产出剖面遥测井温压力磁定位仪温度常数优化研究

张 琦

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163000)

0 引 言

产出剖面测井的应用十分广泛，它是了解油水井生产动态的重要手段。井温曲线在产出剖面的资料分析中有着重要的作用[1-4]，地层的温度通常是按照地温梯度有规律变化的，随着油田的开采，储集层的产出、注入或漏失、窜槽以及压裂、堵水等各种改造措施，会形成温度场的局部异常。通过井温仪测量并记录产出剖面中温度的异常变化，通过温度微差曲线可定性判断主产层[5-7]。大庆油田主力油层井深不超过2 000 m，所以最初选择的是脉冲井温压力磁性定位测井仪[8]，但脉冲井温压力磁性定位测井仪存在井温干扰磁定位、井温压力输出不稳、以及井深超过2 000 m时，数据无法传输到地面等问题，为此研制标准曼码产出剖面遥测井温压力磁定位仪[9]，解决脉冲井温压力磁性定位测井仪存在的问题。第一代标准曼码产出剖面遥测井温压力磁定位仪参考注入剖面标准曼码遥测仪器的温度常数，产出剖面井温选择的温度常数为0.010 ℃/Hz左右。但是在实际生产中，所测得的井温曲线存在拐点不明显的问题，无法判断主产层。因此，优化产出剖面温度常数对判断产液点位置有至关重要的意义。

1 试验数据分析

1.1 示值误差比较

试验过程中，每支仪器的电路板和温度传感器相同，不同的是温度常数。不同的温度常数通过改变单片机的程序来实现。试验记录了3支标准曼码产出剖面遥测井温压力磁定位仪(以下简称井温仪)在温度常数分别为0.010、0.015、0.020、0.025、0.030 ℃/Hz 5种情况下进行水浴加温试验所得的试验数据，其中对每个温度常数进行5组测量，每一组重新更换水浴加热的介质水。从不同温度常数的5组试验数据的示值误差(见表1、表2、表3)可以看出，其示值误差值均在最大允许误差±0.5 ℃范围内，测量结果可靠。

表1 第一支井温仪的示值误差 ℃

表2 第二支井温仪的示值误差 ℃

表3 第一支井温仪的示值误差 ℃

通过比较示值误差，并不能区分温度常数，因此还需要比较灵敏度、稳定性误差、标准差。

1.2 灵敏度比较

井温仪温度测量的计算方程为:

T=KF+T0

(1)

式(1)中：T为温度传感器测量值，℃；K为温度常数(斜率)， ℃/Hz；F为温度传感器输出频率值， Hz；T0为常数项，℃。

灵敏度数值的计算公式为：

(2)

式(2)中：Δy为测量仪器响应信号增量，℃；Δx为被测量信号增量，Hz。

所以，井温仪的温度传感器的灵敏度：

(3)

由式(3)可知，灵敏度也就是井温仪温度测量的计算方程的斜率，即温度常数。灵敏度直接依赖于温度常数，随着温度常数的增大，灵敏度逐渐增高，斜率越大，灵敏度就越高。仪器的灵敏度反映的是仪器的最大检出能力，它是衡量仪器优劣的一个重要标志[10]。但是随着灵敏度的提高，噪声也随之增大，检出能力不一定会改善和提高。由于灵敏度没有考虑到测量噪声的影响，仪器的灵敏度越高，其稳定性会变差。

因此要选取最佳温度常数，需要兼顾灵敏度、稳定性和重复性。为此，比较不同温度常数实验数据的稳定性误差和实验标准偏差。

1.3 稳定性误差比较

将同一支仪器相同温度常数实验所得的输出频率值分别带入其前一组的响应方程中，所得测量温度与实验标准温度的差值即为稳定性误差，稳定性误差的绝对值应小于最大允许误差的绝对值0.5 ℃。取不同温度常数实验中每组最大的稳定性误差绝对值进行比较(见表4、表5、表6)，除温度常数为0.020 ℃/Hz的实验数据外，其他温度常数的最大稳定性误差均出现了超出最大允许误差的情况，超出的数值已在表格中用红色标出。

表4 第一支井温仪的最大稳定性误差 ℃

表5 第二支井温仪的最大稳定性误差 ℃

表6 第三支井温仪的最大稳定性误差 ℃

从最大稳定性误差比较中可以看出，当温度常数为0.010 ℃/Hz、0.015 ℃/Hz和0.025 ℃/Hz时，井温仪在同一温度常数的多次测量中的稳定性较差，温度常数为0.030 ℃/Hz时其次，而当温度常数为0.020 ℃/Hz时，井温仪在同一温度常数的多次测量中的稳定性误差绝对值均不超过最大允许误差的绝对值(0.5 ℃)，稳定性最好。

1.4 试验标准偏差比较

试验温度测量上限为125 ℃，在每组试验中均设置了67 ℃这一标准温度，现选择不同温度常数每组试验中标准温度为67 ℃时的输出频率作为测量值，应用贝塞尔公式计算出试验标准偏差并进行比较，见表7和图1。

表7 试验标准偏差 Hz

图1 不同温度常数试验标准偏差比较

从不同温度常数试验数据的试验标准偏差趋势线(图1)比较中可以看出，当温度常数为0.010 ℃/Hz和0.015 ℃/Hz时，试验标准偏差较大且比较分散；当温度常数为0.025 ℃/Hz时次之且相对集中；当温度常数为0.030 ℃/Hz时，试验标准偏差相对较小且比较集中；当温度常数为0.020 ℃/Hz时，试验标准偏差最小且最集中。结果表明，当温度常数为0.020 ℃/Hz时，试验标准偏差最小，误差最集中，重复性最好。

综合以上分析可知，当温度常数为0.020 ℃/Hz时，井温仪在测量过程中，示值误差不超差，灵敏度较好，稳定性最好，重复性最好。因此选取0.020 ℃/Hz为产出剖面遥测井温压力磁定位仪最佳温度常数。

2 模拟和测井井温曲线分析

从0.010、0.015、0.020、0.025、0.030 ℃/Hz 5组温度常数中选取示值误差(绝对误差)最小的温度常数，代入同一温度的模拟测井曲线，观察横向拐点变换情况。通过观察，0.010 ℃/Hz横向变化最小，0.030 ℃/Hz最大，这和试验数据分析一致。将温度常数设定在0.020 ℃/Hz，通过实践发现，手动模拟所得的井温曲线和实际生产中所得的井温曲线的拐点都比较明显(见图2和图3)，能够满足实际生产需要。

图2 手动模拟井温曲线

图3 实际生产井温曲线

综合试验数据和模拟测井井温曲线，确定0.020 ℃/Hz为产出剖面遥测井温压力磁定位仪最佳温度常数。

3 结 论

1)温度常数在0.020 ℃/Hz左右时，仪器示值误差不超差，灵敏度较高，稳定性最好，误差最集中。

2)确定温度常数0.020 ℃/Hz为产出剖面遥测井温压力磁定位仪最佳温度常数，产出剖面遥测井温曲线的拐点明显，能够满足实际要求。