超声波多普勒三相流测井仪在大庆八厂的应用

2021-11-10牟腾

石油管材与仪器 2021年5期

牟腾

(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

目前大庆八厂产出剖面测井受产脱气影响日益严重，含气条件下油、气、水三相流体的含水率变化剧烈、非常不稳定[1-2]，气相成为影响产液剖面测井精度的主要因素之一。传统过环空阻抗式找水仪等产液剖面测井仪采用涡轮流量计测量流量[3-4]，井底出砂会造成涡轮砂卡的问题，需要无可动部件的流量计取代涡轮流量计[5]。因此，在八厂地区实施产出剖面测井时，需要一种既可测得三相流量数据、又能解决涡轮砂卡问题的测井技术。超声波多普勒三相流测井技术利用超声波的反射特性和多普勒原理，仅通过唯一传感器，录取一项完整数据，后期解释利用这一项数据就可以获取三相流量特征信息。其优势还在于整支仪器无可动部件，不存在流量计砂卡问题。

1 测量原理与解释方法

图1是超声波多普勒三相流测井仪结构示意图。测量传感器包括超声探头、反射体、耦合液、外筒等。该测井仪采用了超声探头与反射体分离的设计方式，工作时传感器居于套管中央，超声探头发出连续的超声波，通过耦合液垂直射向反射体，再经流体折射回超声探头，将声强和频率信号转换成电信号，达到测量目的[6]。

图1 超声波多普勒三相流测井仪结构示意图

超声波多普勒三相流测井仪测量反映声波信号特征的功率谱[7]。曲线幅度的高低主要反映油泡或气泡的多少，幅度越高一般对应油量或气量越大；曲线中心频率的高低主要反映油泡或气泡速度的大小，气的频率较高，油的频率较低。对三相流状态下不同含水率流量点的功率谱，用广义高斯函数拟合谱峰参数，用聚类分析法将相似度高的特征参数归为一类从而降低问题的复杂程度，最后用最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型定量计算油、气、水流量。支持向量机法和神经网络法[8]解释精度基本一致。

为了与超声波多普勒三相流测井仪的分层测井结果进行对比，试验中还应用了气液分离-体积累积式低产液三相流测井仪，简称低产液三相流测井仪，结构如图2所示。由上而下依次为：磁性定位、井温、电路筒、出液孔、涡轮、溢气孔、集流伞。

图2 低产液三相流测井仪结构示意图

测量过程中油、气、水三相流向上流动，达到集流伞部位时，由于密度不同而发生分层，气体由自动溢气装置排除，消除气体对产液的影响，针对油水两相进行测量[1,9-10]。由涡轮流量计测量产液量。由4个阵列电极测得油流量曲线。油在集流伞下累积，导致油水界面向下移动。油水界面经过电极时，在油流量曲线上造成台阶。台阶之间的时间越长，表示油流量越低。通过油流量曲线台阶累计时间，可算出油流量，进而计算出含水率[11]。在不出现涡轮砂卡现象的情况下，应用该技术可准确测得液相流量和油流量；涡轮砂卡时，仍可准确测得油流量。

2 测井工艺

通过仪器结构的改进，实现了超声波多普勒三相流测井仪与低产液三相流测井仪的配接，可以一次下井同时完成两种技术的测井工作。这样既能在井下第一时间对比试验效果，同时还减少了工作量，提高测井时效。测井仪下井后测井工艺如下。

第一步：低产液三相流测井仪的测量方法对集流伞的集流度要求较高，且采用涡轮流量计测量流量。为保障集流伞的完好和涡轮流量计的稳定性，下井后应先应用低产液三相流测井仪对全部测点进行测井。

第二步：使用超声波多普勒三相流测井仪对全部测点测井。气液分离式仪器对全部测点完成测井工作后，对集流伞的完好程度已经没有要求，因此可以将集流伞当做扶正器使用。

3 应用效果

3.1 两种测试方法对比

井口产液9 m3/d，化验含水(即液相含水)78.2%。对该井进行两种技术组合试验，两种测井方法的测井曲线如图3、图4所示，解释结果见表1。

图3 X1井低产液三相流产出剖面测井仪油流量曲线

图4 X1井超声波多普勒三相流产出剖面测井功率谱图

该井共有4个层位。从图3可以看出，前3个点录取到了明显的油流量曲线，说明有油流量，第四点油流量曲线归零，说明没有油流量。从图4可看出，第一点幅度最高，并且较第二点有明显的频移，说明第一层之上和之下的产量有明显变化，第一层产液；而第四点曲线基本归零，说明第四点之下不产。对比分析X1井两种测井资料解释结果(表1)可以看出，在低产液三相流产出剖面测井仪不出现涡轮砂卡现象的情况下，本次试验两种测井结果基本一致，与井口计量结果也基本一致。