注气剖面五参数测试仪的改进

(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)

·仪器设备与应用·

注气剖面五参数测试仪的改进

宋延彰

(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)

在CO2驱开发过程中,需要测量各油层的注气量。为了适应CO2分层注入流量调配测量结果准确、施工方便的要求，将注气剖面五参数测试仪从仪器外径、隔热设计、实时时钟、密封方法、涡轮结构等方面进行了改进。现场试验表明，改进后的仪器能够准确测量各层段的注气量。

CO2驱；注气剖面测试；五参数测试仪

0 引 言

在注CO2开发过程中，需要了解注入井各层段注气量。目前，适合分层注气管柱注气剖面测量的方法主要有两种：脉冲中子氧活化测井方法和五参数注气剖面测试方法[1]。脉冲中子氧活化测井方法可以测量层段注气量，也可以测量各小层位的注气量[2]。但在施工过程中采用测井电缆施工，密封测量较为复杂且费用较高。五参数注气剖面测试分为两种，一种是采用测井电缆施工，以集流方式测量，同样存在密闭测量复杂的问题；另一种为利用钢丝施工，以非集流的方式测量，但存在测量流量下限高的问题[3]。为适应CO2分层注入流量调配的要求，有必要改进测量仪器，保证测量结果准确，同时降低施工成本。目前，主要从仪器外径、隔热设计、实时时钟、密封措施、涡轮结构等方面对非集流式五参数注气剖面测试仪进行改进，并在现场实验中取得了较好的测量效果。

1 仪器简介

MP35-350注气剖面五参数测井仪的测量参数包括温度、压力、流量、伽马和磁性定位。仪器结构如图1所示，工作原理如图2所示。该仪器电路主要包括电源电路、温度、压力、流量、磁定位和伽马信号处理与采集电路。

采用铂电阻(PT1000)作为温度传感器。恒流源激励温度传感器，温度信号经24位A/D采样后送给单片机存储。

采用kulite压力传感器，压力传感器为+3 V恒压驱动，压力信号经24位A/D采样后送给单片机进行存储。

图1 MP35-350注气剖面五参数测井仪结构图

图2 MP35-350存储式注气五参数测井仪工作原理图

流量传感器由磁钢和干簧管组成，当涡轮转动时，磁钢靠近干簧管使干簧管导通，磁钢远离干簧管使干簧管截止，从而输出一连串的脉冲信号，该信号经脉宽整形后送单片机采集与存储。

磁定位传感器由磁钢和线圈组成，当仪器的磁定位线圈经过套管或油管节箍时，因其周围磁介质的变化，引起线圈磁力线的变化，因此线圈两端将输出感应电动势信号，此信号经过低通滤波及放大处理后送单片机进行采集与存储。

伽马传感器由晶体和光电倍增管组成，光电倍增管输出信号经射极跟随、电压比较和脉冲整形后送单片机进行采集与存储。

2 仪器改进

2.1 缩小仪器外径

在CO2注入井中，由于CO2能萃取或者气化原油中的轻质成分，而原油中的重质成分经常留在井壁上，使仪器很难通过[4]。为了提高仪器通过率，将仪器的外径由原来的38 mm缩小到35 mm。改进后仪器适用性更强，降低测井遇阻概率。

2.2 优化隔热设计

采用先进的保温瓶结构，仪器内部两端加装吸热体，有效保证了仪器在高温汽井内工作的可靠性。仪器零件连接处采用焊接或金属密封。压力传感器内置于保温瓶内，压力通过导压管传导于压力传感器。电子器件、DC/DC全部采用高效率高温器件，电路采集系统整体热功耗小于130 mW。仪器外壳采用隔热设计，在350℃环境温度中，4个小时仪器内部温度可以保持在90℃以下，6个小时仪器内部温度可以保持在150℃内。国内老式存储五参数测试仪不具有隔热功能，仪器最高耐温150℃，仪器在高温下工作3小时后元件的性能不稳定，影响测试效果。

2.3 采用实时时钟

由于仪器采用试井钢丝测量，在现场施工时，需要将仪器存储的测量数据和深度记录仪测量的深度数据相对应。为了完成这一功能，在地面回放系统中设计了控制器，使控制器与仪器时间同步，同时控制器可记录任意时间时仪器下入的深度。地面回放时可显示测量实时时钟，将深度数据与仪器数据相对应。老式存储五参数测试仪要求控制器与仪器之间必须严格地同步记录深度，且中途出现误碰控制器按钮就会导致测试中断，影响施工效率。

2.4 采用高速采集的数字系统及存储芯片

由于是非集流仪器，在测量低注入量时，需要采用快速上提方式测量，所以为保证高速上提过程中，仪器能够完美记录接箍、伽马数据，需要缩短仪器采样间隔。仪器采用低噪声、低功耗24位的ADC，内置片内仪表放大器和基准电压源AD7794，编程可选更新速率(10 Hz～470 Hz)和增益(1～128倍)。仪器采样间隔可缩短至62.5 ms，有效保证及时准确录取数据。老式存储五参数测试仪采样间隔为120 ms，速度过快可能导致接箍信号不全面，从而限制了仪器上提下放速度。

信号采集主要由24位AD转换芯片AD7794和dsPIC33FJ64GP804单片机完成。温度、压力及保温筒内部温度由AD转换芯片采集，伽马、流量、电池电压及磁定位通过单片机采集；采用AT45DB642存储器存储测量数据，存储容量为64 Mbit；AD转换芯片、存储器和单片机之间采用SPI总线通讯。

2.5 选用高性能电池及电源电路

电池采用美国EI的PMX150-3B1065。标称电压3.9 V,工作温度-20～150℃，电量1.6 Ah，额定放电电流20 mA，最大连续放电电流150 mA。仪器使用4节5号(AA型)锂电池串联供电。

两片LM2574电源芯片为处理电路提供3.3 V和5 V供电，其中5 V供电和高压模块供电受单片机控制，在非采集数据时间内处于关闭状态。

2.6 便携人性化的地面控制器

采用飞思卡尔的32位处理器，搭载了UC/OS-II多线程实时操作系统的MP-KZQ存储式多参数控制器，具有功能强大、体积小、续航能力强、操作简便等优点。将设定仪器的工作模式、标定、检定仪器数据、实时显示深度、数据回放等功能集于一身。控制器外置丰富的接口，与适配器连接完成电池充电功能，与深度码盘连接完成深度测量、与仪器连接完成仪器工作模式设置，实时读取仪器数据，回读仪器存储的数据。老式的控制器体积较大、要专门连接电源，现场施工操作不方便。

2.7 优化机械工艺

流量探头、温度探头采用氩弧焊焊接，压力毛细管与集成头采用激光焊焊接，可承受60 MPa压力；仪器外漏机构的材料全部采用具有高耐压强度、良好抗腐蚀疲劳能力、抗水滴性能强的17-4PH钢材；保温瓶尺寸加工的精度、光洁度达到0.08，可承受60 MPa压力，焊缝处的密封性能得以保证。老式存储五参数外漏机构的钢材选用抗腐蚀能力较弱的铬镍合金钢，在高温高压下长期工作焊缝可能会有渗漏。

2.8 增强密封可靠性

仪器密封方式由两道O型橡胶圈改为两道O型橡胶圈加一道金属垫密封。老式存储五参数测试仪采用单纯的两道O型橡胶圈，密封性相对较差。

2.9 改变涡轮结构

涡轮由三叶片改为五叶片，导程由70 mm缩短到45 mm，涡轮轴针采用11Cr17材质，宝石轴承，涡轮总成质量3.8 g，转动平稳，宝石轴承不易碎，启排低。磁钢和干簧管组成流量传感器，当涡轮转动时，干簧管会不停地导通与截止，从而输出一连串的脉冲信号，在高温下能可靠运行。

老式存储五参数测试仪的涡轮采用三叶片，导程长达70 mm，转动平稳性差，且宝石轴承很容易碎裂，导致涡轮时转时不转，从而影响流量测试。

3 现场试验

应用改进的仪器进行现场施工3井次，以树a井测量效果进行说明。

第一、二层段气嘴均为空网。采取自下而上连续测量的方式，测量3次，每次测量后对注入量进行调整，稳定注入1 h后再次测量。注气量分别为25.2 m3/d、18 m3/d、7.2 m3/d。基于3次测量结果分析，得出相同结论：

1)第一配注层段为主要注气层段；

2)第二配注层段不注气；

3)为缓解层间矛盾，需对各层段气嘴进行调整；

4)该测井仪测量结果能够指示层段注气情况。

为此，将第一层段气嘴更换为1.4 mm，更换后再次测量注气剖面。施工时，注气量为26.4 m3/d，仍采用自下而上方式连续测量。

树a井解释成果如图5所示。配注层段注气比例为：F313 57.47%；Y16 42.53%。从测量结果看，更换气嘴后，第一配注层段注气量得到控制，第二配注层段注气量得到加强，实现了对注气量的调整。

4 结 论

1)改进后的仪器能够准确反应各层段相对注气情况；

图5 树a井解释成果图

2)改进后的仪器测量的注气数据能够为层段注气方案调整提供依据，并对调整结果进行初步评价；

3)目前改进后仪器流量启动排量仍然较高，需要采用上提连续测量方式。测速是否稳定，影响测量解释结果。

[1] 汤金奎，高伟，祝志敏，等.CO2驱注气剖面测井技术优选[J].测井技术，2016，40(3)：352-355.

[2] 徐海涛，肖 勇，刘兴斌.氧活化测井技术在二氧化碳注气剖面中的新应用[J].石油仪器，2011,25(5)：42-48.

[3] 吴华磊,王卫国. CO2驱注入剖面测井方法及应用[J]. 测井技术, 2013, 37(2):196-199

[4] 宋 佳,李 晨. 液态二氧化碳实验区注入状况实析[J]. 石油仪器, 2013, 27(2):66-68

ImprovementofFiveParameterTestInstrumentforGasInjectionProfile

SONGYanzhang

(LoggingandTestingServicesCompany,DaqingOilfieldCo.Ltd.,Daqing,Heilongjiang163453,China)

During CO2flooding process, it is necessary to measure the injection volume of each layer section. To meet the needs of the deployment of stratified flow including accurate results and convenient construction，the instrument was improved from five aspects, such as instrument diameter，insulation design，real-time clock，sealing method and turbine structure. As shown by the experiments, the improved instrument can accurately measure the injection volume of each section.

CO2flooding; CO2injection profiles; five parameter test instrument

宋延彰，男，1980年生，工程师，2011年获北京大学构造地质学专业硕士学位，现主要从事测井、试井测试技术研究及管理工作。E-mail:78569098@qq.com

P631.8+11

A

2096-0077(2017)05-0063-04

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.05.016

2017-04-12编辑姜 婷)