阵列式探针产出剖面测井仪改进

韩世林

(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

阵列式探针产出剖面测井仪是根据统计学的规律进行油(气)泡测量，该仪器对垂直管道中气液两相电导流动信号探测具有很好的测量效果，不受井内液体流速和地层孔隙大小的影响，仪器能够同时测量含水率与流量两个参数[1-2]。目前阵列式探针产出剖面测井仪在实际标定及现场应用中遇到的探针传感器绝缘性和耐温耐压指标低、安装繁琐、维修成本高及激励信号单一导致探针失效等问题，对探针仪器内探针传感器、集流伞进液口结构及探针传感器激励电路三部分做出了相应的技术改进。改进后的探针传感器绝缘性更好、耐温耐压指标提高，使含水测量精度更高；集流伞进液口结构改进使探针安装更加快捷方便；改进后的激励信号电路杜绝了以往直流负电产生的电镀问题，使探针传感器沾污少，提高测量精度，仪器耐用性大大提升。通过模拟井和现场应用证明，改进后的阵列式探针产出剖面测井仪测量结果更加准确可靠，重复性和一致性更好。

1 仪器简介

阵列式探针产出剖面测井仪由电路、涡轮流量传感器、阵列探针传感器、伞式集流器和驱动电机等部分组成，其结构示意图如图1所示。

图1 阵列式探针产出剖面测井仪结构示意图

流量采用涡轮流量计进行体积流量的测量，含水率的测量是当仪器的探针传感器接触到井下的油泡或水泡时，每个探针产生不同的二进制输出信号，通过信号识别判断油水，计算持水率，测量记录不同流量和含水刻度点的局部持水率，通过多点曲线拟合，建立含水率解释图版，进而进行含水率解释。

2 原仪器存在的问题

原探针传感器为手工封装，探针传感器探测部分的针尖与信号导线之间为焊点连接，针尖外壳焊接在探针支架上，针尖与外壳之间仅适用信号线自身外皮作为绝缘材质，致使探针传感器耐温耐压指标低、绝缘性差。同时由于封装简单针尖外壳与引线为压紧固定，导致探针的固定位置一致性低，并且在拨线的过程中针尖容易轴向移动，安装时容易损坏。

原探针仪器流量进液口位于集流伞上方，进液口边缘加工用于安装探针支架的凹槽，由于进液口周围存在多个安装面和顶丝固定螺孔，不仅安装过程繁琐，而且在井下沾污比较严重。同时周向安装探针传感器，在更换探针传感器时需要拆卸集流伞，维修起来费时费力。

在标定及现场应用中发现，由于阵列探针传感器的针尖在工作过程中始终带单极性直流负电，根据电解(电镀)原理，在具有一定矿化度的混合溶液中，探针针尖端作为阴极会逐渐形成镀层。镀层不但削弱了针尖的物理特性导致沾污，而且镀层中的杂质导致探针导电性能变差，影响探针测量的灵敏度，严重时甚至导致探针传感器针尖失效。

3 仪器的改进

3.1 探针传感器的改进

新探针主要由针尖、保护钢管、探针根部座和引线胶尾组成，改进了原探针传感器结构及材质，机构上采用多级钢管密封，针尖与保护钢管之间采用高温绝缘材料填充，耐压、耐温指标由原来的20 MPa和90 ℃提升至40 MPa和125 ℃；探针根部有螺纹设计，可通过密封堵上的螺纹固定在安装孔上，使探针的安装相比原传感器更加快捷方便；信号引线后连接密封胶尾，一改以往绑线连接的方式，提升了耐压指标同时也提高接线效率。改进后探针结构如图2所示。

图2 新探针传感器

3.2 集流伞进液口的改进

新式集流伞进液口设计，材料采用了镀硼处理，使仪器更不易沾污。结构上取消了以往的进液口凹槽和螺纹孔，直接在伞上部开通4个进液口，口壁上方有安装孔与探针传感器相通。传感器的安装位置改为轴向，配合探针传感器设有轴向螺纹座。该设计可使探针传感器的拆装在不用拆卸集流伞的情况下进行，提高了维修效率、降低了维修成本，并且轴向安装使传感器的定位位置更加精确一致，提高了仪器多个传感器测量的一致性。新集流伞进液口结构示意图如图3所示。

图3 新集流伞进液口结构示意图

新结构有效减少沾污面积20%，提高仪器强度5%，减少加工成本2%，并且使仪器更换探针不需要拆卸集流伞，大大提高了维修效率。

3.3 探针激励信号电路的改进

探针激励信号电路由原来的单极性直流信号电路，改进为交变直流信号即交流电路，改进后的电路原理图如图4所示。

图4 新探针传感器激励信号电路

新的探针激励信号电路将激励信号改成占空比为50%的交变直流电，高达1 kHz的转换频率，使探针传感器针尖在镀层形成之前就完成电压的转换，有效杜绝了因电镀原理产生的影响。新电路首先由单片机产生两路方波信号，两路信号高低电平相反，然后将两路信号做减法，将生成的±5 V交流方波信号施加给探针供电；探针测量的四路信号由模拟开关进行选通，送给采集芯片，激发测量时钟信号由单片机产生。

4 改进后技术指标

通过原探针仪器在模拟井标定数据和现场应用情况分析，每应用20井次就会出现1例探针传感器失效问题，针对影响测井精确度的问题进行此次改进后，在不影响原有测量效果基础上提高了部分技术指标，使改进后的阵列式探针产出剖面测井仪可以测试技术要求更高的复杂环空井，现场应用范围更广。改进后的仪器对现场施工更有帮助，目前在模拟井标定和现场应用40余井次均为出现探针灵敏度下降和探针失效问题。改进前后技术指标的对比数据见表1。

表1 阵列式探针产出剖面测井仪改进前后技术指标对比

5 应用效果分析

5.1 实验室刻度效果

改进后的阵列式探针产出剖面测井仪，在标定实验中具有较好的测量效果。仪器的含水标定数据见表2。

表2 阵列式探针产出剖面测井仪含水标定数据

依据标定数据以横轴为流量，纵轴为含水率，建立含水解释图版，如图5所示[3]。从数据和曲线可以看出改进后的阵列探针测井仪流量测量上限可以达到80 m3/d，含水测量范围可以覆盖50%～100%，各流量点含水率输出曲线分布均匀，改进后仪器含水测量具有较好的分辨率。

图5 阵列式探针产出剖面测井仪器含水刻度曲线

5.2 现场应用效果

2G172-S153井井口量油为50 m3/d,化验含水为91.2 %，通过阵列式探针产出剖面测井仪实际测量产量为52.4 m3/d，解释含水为91.8 %，测量结果与地质给出的产量和含水相符。配合井温压力磁性定位器的测井解释成果，也证明了探针仪器测量各分层的产量和含水与对应的井温曲线异常相吻合[4]。

6 结束语

改进后阵列式探针产出剖面测井仪在不改变仪器总体结构和使用的情况下，取得了较好的测量效果。采用新型探针传感器，仪器绝缘性好，耐温、耐压指标高，仪器可靠性好，适用高温井的测量，应用范围更广；减少仪器沾污，更换探针不再需要拆卸集流伞，提高了仪器组装和维修的效率，降低维修成本，提高了仪器的重复性和一致性；减少了探针传感器在井下的电镀和腐蚀，提高了仪器的使用寿命，提高了仪器的耐用性；针对中高含水率井测量具有较好的分辨率。