基于電磁法高含水油井產(chǎn)液剖面測井儀現(xiàn)場應用

王延軍, 成志偉, 張玉輝, 劉艷玲, 張自成, 劉興斌

(1.哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院, 黑龍江 哈爾濱 150006; 2.大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司, 黑龍江 大慶 163453)

0 引 言

大慶油田長垣老區(qū)綜合含水已達到90%以上,產(chǎn)出剖面測井主要使用渦輪流量計-阻抗式含水率計組合測井儀進行流量和含水率測量[1-3]。對于出砂嚴重的油井,特別是進行三元復合驅(qū)工業(yè)化推廣應用之后,井下測量環(huán)境更為惡劣,油井產(chǎn)出液狀態(tài)更加復雜,井筒中固形塊狀結垢物富集,導致渦輪流量計極易卡死;產(chǎn)液流體黏度變大,渦輪流量計受到流體黏度的非線性影響,無法準確測量產(chǎn)量。因此,急需研發(fā)不受流體黏度影響、可靠性高的流量測量新技術。

電磁法測量流體流量被廣泛應用于油田注水井、注聚井的注入剖面測井中[4-6]。經(jīng)過多年攻關,研發(fā)成功了無可動部件、可靠性高、不受流體黏度影響的過環(huán)空小直徑集流型電磁流量計[7-11],成功實現(xiàn)了與現(xiàn)有產(chǎn)出剖面測井儀器渦輪流量計-阻抗含水率計的配接,形成了新型的集流電磁流量-渦輪流量-阻抗含水率組合測井儀器。儀器在模擬井上完成了油水兩相流以及不同黏度聚合物溶液中標定評價,在水驅(qū)、聚驅(qū)以及復合驅(qū)油井累計完成現(xiàn)場試驗評價47井次,取得了良好的測井資料,驗證了儀器的可靠性和測量數(shù)據(jù)的準確性。

1 儀器整體結構設計及技術指標

1.1 儀器整體結構設計

儀器結構示意圖見圖1。儀器從下而上依次為集流器、渦輪流量計、阻抗含水率計、電磁流量傳感器、流體出液口、電路筒。電磁流量傳感器結構(見圖2)由2個發(fā)射磁極和2個測量電極構成,由內(nèi)向外分別為絕緣內(nèi)襯、金屬內(nèi)壁、液壓油、金屬外壁。2個接收電極與2個發(fā)射磁極在圓周上相互垂直均勻分布,接收電極鑲嵌在絕緣內(nèi)襯壁上,直接接觸測量流體,磁極由磁芯和線圈2部分組成,即在每個磁極磁芯的外側(cè)均包裹線圈,產(chǎn)生交變磁場,當導電流體從流道內(nèi)流過時將切割磁力線,并產(chǎn)生感應電動勢。該儀器采用集流的測量方式以提高傳感器內(nèi)流體流速。流量測量可以采用渦輪流量計和電磁流量計2種方式,以提高測井成功率及測量可靠性;含水率測量采用阻抗含水率計[1]。

儀器外徑Φ28 mm;耐溫125 ℃;耐壓40 MPa;含水率測量范圍和精度50%～100%(±3%);流量測量范圍及精度±3%(2～60 m3/d、含水率90%～100%),±3%(10～60 m3/d、含水率80%～100%),±5%(5～60 m3/d、含水率60%～100%)。

1.2 模擬井實驗結果

對研制的2支測井儀器在模擬井實驗室進行了油水兩相流中的標定實驗,流量調(diào)節(jié)分別為60、55、50、40、30、20、10、5、4、3、2、1、0.5 m3/d,含水率調(diào)節(jié)為50%～100%,以10%的間隔增加。

圖3所示為1號儀器在清水中進行5次標定的結果。圖3顯示,儀器在清水中標定時具有很好的重復性及良好的線性,表明儀器工作狀態(tài)良好,測量穩(wěn)定可靠。

圖3 1號儀器清水中電磁流量標定結果

圖4、圖5分別為1號、2號儀器在油水兩相流中的標定結果。圖4、圖5中,當含水率超過60%,同一流量時不同含水率下儀器響應頻率接近,顯示出傘集流電磁流量計在油水兩相情況下標定結果不隨含水率變化而變化,并與清水中標定結果基本一致;當含水率超過50%、流量超過30 m3/d,電磁流量計在油水兩相情況下標定結果不隨含水率變化而變化,并與清水中標定結果基本一致。

圖4 1號儀器模擬井電磁流量油水兩相實驗結果

圖5 2號儀器模擬井電磁流量油水兩相實驗結果

圖6 1號儀器油水兩相中電磁流量測量誤差分布

圖7 2號儀器油水兩相中電磁流量測量誤差

為了解電磁流量計測量高含水油水兩相流的流量測量誤差情況,對誤差進行了計算。圖6、圖7所示分別為1號、2號儀器在油水兩相流中測量流量時誤差分布情況。圖6、圖7顯示,當含水率高于60%、流量高于5 m3/d時測量誤差均在±5%以內(nèi);當含水率高于80%、流量高于10 m3/d時測量誤差均在±3%以內(nèi)。

2 現(xiàn)場應用情況及分析

2.1 總體試驗情況

在4個采油廠水驅(qū)、聚驅(qū)以及三元復合驅(qū)油井中完成現(xiàn)場試驗及生產(chǎn)應用47口井。對47口井進行統(tǒng)計分析:①有2口井儀器下井后無法正常工作,測井成功率為96%;②完成了7口高黏度井的測試,電磁流量計測井成功率為100%;③有12口油井由于渦輪流量計出現(xiàn)砂卡導致測量失敗,電磁流量計測井成功率為100%;④在5口井中完成了2支儀器的一致性和重復性對比,儀器的最大重復性誤差小于3%,儀器的最大一致性誤差小于5%,儀器的重復性和一致性良好;⑤全井測量誤差與井口計量誤差優(yōu)于10%的油井占全部測試油井的比例為85.1%,儀器的測量準確性較高?，F(xiàn)場試驗及應用中獲得了良好的測井效果,在高含水井中應用能夠提供可靠的測量結果。

2.2 高黏度井現(xiàn)場試驗

完成了5口高黏度井的測試,成功率為100%。杏X6-1-×井為三元復合驅(qū)產(chǎn)出井,井口產(chǎn)量30 m3/d,化驗含水98%,測井當天化驗黏度13.8×10-3Pa·s。表1為渦輪流量計測井解釋成果,渦輪流量計2次重復測量全井產(chǎn)量分別為18.6 m3/d和19.5 m3/d,與井口產(chǎn)量的偏差分別為-38.0%和-35.0%。表2為電磁流量計測井解釋成果,電磁流量計2次重復測量全井產(chǎn)量分別為27.2 m3/d和28.1 m3/d,與井口產(chǎn)量的偏差分別為-9.3%和-6.3%,重復性和準確性較好。對比表1和表2,電磁流量計在每個測點的測試結果均明顯高于渦輪流量計的測試結果,電磁流量計的測量準確性優(yōu)于渦輪流量計。電磁流量計測量流量明顯高于渦輪流量計的原因是流體黏度高于10×10-3Pa·s,渦輪流量計受到流體黏度的非線性影響導致流量測量誤差變大[12],電磁流量計不受流體黏度影響[13]。

表1 X6-1-×井渦輪流量計測井解釋成果表

表2 X6-1-×井電磁流量計測井解釋成果表

2.3 渦輪砂卡井現(xiàn)場試驗

統(tǒng)計共有12口油井由于渦輪流量計出現(xiàn)砂卡導致測量失敗,而電磁流量計測井成功率為100%。X2-1-×井為三元復合驅(qū)產(chǎn)出井,井口產(chǎn)量9 m3/d,化驗含水98.2%。該井井況復雜,渦輪流量計在第1測點被卡死導致流量測量失敗,但電磁流量計很好地完成了該井的測試。表3為電磁流量計測井解釋成果,電磁流量計2次重復測量全井產(chǎn)量分別為8.8 m3/d和8.6 m3/d,與井口產(chǎn)量的偏差分別為2.2%和4.4%,重復性和準確性較好。該井測試結果表明,渦輪流量計卡死造成測量失敗,電磁流量計能夠完成流量測量,提高了測井成功率,顯示了電磁流量計在渦輪易砂卡油井中的應用優(yōu)勢明顯。

表3 X2-1-×井電磁流量計測井解釋成果表

2.4 重復性及一致性現(xiàn)場試驗

為了檢驗儀器的重復性和一致性,在5口井中完成了2支儀器的一致性和重復性對比試驗。結果表明儀器的最大重復性誤差優(yōu)于3%,儀器的最大一致性誤差優(yōu)于5%,儀器的重復性和一致性良好。X12-1-×井為聚合物驅(qū)產(chǎn)出井,井口產(chǎn)量49.2 m3/d,化驗含水82.4%。表4為1號電磁流量計的測井解釋成果,在每個測點深度都進行了重復性測量,1號電磁流量計3次重復測量全井產(chǎn)量分別為52.2、52.2、52.3 m3/d,與井口產(chǎn)量的偏差分別為6.1%、6.1%、6.3%,重復性和準確性較好。表5為2號電磁流量計的測井解釋成果,在每個測點深度都進行了重復性測量,2號電磁流量計3次重復測量全井產(chǎn)量分別為51.7、51.0、50.1 m3/d,與井口產(chǎn)量的偏差分別為5.1%、3.7%、1.8%,重復性和準確性較好。1號儀器和2號儀器的一致性誤差為4.5%。2支儀器的測量結果互相驗證,證明電磁流量計測量數(shù)據(jù)可靠可信,重復性和一致性較好,可以準確給出各層產(chǎn)量。

表4 X12-1-×井1號電磁流量計測井解釋成果表

表5 X12-1-×井2號電磁流量計測井解釋成果表

3 結 論

(1) 渦輪流量計因有旋轉(zhuǎn)部件并且易受流體黏度的非線性影響,在出砂嚴重的油井和流體黏度高的油井無法完成測井任務;電磁流量計測量通道沒有可動部件和阻流部件,流量測量不受油井出砂、流體黏度的影響,可以適應惡劣井況的產(chǎn)出剖面測井需求。

(2) 電磁流量計在井下工作穩(wěn)定可靠,測試成功率高,測量準確性、重復性和一致性良好;在水驅(qū)、聚驅(qū)和三元復合驅(qū)油井具有良好的應用前景。

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