基于电磁法高含水油井产液剖面测井仪现场应用

王延军, 成志伟, 张玉辉, 刘艳玲, 张自成, 刘兴斌

(1.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150006; 2.大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司, 黑龙江 大庆 163453)

0 引 言

大庆油田长垣老区综合含水已达到90%以上,产出剖面测井主要使用涡轮流量计-阻抗式含水率计组合测井仪进行流量和含水率测量[1-3]。对于出砂严重的油井,特别是进行三元复合驱工业化推广应用之后,井下测量环境更为恶劣,油井产出液状态更加复杂,井筒中固形块状结垢物富集,导致涡轮流量计极易卡死;产液流体黏度变大,涡轮流量计受到流体黏度的非线性影响,无法准确测量产量。因此,急需研发不受流体黏度影响、可靠性高的流量测量新技术。

电磁法测量流体流量被广泛应用于油田注水井、注聚井的注入剖面测井中[4-6]。经过多年攻关,研发成功了无可动部件、可靠性高、不受流体黏度影响的过环空小直径集流型电磁流量计[7-11],成功实现了与现有产出剖面测井仪器涡轮流量计-阻抗含水率计的配接,形成了新型的集流电磁流量-涡轮流量-阻抗含水率组合测井仪器。仪器在模拟井上完成了油水两相流以及不同黏度聚合物溶液中标定评价,在水驱、聚驱以及复合驱油井累计完成现场试验评价47井次,取得了良好的测井资料,验证了仪器的可靠性和测量数据的准确性。

1 仪器整体结构设计及技术指标

1.1 仪器整体结构设计

仪器结构示意图见图1。仪器从下而上依次为集流器、涡轮流量计、阻抗含水率计、电磁流量传感器、流体出液口、电路筒。电磁流量传感器结构(见图2)由2个发射磁极和2个测量电极构成,由内向外分别为绝缘内衬、金属内壁、液压油、金属外壁。2个接收电极与2个发射磁极在圆周上相互垂直均匀分布,接收电极镶嵌在绝缘内衬壁上,直接接触测量流体,磁极由磁芯和线圈2部分组成,即在每个磁极磁芯的外侧均包裹线圈,产生交变磁场,当导电流体从流道内流过时将切割磁力线,并产生感应电动势。该仪器采用集流的测量方式以提高传感器内流体流速。流量测量可以采用涡轮流量计和电磁流量计2种方式,以提高测井成功率及测量可靠性;含水率测量采用阻抗含水率计[1]。

仪器外径Φ28 mm;耐温125 ℃;耐压40 MPa;含水率测量范围和精度50%～100%(±3%);流量测量范围及精度±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 模拟井实验结果

对研制的2支测井仪器在模拟井实验室进行了油水两相流中的标定实验,流量调节分别为60、55、50、40、30、20、10、5、4、3、2、1、0.5 m3/d,含水率调节为50%～100%,以10%的间隔增加。

图3所示为1号仪器在清水中进行5次标定的结果。图3显示,仪器在清水中标定时具有很好的重复性及良好的线性,表明仪器工作状态良好,测量稳定可靠。

图3 1号仪器清水中电磁流量标定结果

图4、图5分别为1号、2号仪器在油水两相流中的标定结果。图4、图5中,当含水率超过60%,同一流量时不同含水率下仪器响应频率接近,显示出伞集流电磁流量计在油水两相情况下标定结果不随含水率变化而变化,并与清水中标定结果基本一致;当含水率超过50%、流量超过30 m3/d,电磁流量计在油水两相情况下标定结果不随含水率变化而变化,并与清水中标定结果基本一致。

图4 1号仪器模拟井电磁流量油水两相实验结果

图5 2号仪器模拟井电磁流量油水两相实验结果

图6 1号仪器油水两相中电磁流量测量误差分布

图7 2号仪器油水两相中电磁流量测量误差

为了解电磁流量计测量高含水油水两相流的流量测量误差情况,对误差进行了计算。图6、图7所示分别为1号、2号仪器在油水两相流中测量流量时误差分布情况。图6、图7显示,当含水率高于60%、流量高于5 m3/d时测量误差均在±5%以内;当含水率高于80%、流量高于10 m3/d时测量误差均在±3%以内。

2 现场应用情况及分析

2.1 总体试验情况

在4个采油厂水驱、聚驱以及三元复合驱油井中完成现场试验及生产应用47口井。对47口井进行统计分析:①有2口井仪器下井后无法正常工作,测井成功率为96%;②完成了7口高黏度井的测试,电磁流量计测井成功率为100%;③有12口油井由于涡轮流量计出现砂卡导致测量失败,电磁流量计测井成功率为100%;④在5口井中完成了2支仪器的一致性和重复性对比,仪器的最大重复性误差小于3%,仪器的最大一致性误差小于5%,仪器的重复性和一致性良好;⑤全井测量误差与井口计量误差优于10%的油井占全部测试油井的比例为85.1%,仪器的测量准确性较高。现场试验及应用中获得了良好的测井效果,在高含水井中应用能够提供可靠的测量结果。

2.2 高黏度井现场试验

完成了5口高黏度井的测试,成功率为100%。杏X6-1-×井为三元复合驱产出井,井口产量30 m3/d,化验含水98%,测井当天化验黏度13.8×10-3Pa·s。表1为涡轮流量计测井解释成果,涡轮流量计2次重复测量全井产量分别为18.6 m3/d和19.5 m3/d,与井口产量的偏差分别为-38.0%和-35.0%。表2为电磁流量计测井解释成果,电磁流量计2次重复测量全井产量分别为27.2 m3/d和28.1 m3/d,与井口产量的偏差分别为-9.3%和-6.3%,重复性和准确性较好。对比表1和表2,电磁流量计在每个测点的测试结果均明显高于涡轮流量计的测试结果,电磁流量计的测量准确性优于涡轮流量计。电磁流量计测量流量明显高于涡轮流量计的原因是流体黏度高于10×10-3Pa·s,涡轮流量计受到流体黏度的非线性影响导致流量测量误差变大[12],电磁流量计不受流体黏度影响[13]。

表1 X6-1-×井涡轮流量计测井解释成果表

表2 X6-1-×井电磁流量计测井解释成果表

2.3 涡轮砂卡井现场试验

统计共有12口油井由于涡轮流量计出现砂卡导致测量失败,而电磁流量计测井成功率为100%。X2-1-×井为三元复合驱产出井,井口产量9 m3/d,化验含水98.2%。该井井况复杂,涡轮流量计在第1测点被卡死导致流量测量失败,但电磁流量计很好地完成了该井的测试。表3为电磁流量计测井解释成果,电磁流量计2次重复测量全井产量分别为8.8 m3/d和8.6 m3/d,与井口产量的偏差分别为2.2%和4.4%,重复性和准确性较好。该井测试结果表明,涡轮流量计卡死造成测量失败,电磁流量计能够完成流量测量,提高了测井成功率,显示了电磁流量计在涡轮易砂卡油井中的应用优势明显。

表3 X2-1-×井电磁流量计测井解释成果表

2.4 重复性及一致性现场试验

为了检验仪器的重复性和一致性,在5口井中完成了2支仪器的一致性和重复性对比试验。结果表明仪器的最大重复性误差优于3%,仪器的最大一致性误差优于5%,仪器的重复性和一致性良好。X12-1-×井为聚合物驱产出井,井口产量49.2 m3/d,化验含水82.4%。表4为1号电磁流量计的测井解释成果,在每个测点深度都进行了重复性测量,1号电磁流量计3次重复测量全井产量分别为52.2、52.2、52.3 m3/d,与井口产量的偏差分别为6.1%、6.1%、6.3%,重复性和准确性较好。表5为2号电磁流量计的测井解释成果,在每个测点深度都进行了重复性测量,2号电磁流量计3次重复测量全井产量分别为51.7、51.0、50.1 m3/d,与井口产量的偏差分别为5.1%、3.7%、1.8%,重复性和准确性较好。1号仪器和2号仪器的一致性误差为4.5%。2支仪器的测量结果互相验证,证明电磁流量计测量数据可靠可信,重复性和一致性较好,可以准确给出各层产量。

表4 X12-1-×井1号电磁流量计测井解释成果表

表5 X12-1-×井2号电磁流量计测井解释成果表

3 结 论

(1) 涡轮流量计因有旋转部件并且易受流体黏度的非线性影响,在出砂严重的油井和流体黏度高的油井无法完成测井任务;电磁流量计测量通道没有可动部件和阻流部件,流量测量不受油井出砂、流体黏度的影响,可以适应恶劣井况的产出剖面测井需求。

(2) 电磁流量计在井下工作稳定可靠,测试成功率高,测量准确性、重复性和一致性良好;在水驱、聚驱和三元复合驱油井具有良好的应用前景。

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