阻抗式含水率計在多種驅(qū)替介質(zhì)下的適應(yīng)性分析

黃春輝，胡金海，劉興斌，李 軍，王延軍

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163453)

0 引 言

產(chǎn)液剖面測井[1-2]是了解油井各層產(chǎn)液情況的重要依據(jù)，為油田動態(tài)監(jiān)測、制定開發(fā)方案提供參考數(shù)據(jù)。為了保持油田持續(xù)有效開發(fā)，大慶油田開展了聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等開發(fā)新技術(shù)，使油井中產(chǎn)出液流體更加復(fù)雜。井下流體介質(zhì)復(fù)雜，對產(chǎn)液剖面測井提出了新的考驗(yàn)，有必要對現(xiàn)有兩相流測井儀器進(jìn)行適用性評價。

阻抗式含水率計[3-4]是大慶測試分公司自主研發(fā)的油井產(chǎn)出剖面測井儀器，較好地解決了水為連續(xù)相的產(chǎn)出油井中流量與含水率的測試問題。目前，該儀器已成為高含水油田重點(diǎn)應(yīng)用的生產(chǎn)測井主導(dǎo)技術(shù)。采用阻抗式含水率計分別在水驅(qū)油/水兩相流、聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)出井中進(jìn)行了試驗(yàn)，評價儀器在不同驅(qū)替介質(zhì)中的適用性。

1 儀器工作原理

阻抗式含水率計由傘式集流器、渦輪流量計、阻抗含水率傳感器及電路短接組成。阻抗含水率傳感器位于傘式集流器上部，傳感器內(nèi)徑為19 mm，流量測量范圍0～80 m3/d，含水率測量范圍50～100%。

阻抗含水率傳感器[5-6]由鑲嵌在絕緣管內(nèi)壁上按一定距離排列的四個圓環(huán)形不銹鋼電極組成，外面一對電極作為激勵電極，中間一對電極作為測量電極。該儀器的工作原理是根據(jù)電導(dǎo)理論，通過測量油水混合相電導(dǎo)率和其中水相電導(dǎo)率的比值來確定含水率。當(dāng)傘式集流器撐開，進(jìn)液口打開，儀器在集流狀態(tài)下測得油水混合相電導(dǎo)率，稱為混相值；當(dāng)傘式集流器收攏，進(jìn)液口密封，儀器在取樣狀態(tài)下測得水相電導(dǎo)率，稱為全水值。全水值與混相值的比值即為含水率相對響應(yīng)，含水率相對響應(yīng)的大小反映了待測流體含水率的大小,全水值的準(zhǔn)確測量是含水率測量的關(guān)鍵因素。

2 在水驅(qū)油/水兩相流井中的試驗(yàn)

阻抗式含水率計適用于水為連續(xù)相的高含水油/水兩相流產(chǎn)出剖面測井，能準(zhǔn)確測量流量及含水率，提供準(zhǔn)確的分層測試結(jié)果。B-XX1井是大慶油田采油三廠一口水驅(qū)產(chǎn)出井，井口量液35.4 m3/d，化驗(yàn)含水93.2%，采用阻抗式含水率計在該井進(jìn)行測試。如圖1所示為第1測點(diǎn)(深度871.2 m)采集的流量時間曲線，曲線平滑，沒有較大較劇烈的上下波動，隨油井沖程沖次波動變化明顯，每一個沖次周期內(nèi)流量曲線只有一個流量高值，平均流量為37.2 m3/d，測量結(jié)果接近井口量液。如圖2所示為第1測點(diǎn)(深度871.2 m)采集的阻抗傳感器混相值時間曲線，曲線平滑，沒有較大較劇烈的上下波動，隨油井沖程沖次波動變化明顯，并與同時采集的流量曲線相對應(yīng)，體現(xiàn)了含水率的實(shí)時變化，混相值平均值為313.7 Hz。如圖3所示為該測點(diǎn)集流傘收攏時對流體進(jìn)行取樣進(jìn)行全水值的測量，測量的全水值曲線平穩(wěn)，沒有波動，近于一條直線，全水值平均值為281.7 Hz，測量含水率91.5%，測量結(jié)果接近井口量液。解釋成果見表1，測量全井產(chǎn)液37.2 m3/d，合層含水91.5%，接近井口計量的產(chǎn)液和含水，第1測點(diǎn)的S11(1)-S12(2)層為主產(chǎn)層，分層產(chǎn)液14.4 m3/d，分層產(chǎn)油0.91 m3/d。在水驅(qū)油水兩相流產(chǎn)出油井中，阻抗式含水率計工作穩(wěn)定，可以提供準(zhǔn)確的含水率測試結(jié)果。

圖1 B-XX1井871.2 m流量曲線

圖2 B-XX1井871.2 m混相值曲線

圖3 B-XX1井871.2 m全水值曲線

測點(diǎn)深度/m層位合層產(chǎn)量/(m3·d-1)合層含水/%分層產(chǎn)量/(m3·d-1)合層產(chǎn)水/(m3·d-1)合層產(chǎn)油/(m3·d-1)分層含水/%分層產(chǎn)水/(m3·d-1)分層產(chǎn)油/(m3·d-1)871.2S11(1)-S12(2)37.291.514.434.043.1693.7213.490.91886.3S14+5(1)-S14+5(2)22.890.14.520.542.2690.514.070.43912.9S24(1)-S213+1418.3901.316.471.8369.080.8980.4953.6S311791.67.115.571.4396.96.880.22957S32(1)-S33+4(1)9.987.89.98.691.2187.88.691.21

3 在聚驅(qū)井中的試驗(yàn)

聚合物驅(qū)油提高采收率技術(shù)[7]的應(yīng)用使得井下流體更加復(fù)雜，產(chǎn)出液粘度、礦化度等都是影響產(chǎn)液剖面測井的復(fù)雜因素。阻抗式含水率計是通過全水值與混相值的比值來確定含水率的，因此測井時對井下復(fù)雜流體進(jìn)行全水值的準(zhǔn)確測量是含水率測量的關(guān)鍵。應(yīng)用阻抗式含水率計在聚驅(qū)井中試驗(yàn)29井次，取得了較好的測量效果。

N-SXX井為采油二廠聚驅(qū)產(chǎn)出井，井口量液49.6 m3/d，化驗(yàn)含水92.8%，井口取樣化驗(yàn)流體粘度11.16 cP，用阻抗式含水率計在該井進(jìn)行測試。如圖4～圖6所示分別為第1測點(diǎn)深度988 m測量的流量、混相值及全水值曲線圖。圖4流量曲線隨油井沖程沖次波動變化明顯，每一個沖次周期內(nèi)流量曲線只有一個流量高值，平均流量為52.2 m3/d，接近井口量液。圖5所示混相值曲線能夠分辨出隨沖程沖次變化，但波動明顯減小，這是由于產(chǎn)出流體中含有聚合物溶液，流體粘度大使油泡分布較為均勻，且油泡直徑較小，加之流量較大，滑脫速度影響小，油泡在高粘度流體中被動地隨流體移動而移動，因此受沖程沖次的影響較小。如圖6所示為收傘測量的全水值曲線，隨時間的增加，全水值逐漸減低，直至穩(wěn)定在134.3 Hz，可見在聚驅(qū)產(chǎn)出井中油水分離過程較慢，測量全水值時要增加測量時間，等數(shù)值穩(wěn)定后再進(jìn)行測量。測量全井合層含水95.0%，接近井口化驗(yàn)含水率，含水率測量結(jié)果受粘度影響小。

圖4 N-SXX井第1測點(diǎn)流量曲線

圖5 N-SXX井第1測點(diǎn)混相值曲線

圖6 N-SXX井第1測點(diǎn)全水值曲線

解釋成果見表2，測量全井產(chǎn)液52.2 m3/d，合層含水95%，接近井口計量的產(chǎn)液量和含水率，第6測點(diǎn)的S211層為主產(chǎn)層，分層產(chǎn)液37.3 m3/d，分層含水率96%。試驗(yàn)結(jié)果表明在聚驅(qū)產(chǎn)出井中，阻抗式含水率計工作穩(wěn)定，可以提供準(zhǔn)確的含水率測試結(jié)果。

表2 聚驅(qū)N-SXX井測井解釋成果表

4 在三元復(fù)合驅(qū)井中的試驗(yàn)

三元復(fù)合驅(qū)[8-9]開發(fā)技術(shù)相對水驅(qū)提高采收率可達(dá)到20%以上，已經(jīng)成為大慶油田持續(xù)發(fā)展的重要接替技術(shù)。用阻抗式含水率計在三元復(fù)合驅(qū)井中試驗(yàn)27井次，試驗(yàn)結(jié)果表明阻抗式含水率計能夠適應(yīng)三元復(fù)合驅(qū)油井的含水率測量需求。

N-XX5為采油二廠三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)出井，井口量液35 m3/d，化驗(yàn)含水94.2%，井口取樣化驗(yàn)流體粘度2.13 cP，用阻抗式含水率計在該井進(jìn)行測試。如圖7～圖9所示分別為第1測點(diǎn)深度936 m測量的流量、混相值及全水值曲線圖。如圖7所示流量曲線隨油井沖程沖次波動變化明顯，平均流量為37.7 m3/d，接近井口量液。如圖8所示混相值曲線波動較小，與聚驅(qū)井中測量的效果相同。如圖9所示的全水值曲線，隨時間的增加，全水值逐漸減低，直至穩(wěn)定在95.6 Hz，因此在三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)出液中，測量全水值時要增加測量時間，等數(shù)值穩(wěn)定后再進(jìn)行測量。測量全井合層含水96.3%，接近井口化驗(yàn)含水率，含水率測量結(jié)果受粘度影響小。

解釋成果見表3，測量全井產(chǎn)液37.7 m3/d，合層含水96.3%，接近井口計量的產(chǎn)液量和含水率，第2測點(diǎn)的P12(1)層為主產(chǎn)層，分層產(chǎn)液23.8 m3/d，分層含水率98%。試驗(yàn)結(jié)果表明在三元復(fù)合驅(qū)驅(qū)產(chǎn)出井中，阻抗式含水率計工作穩(wěn)定，可以提供準(zhǔn)確的含水率測試結(jié)果。

由于聚合物和三元液都是電的良導(dǎo)體，不同濃度的聚合物溶液相當(dāng)于產(chǎn)出液中不同的礦化度濃度，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配制了不同礦化度的溶液，檢驗(yàn)礦化度濃度對含水率測量的影響，礦化度從1 000 ppm逐漸增加到11 000 ppm。如圖10所示為不同礦化度溶液中阻抗傳感器實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)證明礦化度的變化對含水率測量結(jié)果沒有影響。阻抗傳感器測量原理是根據(jù)電導(dǎo)理論，通過測量純水相電導(dǎo)率(全水值)和混合相電導(dǎo)率(混相值)的比值(稱為含水率相對響應(yīng))來確定含水率。礦化度的變化導(dǎo)致測量的全水值和混相值發(fā)生變化。但由于礦化度的變化同時使混相值和全水值等比例的增加或等比例的減小，因而保持含水率相對響應(yīng)不變。試驗(yàn)結(jié)果表明，阻抗式含水率計不受礦化度的影響，在聚驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)井中水為連續(xù)相時能夠準(zhǔn)確測量含水率。

圖7 N-XX5第1測點(diǎn)流量曲線

圖8 N-XX5第1測點(diǎn)混相值曲線

圖9 N-XX5第1測點(diǎn)全水值曲線

測點(diǎn)深度/m層位合層產(chǎn)量/(m3·d-1)合層含水%/分層產(chǎn)量/(m3·d-1)合層產(chǎn)水/(m3·d-1)合層產(chǎn)油/(m3·d-1)分層含水/%分層產(chǎn)水/(m3·d-1)分層產(chǎn)油/(m3·d-1)936P11-237.796.38.936.31.390.978.660.24945P12(1)28.89623.827.651.150.9823.40.38954P13(1)584.62.74.230.770.932.520.18959P142.374.52.31.710.590.7451.710.59

圖10 不同礦化度溶液中阻抗傳感器實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié) 論

1)阻抗式含水率計在水驅(qū)油/水兩相流產(chǎn)出井中能較好地測量流量及含水率，提供準(zhǔn)確的產(chǎn)液剖面測試結(jié)果。

2)阻抗式含水率計不受礦化度的影響，礦化度的變化同時使混相值和全水值等比例地增加或等比例地減小，因而保持含水率相對響應(yīng)不變。

3)在試驗(yàn)井次粘度范圍內(nèi)(粘度小于20 cP)，聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)出井中儀器能夠錄取到較平穩(wěn)的全水值曲線，在水為連續(xù)相的產(chǎn)出油井中能夠進(jìn)行流量和含水率測量，含水率測量結(jié)果受粘度影響小。