基于同轴相位法含水率的实验研究

王进旗，袁 媛，华 龙，郑庆龙

（1. 东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318； 2. 中石油宁夏石化公司安环处，宁夏 银川 750026；3. 华北油田采油工程研究院, 河北 任丘 062552）

基于同轴相位法含水率的实验研究

王进旗1，袁 媛1，华 龙2，郑庆龙3

（1. 东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318； 2. 中石油宁夏石化公司安环处，宁夏 银川 750026；3. 华北油田采油工程研究院, 河北 任丘 062552）

随着油田的不断开发和开采，油井的数量逐步上升，产出液的含水率也不断升高，因此准确的测量各个产层的流量和含水率对于确定油井出水、出油层位，计算原油产量，预测油井的开发寿命具有重要意义。根据油田对生产测井的要求研制的同轴相位含水率计应用于油田测试工作，可以根据该仪器在某一产液量给出的不同响应值求得相应的含水率。通过在模拟井筒内对仪器进行反复的测量与校正从理论上分析了仪器对油水混合介质的反映规律。研制的仪器不但提高了测量精度,还实现了油井含水率以往难实现的连续测量。利用该仪器进行现场测试，并与模拟井资料进行对比，结果表明该仪器可很好地应用于该地区的油井测试工作。

含水率；同轴线；相位法；连续测量

原油含水率是生产测井关键的一项测量内容，含水率计在油田开采中占有重要位置。对于油井的动态测量过程中，只能用于低含水或者高含水的测井仪器不能很好地进行油井含水率的测量工作。同轴线相位法含水率计［1］能实现含水率从100%到0%的连续测量，且性能稳定，具有一致性，提高了含水率的测量精度［2,3］，也可将产品标准化。同轴线作为含水率计的传感器，仪器外壳为外导体，不同油水比例的混合介质在同轴线传感器的内导体和外导体之间流过时，保证电磁波为TEM波［4］。油水混合介质作为电磁波传播能量的载体，使得电磁波的相位发生变化。通过测量传感器内电磁波传播的相位特性，得到油水混合物的介电特性［5］，再通过对数据进行处理即可得油水混合介质的含水率［6,7］。

1 仪器原理

同轴线相位法含水率计的测量原理如图 1，由发射电路、同轴线传感器、接收电路、本机振荡器、混频器、鉴相器、积分器和压频转换器组成。同轴线传感器接收到一路由发射电路发出的75 MHz的高频电磁波，电磁波发生幅度衰减和相位移，由接收电路接收并处理后，送入混频器A；另一路高频电磁波直接进入混频器 B，将本机振荡器发出的75.02 MHz的信号送入两混频器，同75 MHz的两路信号进行混频，产生两路20 kHz的中频信号；中频信号经过鉴相器、积分器和压频转换器的处理，可得电磁波在同轴线内油水混合介质中传播的相位信号。

图1 同轴线相位法含水率计原理图Fig.1 The principle diagram of the water content tool based on coaxial line phase method

2 模拟井实验

华北油田采油工程研究院多相流试验装置主要技术指标如表1。

表1 多相流装置技术指标Table 1 Technical index of multiphase flow device

在操作室通过调节油水阀门给出需要的油水混合流量。如在一个固定流量60 m3/d，设定几个油水混合比例点即含水率分别为0%、20%、40%、60%、80%和100%，反复测量各点的响应值（频率），取平均值作为含水率仪测得的含水率信号（频率信号），根据在不同含水率测得的信号值的大小及变化趋势分析仪器的线性规律。其他流量测量过程同上。实验结果如图2所示。

图2 模拟井实验结果Fig.2 Result of simulation well experiment

由图2看出当流量大于60 m3/d，仪器响应值基本与流量无关，其高分辨率特性利于解决油田高含水问题，但在流量低于60 m3/d，含水率在40%～100%时，响应值受流量影响较明显，其原因有待查明。对大庆油田进行注水开发，由于其低含水率采油期很短，高含水率采油期较长，因此应用该方法进行含水率的测量得到的结果较为可靠。

3 现场应用及效果分析

将同轴线相位法含水率计应用于大庆油田采油六厂，进行10口油井的现场测试，比较测试结果与井口取样化验数据，其中仪器响应值化为含水率的公式为：

其中，Kw-含水率,%；

fw-测得的全水值,Hz；

fo-测得的全油值,Hz；

fm-测得的混相值,Hz。

结果如表2所示。

表2 结果对比表Table 2 Result contrast table

表2表明用含水率计测得的结果与井口取样化验结果差别不大，特别是对于高含水率的油井测量精度较高，对于低含水率的油井测量精度相对较低。

4 结 论

（1）同轴线相位法含水率计可实现对油井含水率的连续动态测量，减少了测量误差，采用设计的优化传感器后，降低了地层水矿化度对仪器性能的影响。

（2）同轴线相位法含水率计拥有全油到全水的全范围测量，无论是低含水油井还是高含水油井，都可用该仪器进行测量，是其他含水率计（窄范围测量）所不能代替的。

（3）对于处于高含水期的油井，同轴线相位法含水率计的灵敏度较高，分辨特性强，为提高油井含水率的测量精度有重要意义。

［1］ 王进旗,强锡富,于英华.基于相位法原油含水率仪的实验研究[J].计量学报,2004,25(4) : 366-368.

［2］ 张乃禄,薛朝妹.原油含水率测量技术及其进展[J]. 石油工业技术监督, 2005, (11) : 25-28.

［3］ 庄海军.温度矿化度对高频电容法测持水率的影响[J]. 测井技术, 1995, 19( 6) : 411-415.

［4］ 郑均.电磁场和电磁波[M] . 赵姚文,等译.上海: 上海交通大学出版社, 1984:,287-330.

［5］ 仝志民,朱孝安,王波,等.同轴线相位法含水率计信号处理及传输电路[J]. 大庆石油学院学报，2004,28(1) : 60-62.

［6］ 王进旗,柳建涛.电磁波传播原油含水分析的实验研究[A] . 多相流检测技术进展[C].北京: 石油工业出版社, 1996,153-155.

［7］王进旗,肖培琛.电磁波传播找水方法[J] . 大庆石油地质与开发, 1995, 14( 3) : 68-70.

Test Study of Water Content Based on Coaxial Line Phase Method

WANG Jin-qi1，YUAN Yuan1，HUA Long2，ZHENG Qing-long3

（1. College of Geoscience, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China；2. Ningxia Petrochemical Corporation,CNPC, Ningxia Yinchuan 750026，China；3. Huabei Oilfield Petroleum Exploitation Engineering Research Institute, CNPC, Hebei Renqiu 062552，China）

With constant exploration and development of oil fields, the amount of oil wells is rising gradually, the water content of produced liquid is higher and higher, so accurate measurement on flow and water cut of each production layer is very important to determine oil layers, calculate the production of crude oil and predict the development lifetime of oil wells. According to the demand of productive well logging, coaxial line phase method water cut tool was designed to measure water content in every layer. By repeated simulation measurement and correction, reflection rules of the tools for mixture of oil/water were analyzed. The measuring instrument improved the measuring accuracy of water content, and realized continuous measurement of water content in oil well. Simulation results and on-site measurements show this way of measuring water content can be well applied in well logging.

Water content; Coaxial line; Phase method; Continuous measurement

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）03-0465-03

2014-10-27

王进旗（1963-），男，黑龙江大庆人，教授，博士，2003年毕业于哈尔滨工业大学精密仪器与机械专业，研究方向：勘查技术与工程。E-mail：w-jinqi@163.com。

袁媛（1987-），女，硕士研究生，研究方向：地球物理测井。E-mail：yuanyuan19870711@126.com。