阻抗式含水率计在多种驱替介质下的适应性分析

2019-01-22黄春辉胡金海刘兴斌王延军

石油管材与仪器 2018年6期

黄春辉，胡金海，刘兴斌，李军，王延军

(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

产液剖面测井[1-2]是了解油井各层产液情况的重要依据，为油田动态监测、制定开发方案提供参考数据。为了保持油田持续有效开发，大庆油田开展了聚驱、三元复合驱等开发新技术，使油井中产出液流体更加复杂。井下流体介质复杂，对产液剖面测井提出了新的考验，有必要对现有两相流测井仪器进行适用性评价。

阻抗式含水率计[3-4]是大庆测试分公司自主研发的油井产出剖面测井仪器，较好地解决了水为连续相的产出油井中流量与含水率的测试问题。目前，该仪器已成为高含水油田重点应用的生产测井主导技术。采用阻抗式含水率计分别在水驱油/水两相流、聚驱、三元复合驱产出井中进行了试验，评价仪器在不同驱替介质中的适用性。

1 仪器工作原理

阻抗式含水率计由伞式集流器、涡轮流量计、阻抗含水率传感器及电路短接组成。阻抗含水率传感器位于伞式集流器上部，传感器内径为19 mm，流量测量范围0～80 m3/d，含水率测量范围50～100%。

阻抗含水率传感器[5-6]由镶嵌在绝缘管内壁上按一定距离排列的四个圆环形不锈钢电极组成，外面一对电极作为激励电极，中间一对电极作为测量电极。该仪器的工作原理是根据电导理论，通过测量油水混合相电导率和其中水相电导率的比值来确定含水率。当伞式集流器撑开，进液口打开，仪器在集流状态下测得油水混合相电导率，称为混相值；当伞式集流器收拢，进液口密封，仪器在取样状态下测得水相电导率，称为全水值。全水值与混相值的比值即为含水率相对响应，含水率相对响应的大小反映了待测流体含水率的大小,全水值的准确测量是含水率测量的关键因素。

2 在水驱油/水两相流井中的试验

阻抗式含水率计适用于水为连续相的高含水油/水两相流产出剖面测井，能准确测量流量及含水率，提供准确的分层测试结果。B-XX1井是大庆油田采油三厂一口水驱产出井，井口量液35.4 m3/d，化验含水93.2%，采用阻抗式含水率计在该井进行测试。如图1所示为第1测点(深度871.2 m)采集的流量时间曲线，曲线平滑，没有较大较剧烈的上下波动，随油井冲程冲次波动变化明显，每一个冲次周期内流量曲线只有一个流量高值，平均流量为37.2 m3/d，测量结果接近井口量液。如图2所示为第1测点(深度871.2 m)采集的阻抗传感器混相值时间曲线，曲线平滑，没有较大较剧烈的上下波动，随油井冲程冲次波动变化明显，并与同时采集的流量曲线相对应，体现了含水率的实时变化，混相值平均值为313.7 Hz。如图3所示为该测点集流伞收拢时对流体进行取样进行全水值的测量，测量的全水值曲线平稳，没有波动，近于一条直线，全水值平均值为281.7 Hz，测量含水率91.5%，测量结果接近井口量液。解释成果见表1，测量全井产液37.2 m3/d，合层含水91.5%，接近井口计量的产液和含水，第1测点的S11(1)-S12(2)层为主产层，分层产液14.4 m3/d，分层产油0.91 m3/d。在水驱油水两相流产出油井中，阻抗式含水率计工作稳定，可以提供准确的含水率测试结果。

图1 B-XX1井871.2 m流量曲线

图2 B-XX1井871.2 m混相值曲线

图3 B-XX1井871.2 m全水值曲线

测点深度/m层位合层产量/(m3·d-1)合层含水/%分层产量/(m3·d-1)合层产水/(m3·d-1)合层产油/(m3·d-1)分层含水/%分层产水/(m3·d-1)分层产油/(m3·d-1)871.2S11(1)-S12(2)37.291.514.434.043.1693.7213.490.91886.3S14+5(1)-S14+5(2)22.890.14.520.542.2690.514.070.43912.9S24(1)-S213+1418.3901.316.471.8369.080.8980.4953.6S311791.67.115.571.4396.96.880.22957S32(1)-S33+4(1)9.987.89.98.691.2187.88.691.21

3 在聚驱井中的试验

聚合物驱油提高采收率技术[7]的应用使得井下流体更加复杂，产出液粘度、矿化度等都是影响产液剖面测井的复杂因素。阻抗式含水率计是通过全水值与混相值的比值来确定含水率的，因此测井时对井下复杂流体进行全水值的准确测量是含水率测量的关键。应用阻抗式含水率计在聚驱井中试验29井次，取得了较好的测量效果。

N-SXX井为采油二厂聚驱产出井，井口量液49.6 m3/d，化验含水92.8%，井口取样化验流体粘度11.16 cP，用阻抗式含水率计在该井进行测试。如图4～图6所示分别为第1测点深度988 m测量的流量、混相值及全水值曲线图。图4流量曲线随油井冲程冲次波动变化明显，每一个冲次周期内流量曲线只有一个流量高值，平均流量为52.2 m3/d，接近井口量液。图5所示混相值曲线能够分辨出随冲程冲次变化，但波动明显减小，这是由于产出流体中含有聚合物溶液，流体粘度大使油泡分布较为均匀，且油泡直径较小，加之流量较大，滑脱速度影响小，油泡在高粘度流体中被动地随流体移动而移动，因此受冲程冲次的影响较小。如图6所示为收伞测量的全水值曲线，随时间的增加，全水值逐渐减低，直至稳定在134.3 Hz，可见在聚驱产出井中油水分离过程较慢，测量全水值时要增加测量时间，等数值稳定后再进行测量。测量全井合层含水95.0%，接近井口化验含水率，含水率测量结果受粘度影响小。

图4 N-SXX井第1测点流量曲线

图5 N-SXX井第1测点混相值曲线

图6 N-SXX井第1测点全水值曲线

解释成果见表2，测量全井产液52.2 m3/d，合层含水95%，接近井口计量的产液量和含水率，第6测点的S211层为主产层，分层产液37.3 m3/d，分层含水率96%。试验结果表明在聚驱产出井中，阻抗式含水率计工作稳定，可以提供准确的含水率测试结果。

表2 聚驱N-SXX井测井解释成果表

4 在三元复合驱井中的试验

三元复合驱[8-9]开发技术相对水驱提高采收率可达到20%以上，已经成为大庆油田持续发展的重要接替技术。用阻抗式含水率计在三元复合驱井中试验27井次，试验结果表明阻抗式含水率计能够适应三元复合驱油井的含水率测量需求。

N-XX5为采油二厂三元复合驱产出井，井口量液35 m3/d，化验含水94.2%，井口取样化验流体粘度2.13 cP，用阻抗式含水率计在该井进行测试。如图7～图9所示分别为第1测点深度936 m测量的流量、混相值及全水值曲线图。如图7所示流量曲线随油井冲程冲次波动变化明显，平均流量为37.7 m3/d，接近井口量液。如图8所示混相值曲线波动较小，与聚驱井中测量的效果相同。如图9所示的全水值曲线，随时间的增加，全水值逐渐减低，直至稳定在95.6 Hz，因此在三元复合驱产出液中，测量全水值时要增加测量时间，等数值稳定后再进行测量。测量全井合层含水96.3%，接近井口化验含水率，含水率测量结果受粘度影响小。

解释成果见表3，测量全井产液37.7 m3/d，合层含水96.3%，接近井口计量的产液量和含水率，第2测点的P12(1)层为主产层，分层产液23.8 m3/d，分层含水率98%。试验结果表明在三元复合驱驱产出井中，阻抗式含水率计工作稳定，可以提供准确的含水率测试结果。

由于聚合物和三元液都是电的良导体，不同浓度的聚合物溶液相当于产出液中不同的矿化度浓度，在实验室内配制了不同矿化度的溶液，检验矿化度浓度对含水率测量的影响，矿化度从1 000 ppm逐渐增加到11 000 ppm。如图10所示为不同矿化度溶液中阻抗传感器实验结果，实验证明矿化度的变化对含水率测量结果没有影响。阻抗传感器测量原理是根据电导理论，通过测量纯水相电导率(全水值)和混合相电导率(混相值)的比值(称为含水率相对响应)来确定含水率。矿化度的变化导致测量的全水值和混相值发生变化。但由于矿化度的变化同时使混相值和全水值等比例的增加或等比例的减小，因而保持含水率相对响应不变。试验结果表明，阻抗式含水率计不受矿化度的影响，在聚驱和三元复合驱井中水为连续相时能够准确测量含水率。

图7 N-XX5第1测点流量曲线

图8 N-XX5第1测点混相值曲线

图9 N-XX5第1测点全水值曲线

测点深度/m层位合层产量/(m3·d-1)合层含水%/分层产量/(m3·d-1)合层产水/(m3·d-1)合层产油/(m3·d-1)分层含水/%分层产水/(m3·d-1)分层产油/(m3·d-1)936P11-237.796.38.936.31.390.978.660.24945P12(1)28.89623.827.651.150.9823.40.38954P13(1)584.62.74.230.770.932.520.18959P142.374.52.31.710.590.7451.710.59