微差井温仪的研制及在油田开发中的应用

高振涛，郑庆龙，郑德胜，杜　巍，李士东，王　君，杜　帅，严　敏

(1.中国石油华北油田公司勘探开发研究院 　河北　任丘　062552 2.中国石油华北油田公司采油工程研究院　河北　任丘　062552 3.中国石油渤海钻探工程有限公司第四钻探公司　河北　任丘　062552)



·开发设计·

微差井温仪的研制及在油田开发中的应用

高振涛1，郑庆龙2，郑德胜2，杜巍1，李士东1，王君1，杜帅3，严敏1

(1.中国石油华北油田公司勘探开发研究院 河北任丘062552 2.中国石油华北油田公司采油工程研究院河北任丘062552 3.中国石油渤海钻探工程有限公司第四钻探公司河北任丘062552)

介绍了微差井温仪的结构、特点、技术指标、电路设计及试验情况。室内及现场试验表明，该微差井温仪性能可靠，通过对所测井温资料进行综合分析，能够对地层产液状况作出比较准确的评价。

控水稳油；找水；微差井温；仪表放大器

0　引　言

控水稳油是油田开发后期的重要工作，控水的主要手段之一是卡水，而卡水的前提是找水。找水的方法和技术很多，各有优缺点。经常使用的涡轮流量计产液剖面测试方法，可能出现涡轮被卡的现象，影响测试效果[1]。为了高效可靠地测量主产层，急需研发一种新方法解决该问题。为此，研发了微差井温测试技术，通过测试静止微差井温曲线、加压微差井温曲线和恢复微差井温曲线，进行综合分析解释，达到准确判断主产层的目的。

1　微差井温仪结构和测量原理

1.1仪器结构

微差井温仪结构示意图如图1所示，由上而下主要部件有：上传感器接头、上温度探头、接插组件、电路骨架、连接管、下传感器接头、下温度探头等。测试时，配接伽马短节用于校深。

1.2仪器主要技术指标

最高工作温度:150℃;

耐压: 60 MPa;

仪器外径: 38 mm;

仪器长度: 1 600 mm;

仪器质量: 7.5 kg;

工作电压: 40 V(DC);

工作电流: 100 mA(DC);

微差井温分辨率: 0.01℃;

微差井温响应时间: <1 s。

图1　微差井温仪结构示意图

1.3测量原理

当流体被注入或从井内产出时，井筒温度会偏离地层温度[2]，微差井温能反映地层温度变化情况。微差井温法通过模拟生产状态，测取静止-加压-放压恢复情况下的对应微差井温曲线，进而进行综合分析，判断地层产液情况。

2　电路设计

2.1电路组成

微差井温仪电路分为电源电路、信号采集电路、运算电路、仪放电路、滤波电路、压频转换电路、频率统计电路，电路框图如图2所示：

图2　电路框图

2.2信号采集及运算电路

信号采集及运算电路的作用是对传感器输出的信号进行恰当处置，便于后级处理。因为传感器输出的信号比较微弱，所以要尽可能消除共模信号。信号采集及运算电路如图3所示。

图3　信号采集及运算电路

由于在不同的温度下，微差零点会发生变化，在实验室中须对零点标定，用温补方法消除零点漂移干扰，在常温下用三个高精度电阻箱，代替两个温度探头和一个温补探头，调整电阻箱对应在各个温度点的电阻，确定零点漂移状况，如表1所示。

表1　零点漂移数据表

从表1可以看出，在不同的温度下，温度探头模拟电阻每变化100 Ω，零点对应上升20 Hz，相应地就可以在程序中对零点变化进行温补。

2.3放大及压频转换电路

放大及压频转换电路如图4所示。信号采集及放大电路的输出，首先经过高精度仪表放大器AD620放大，以便达到足够的幅度；AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至10 000。此外，AD620采用8引脚SOIC和DIP封装，尺寸小于分立电路设计，并且功耗更低(最大工作电流仅1.3 mA)；AD620具有高精度(最大非线性度40 ppm)、低失调电压(最大50 μV)和低失调漂移(最大0.6 μV/℃)特性；AD620还具有低噪声、低输入偏置电流特性[3]。

把仪表放大器AD620的输出信号送至电压频率转换器AD7741转换成频率后，可以通过单片机对频率信号进行处理。采用AD7741作为A/D转换元件有以下优点[4]:1)外围电路简单体积小，可以减小线路板面积，缩小产品体积，降低成本；2)灵活性好，可以根据实际需求调整采样周期和时钟频率，从而兼顾系统对采样速度和采样精度的要求；3)单电源5 V供电，工作电流小，内部自带2.5 V基准和时钟发生电路，使用方便，并很容易实现隔离采样。为模拟井下测试状况，用两个变阻箱代替温度探头，实验数据表明：温度探头每改变1℃，计数值改变约700 Hz，相当于仪器分辨率可以达到1/700=0.001 4℃。

图4　放大及压频转换电路

2.4电路稳定性设计

1)提高元器件的可靠性。选择高精度电阻、电容和其它器件，再经过老化筛选，经高、低温测试合格后再使用。

2)印刷电路板的抗干扰设计。采用多层板、对电源和地去耦以及采用数模混合电路中的常见抗干扰措施[5]。

3　施工简要流程

施工示意图如图5所示。

图5　施工示意图

施工简要流程分三步：1)下放仪器测量静止井温曲线；2)拧紧防喷盒，用压风机向套管内加压，测加压井温曲线；3)控制放压0.5～1.0 h，下放仪器测量产液微差井温、磁性定位曲线。

4　典型井例分析

利用该技术对机产液井进行了大量的现场试验，在证明了该技术可行性的同时也解决了很多实际问题。

2008年6月13日对D井进行套管试压，泵压4.5 MPa，停泵后降为0，出现漏失现象。2008年6月14日实施全井段微差井温测试，且对测试资料进行了综合分析。在1 467～1 473 m，静止井温曲线有正异常，认为是产液层；如果是非动层，静止井温曲线基本上是一条直线；如果是漏失层，会有负异常；而且从加压曲线上看，发现有异常，也说明是进液层，如果是不进液层，加压井温曲线基本是一条直线。再看产液井温曲线，这条曲线是在控制放压一段时间后测的，在该井段有正异常，幅度比静止井温稍小，这也说明是产液层。所以综合以上分析，认为3号射孔层为主动层；同理，对测试资料的分析认为1 410～1 430 m漏失。2008年6月20日，结合找漏、找水、硼中子资料研究决定挤灰漏点(1 410～1 430 m)；卡封3号层，生产1～2号层。2008年7月开井生产，截止到2008年11月14日的效果显示：含水由100%降至79%，累计增油129 t。D井测试资料如图6所示。

图6　D井测试资料

5　结　论

微差井温测试技术采用微差井温法，进行产液测量。通过分析静止微差井温曲线、加压微差井温曲线和恢复微差井温曲线，对产量进行定性分析，判断主产层，为后续堵水提供了重要依据。该测试方法可靠，且成功率较高。

1)微差井温仪的电路设计可靠，能实现微差井温的准确测量，灵敏度较高；

2)该仪器能监测生产层出液情况，也能用于检查酸化、压裂效果和判断串槽等；

3)测试施工时要选择恰当的加压压力和加压时间。

[1] 倪斌，阚兴福，祁鹏.找水工艺技术在石西油田的现场应用[J].新疆石油科技，2011，21(3)：5-10.

[2] 吕小霞.稠油热采井微差井温解释技术及应用[J].长江大学学报(自科版).2014，11(8)：123-124.

[3] ANALOG DEVICES. Low Cost ,Low Power Instrumentation Amplifier AD620[Z].1999.

[4] 朱思荣，周万里，张利群，等.用AD7741实现多路电化学生物传感器信号的隔离A/D采样[J].山东科学，2014,27(6)：54-58.

[5] 高振涛，张亚明，杨永祥，等.验封压力计的研制[J].石油仪器，2012，26(4)：23-24.

Development and Application of the Differential Temperature Logging Tool in Oilfield Development

GAO Zhengtao,ZHENG Qinglong,ZHENG Desheng,DU Wei, LI Shidong,WANG Jun,DU Shuai,YAN Min

(1.CNPCExplorationandDevelopmentResearchInstituteofHuabeiOilfieldCompany,Renqiu,Hebei062552,China；2.CNPCPetroleumProductionEngineeringResearchInstituteofHuabeiOilfieldCompany,Renqiu,Hebei062552,China；3.CNPCNO.4DrillingEngineeringCompany,BHDC,Renqiu,Hebei062552,China)

The structure, characteristics, main technical specifications, circuit design and test results of the differential temperature logging tool are described. Laboratory and field tests show that the performance of the differential temperature logging tool is reliable. An accurate assessment of the situation of the formation fluid production can be made through the measurement and comprehensive analysis of the temperature data.

water control and oil stabilization; water seeking technique; differential temperature; instrumentation amplifier

高振涛, 男，1970年生，高级工程师，1991年毕业于中国石油大学测井专业，2006年毕业于天津工业大学材料学专业，获硕士学位,现在中国石油华北油田公司勘探开发研究院从事油田开发技术研究工作。E-mail：626983829@qq.com

P631.8+1

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2096-0077(2016)04-0018-04

2015-12-27编辑：姜婷)