(1):73-78.

[5] 郭海敏,戴家才,陳科貴.生產測井原理與資料解釋[M].北京：石油工業出版社，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 帥，男，1983年生，2006年畢業于大慶石油學院電氣工程及其自動化專業，現主要從事儀器研發工作。E-mail: gs1100199@sina.com

P631.8+1

A

2096-0077(2016)06-0080-03

2016-01-04 編輯：高紅霞)