微差井溫儀的研制及在油田開發中的應用

高振濤，鄭慶龍，鄭德勝，杜　巍，李士東，王　君，杜　帥，嚴　敏

(1.中國石油華北油田公司勘探開發研究院 　河北　任丘　062552 2.中國石油華北油田公司采油工程研究院　河北　任丘　062552 3.中國石油渤海鉆探工程有限公司第四鉆探公司　河北　任丘　062552)

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·開發設計·

微差井溫儀的研制及在油田開發中的應用

高振濤1，鄭慶龍2，鄭德勝2，杜巍1，李士東1，王君1，杜帥3，嚴敏1

(1.中國石油華北油田公司勘探開發研究院 河北任丘062552 2.中國石油華北油田公司采油工程研究院河北任丘062552 3.中國石油渤海鉆探工程有限公司第四鉆探公司河北任丘062552)

介紹了微差井溫儀的結構、特點、技術指標、電路設計及試驗情況。室內及現場試驗表明，該微差井溫儀性能可靠，通過對所測井溫資料進行綜合分析，能夠對地層產液狀況作出比較準確的評價。

控水穩油；找水；微差井溫；儀表放大器

0　引　言

控水穩油是油田開發后期的重要工作，控水的主要手段之一是卡水，而卡水的前提是找水。找水的方法和技術很多，各有優缺點。經常使用的渦輪流量計產液剖面測試方法，可能出現渦輪被卡的現象，影響測試效果[1]。為了高效可靠地測量主產層，急需研發一種新方法解決該問題。為此，研發了微差井溫測試技術，通過測試靜止微差井溫曲線、加壓微差井溫曲線和恢復微差井溫曲線，進行綜合分析解釋，達到準確判斷主產層的目的。

1　微差井溫儀結構和測量原理

1.1儀器結構

微差井溫儀結構示意圖如圖1所示，由上而下主要部件有：上傳感器接頭、上溫度探頭、接插組件、電路骨架、連接管、下傳感器接頭、下溫度探頭等。測試時，配接伽馬短節用于校深。

1.2儀器主要技術指標

最高工作溫度:150℃;

耐壓: 60 MPa;

儀器外徑: 38 mm;

儀器長度: 1 600 mm;

儀器質量: 7.5 kg;

工作電壓: 40 V(DC);

工作電流: 100 mA(DC);

微差井溫分辨率: 0.01℃;

微差井溫響應時間: <1 s。

圖1　微差井溫儀結構示意圖

1.3測量原理

當流體被注入或從井內產出時，井筒溫度會偏離地層溫度[2]，微差井溫能反映地層溫度變化情況。微差井溫法通過模擬生產狀態，測取靜止-加壓-放壓恢復情況下的對應微差井溫曲線，進而進行綜合分析，判斷地層產液情況。

2　電路設計

2.1電路組成

微差井溫儀電路分為電源電路、信號采集電路、運算電路、儀放電路、濾波電路、壓頻轉換電路、頻率統計電路，電路框圖如圖2所示：

圖2　電路框圖

2.2信號采集及運算電路

信號采集及運算電路的作用是對傳感器輸出的信號進行恰當處置，便于后級處理。因為傳感器輸出的信號比較微弱，所以要盡可能消除共模信號。信號采集及運算電路如圖3所示。

圖3　信號采集及運算電路

由于在不同的溫度下，微差零點會發生變化，在實驗室中須對零點標定，用溫補方法消除零點漂移干擾，在常溫下用三個高精度電阻箱，代替兩個溫度探頭和一個溫補探頭，調整電阻箱對應在各個溫度點的電阻，確定零點漂移狀況，如表1所示。

表1　零點漂移數據表

從表1可以看出，在不同的溫度下，溫度探頭模擬電阻每變化100 Ω，零點對應上升20 Hz，相應地就可以在程序中對零點變化進行溫補。

2.3放大及壓頻轉換電路

放大及壓頻轉換電路如圖4所示。信號采集及放大電路的輸出，首先經過高精度儀表放大器AD620放大，以便達到足夠的幅度；AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設置增益，增益范圍為1至10 000。此外，AD620采用8引腳SOIC和DIP封裝，尺寸小于分立電路設計，并且功耗更低(最大工作電流僅1.3 mA)；AD620具有高精度(最大非線性度40 ppm)、低失調電壓(最大50 μV)和低失調漂移(最大0.6 μV/℃)特性；AD620還具有低噪聲、低輸入偏置電流特性[3]。

把儀表放大器AD620的輸出信號送至電壓頻率轉換器AD7741轉換成頻率后，可以通過單片機對頻率信號進行處理。采用AD7741作為A/D轉換元件有以下優點[4]:1)外圍電路簡單體積小，可以減小線路板面積，縮小產品體積，降低成本；2)靈活性好，可以根據實際需求調整采樣周期和時鐘頻率，從而兼顧系統對采樣速度和采樣精度的要求；3)單電源5 V供電，工作電流小，內部自帶2.5 V基準和時鐘發生電路，使用方便，并很容易實現隔離采樣。為模擬井下測試狀況，用兩個變阻箱代替溫度探頭，實驗數據表明：溫度探頭每改變1℃，計數值改變約700 Hz，相當于儀器分辨率可以達到1/700=0.001 4℃。

圖4　放大及壓頻轉換電路

2.4電路穩定性設計

1)提高元器件的可靠性。選擇高精度電阻、電容和其它器件，再經過老化篩選，經高、低溫測試合格后再使用。

2)印刷電路板的抗干擾設計。采用多層板、對電源和地去耦以及采用數模混合電路中的常見抗干擾措施[5]。

3　施工簡要流程

施工示意圖如圖5所示。

圖5　施工示意圖

施工簡要流程分三步：1)下放儀器測量靜止井溫曲線；2)擰緊防噴盒，用壓風機向套管內加壓，測加壓井溫曲線；3)控制放壓0.5～1.0 h，下放儀器測量產液微差井溫、磁性定位曲線。

4　典型井例分析

利用該技術對機產液井進行了大量的現場試驗，在證明了該技術可行性的同時也解決了很多實際問題。

2008年6月13日對D井進行套管試壓，泵壓4.5 MPa，停泵后降為0，出現漏失現象。2008年6月14日實施全井段微差井溫測試，且對測試資料進行了綜合分析。在1 467～1 473 m，靜止井溫曲線有正異常，認為是產液層；如果是非動層，靜止井溫曲線基本上是一條直線；如果是漏失層，會有負異常；而且從加壓曲線上看，發現有異常，也說明是進液層，如果是不進液層，加壓井溫曲線基本是一條直線。再看產液井溫曲線，這條曲線是在控制放壓一段時間后測的，在該井段有正異常，幅度比靜止井溫稍小，這也說明是產液層。所以綜合以上分析，認為3號射孔層為主動層；同理，對測試資料的分析認為1 410～1 430 m漏失。2008年6月20日，結合找漏、找水、硼中子資料研究決定擠灰漏點(1 410～1 430 m)；卡封3號層，生產1～2號層。2008年7月開井生產，截止到2008年11月14日的效果顯示：含水由100%降至79%，累計增油129 t。D井測試資料如圖6所示。

圖6　D井測試資料

5　結　論

微差井溫測試技術采用微差井溫法，進行產液測量。通過分析靜止微差井溫曲線、加壓微差井溫曲線和恢復微差井溫曲線，對產量進行定性分析，判斷主產層，為后續堵水提供了重要依據。該測試方法可靠，且成功率較高。

1)微差井溫儀的電路設計可靠，能實現微差井溫的準確測量，靈敏度較高；

2)該儀器能監測生產層出液情況，也能用于檢查酸化、壓裂效果和判斷串槽等；

3)測試施工時要選擇恰當的加壓壓力和加壓時間。

[1] 倪斌，闞興福，祁鵬.找水工藝技術在石西油田的現場應用[J].新疆石油科技，2011，21(3)：5-10.

[2] 呂小霞.稠油熱采井微差井溫解釋技術及應用[J].長江大學學報(自科版).2014，11(8)：123-124.

[3] ANALOG DEVICES. Low Cost ,Low Power Instrumentation Amplifier AD620[Z].1999.

[4] 朱思榮，周萬里，張利群，等.用AD7741實現多路電化學生物傳感器信號的隔離A/D采樣[J].山東科學，2014,27(6)：54-58.

[5] 高振濤，張亞明，楊永祥，等.驗封壓力計的研制[J].石油儀器，2012，26(4)：23-24.

Development and Application of the Differential Temperature Logging Tool in Oilfield Development

GAO Zhengtao,ZHENG Qinglong,ZHENG Desheng,DU Wei, LI Shidong,WANG Jun,DU Shuai,YAN Min

(1.CNPCExplorationandDevelopmentResearchInstituteofHuabeiOilfieldCompany,Renqiu,Hebei062552,China；2.CNPCPetroleumProductionEngineeringResearchInstituteofHuabeiOilfieldCompany,Renqiu,Hebei062552,China；3.CNPCNO.4DrillingEngineeringCompany,BHDC,Renqiu,Hebei062552,China)

The structure, characteristics, main technical specifications, circuit design and test results of the differential temperature logging tool are described. Laboratory and field tests show that the performance of the differential temperature logging tool is reliable. An accurate assessment of the situation of the formation fluid production can be made through the measurement and comprehensive analysis of the temperature data.

water control and oil stabilization; water seeking technique; differential temperature; instrumentation amplifier

高振濤, 男，1970年生，高級工程師，1991年畢業于中國石油大學測井專業，2006年畢業于天津工業大學材料學專業，獲碩士學位,現在中國石油華北油田公司勘探開發研究院從事油田開發技術研究工作。E-mail：626983829@qq.com

P631.8+1

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2096-0077(2016)04-0018-04

2015-12-27編輯：姜婷)