產(chǎn)出剖面遙測井溫壓力磁定位儀溫度常數(shù)優(yōu)化研究

張 琦

(大慶油田有限責任公司測試技術(shù)服務分公司 黑龍江 大慶 163000)

0 引 言

產(chǎn)出剖面測井的應用十分廣泛，它是了解油水井生產(chǎn)動態(tài)的重要手段。井溫曲線在產(chǎn)出剖面的資料分析中有著重要的作用[1-4]，地層的溫度通常是按照地溫梯度有規(guī)律變化的，隨著油田的開采，儲集層的產(chǎn)出、注入或漏失、竄槽以及壓裂、堵水等各種改造措施，會形成溫度場的局部異常。通過井溫儀測量并記錄產(chǎn)出剖面中溫度的異常變化，通過溫度微差曲線可定性判斷主產(chǎn)層[5-7]。大慶油田主力油層井深不超過2 000 m，所以最初選擇的是脈沖井溫壓力磁性定位測井儀[8]，但脈沖井溫壓力磁性定位測井儀存在井溫干擾磁定位、井溫壓力輸出不穩(wěn)、以及井深超過2 000 m時，數(shù)據(jù)無法傳輸?shù)降孛娴葐栴}，為此研制標準曼碼產(chǎn)出剖面遙測井溫壓力磁定位儀[9]，解決脈沖井溫壓力磁性定位測井儀存在的問題。第一代標準曼碼產(chǎn)出剖面遙測井溫壓力磁定位儀參考注入剖面標準曼碼遙測儀器的溫度常數(shù)，產(chǎn)出剖面井溫選擇的溫度常數(shù)為0.010 ℃/Hz左右。但是在實際生產(chǎn)中，所測得的井溫曲線存在拐點不明顯的問題，無法判斷主產(chǎn)層。因此，優(yōu)化產(chǎn)出剖面溫度常數(shù)對判斷產(chǎn)液點位置有至關(guān)重要的意義。

1 試驗數(shù)據(jù)分析

1.1 示值誤差比較

試驗過程中，每支儀器的電路板和溫度傳感器相同，不同的是溫度常數(shù)。不同的溫度常數(shù)通過改變單片機的程序來實現(xiàn)。試驗記錄了3支標準曼碼產(chǎn)出剖面遙測井溫壓力磁定位儀(以下簡稱井溫儀)在溫度常數(shù)分別為0.010、0.015、0.020、0.025、0.030 ℃/Hz 5種情況下進行水浴加溫試驗所得的試驗數(shù)據(jù)，其中對每個溫度常數(shù)進行5組測量，每一組重新更換水浴加熱的介質(zhì)水。從不同溫度常數(shù)的5組試驗數(shù)據(jù)的示值誤差(見表1、表2、表3)可以看出，其示值誤差值均在最大允許誤差±0.5 ℃范圍內(nèi)，測量結(jié)果可靠。

表1 第一支井溫儀的示值誤差 ℃

表2 第二支井溫儀的示值誤差 ℃

表3 第一支井溫儀的示值誤差 ℃

通過比較示值誤差，并不能區(qū)分溫度常數(shù)，因此還需要比較靈敏度、穩(wěn)定性誤差、標準差。

1.2 靈敏度比較

井溫儀溫度測量的計算方程為:

T=KF+T0

(1)

式(1)中：T為溫度傳感器測量值，℃；K為溫度常數(shù)(斜率)， ℃/Hz；F為溫度傳感器輸出頻率值， Hz；T0為常數(shù)項，℃。

靈敏度數(shù)值的計算公式為：

(2)

式(2)中：Δy為測量儀器響應信號增量，℃；Δx為被測量信號增量，Hz。

所以，井溫儀的溫度傳感器的靈敏度：

(3)

由式(3)可知，靈敏度也就是井溫儀溫度測量的計算方程的斜率，即溫度常數(shù)。靈敏度直接依賴于溫度常數(shù)，隨著溫度常數(shù)的增大，靈敏度逐漸增高，斜率越大，靈敏度就越高。儀器的靈敏度反映的是儀器的最大檢出能力，它是衡量儀器優(yōu)劣的一個重要標志[10]。但是隨著靈敏度的提高，噪聲也隨之增大，檢出能力不一定會改善和提高。由于靈敏度沒有考慮到測量噪聲的影響，儀器的靈敏度越高，其穩(wěn)定性會變差。

因此要選取最佳溫度常數(shù)，需要兼顧靈敏度、穩(wěn)定性和重復性。為此，比較不同溫度常數(shù)實驗數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性誤差和實驗標準偏差。

1.3 穩(wěn)定性誤差比較

將同一支儀器相同溫度常數(shù)實驗所得的輸出頻率值分別帶入其前一組的響應方程中，所得測量溫度與實驗標準溫度的差值即為穩(wěn)定性誤差，穩(wěn)定性誤差的絕對值應小于最大允許誤差的絕對值0.5 ℃。取不同溫度常數(shù)實驗中每組最大的穩(wěn)定性誤差絕對值進行比較(見表4、表5、表6)，除溫度常數(shù)為0.020 ℃/Hz的實驗數(shù)據(jù)外，其他溫度常數(shù)的最大穩(wěn)定性誤差均出現(xiàn)了超出最大允許誤差的情況，超出的數(shù)值已在表格中用紅色標出。

表4 第一支井溫儀的最大穩(wěn)定性誤差 ℃

表5 第二支井溫儀的最大穩(wěn)定性誤差 ℃

表6 第三支井溫儀的最大穩(wěn)定性誤差 ℃

從最大穩(wěn)定性誤差比較中可以看出，當溫度常數(shù)為0.010 ℃/Hz、0.015 ℃/Hz和0.025 ℃/Hz時，井溫儀在同一溫度常數(shù)的多次測量中的穩(wěn)定性較差，溫度常數(shù)為0.030 ℃/Hz時其次，而當溫度常數(shù)為0.020 ℃/Hz時，井溫儀在同一溫度常數(shù)的多次測量中的穩(wěn)定性誤差絕對值均不超過最大允許誤差的絕對值(0.5 ℃)，穩(wěn)定性最好。

1.4 試驗標準偏差比較

試驗溫度測量上限為125 ℃，在每組試驗中均設置了67 ℃這一標準溫度，現(xiàn)選擇不同溫度常數(shù)每組試驗中標準溫度為67 ℃時的輸出頻率作為測量值，應用貝塞爾公式計算出試驗標準偏差并進行比較，見表7和圖1。

表7 試驗標準偏差 Hz

圖1 不同溫度常數(shù)試驗標準偏差比較

從不同溫度常數(shù)試驗數(shù)據(jù)的試驗標準偏差趨勢線(圖1)比較中可以看出，當溫度常數(shù)為0.010 ℃/Hz和0.015 ℃/Hz時，試驗標準偏差較大且比較分散；當溫度常數(shù)為0.025 ℃/Hz時次之且相對集中；當溫度常數(shù)為0.030 ℃/Hz時，試驗標準偏差相對較小且比較集中；當溫度常數(shù)為0.020 ℃/Hz時，試驗標準偏差最小且最集中。結(jié)果表明，當溫度常數(shù)為0.020 ℃/Hz時，試驗標準偏差最小，誤差最集中，重復性最好。

綜合以上分析可知，當溫度常數(shù)為0.020 ℃/Hz時，井溫儀在測量過程中，示值誤差不超差，靈敏度較好，穩(wěn)定性最好，重復性最好。因此選取0.020 ℃/Hz為產(chǎn)出剖面遙測井溫壓力磁定位儀最佳溫度常數(shù)。

2 模擬和測井井溫曲線分析

從0.010、0.015、0.020、0.025、0.030 ℃/Hz 5組溫度常數(shù)中選取示值誤差(絕對誤差)最小的溫度常數(shù)，代入同一溫度的模擬測井曲線，觀察橫向拐點變換情況。通過觀察，0.010 ℃/Hz橫向變化最小，0.030 ℃/Hz最大，這和試驗數(shù)據(jù)分析一致。將溫度常數(shù)設定在0.020 ℃/Hz，通過實踐發(fā)現(xiàn)，手動模擬所得的井溫曲線和實際生產(chǎn)中所得的井溫曲線的拐點都比較明顯(見圖2和圖3)，能夠滿足實際生產(chǎn)需要。

圖2 手動模擬井溫曲線

圖3 實際生產(chǎn)井溫曲線

綜合試驗數(shù)據(jù)和模擬測井井溫曲線，確定0.020 ℃/Hz為產(chǎn)出剖面遙測井溫壓力磁定位儀最佳溫度常數(shù)。

3 結(jié) 論

1)溫度常數(shù)在0.020 ℃/Hz左右時，儀器示值誤差不超差，靈敏度較高，穩(wěn)定性最好，誤差最集中。

2)確定溫度常數(shù)0.020 ℃/Hz為產(chǎn)出剖面遙測井溫壓力磁定位儀最佳溫度常數(shù)，產(chǎn)出剖面遙測井溫曲線的拐點明顯，能夠滿足實際要求。