音叉密度儀應(yīng)用分析

倪秀敏

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163453)

·儀器設(shè)備與應(yīng)用·

音叉密度儀應(yīng)用分析

倪秀敏

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163453)

為了滿足國內(nèi)外產(chǎn)出剖面測井市場的需要，采用音叉密度測井技術(shù)，實現(xiàn)無放射性源密度測井，通過對新型技術(shù)的介紹和應(yīng)用分析，使大家對其有進一步的了解，廣泛應(yīng)用此項技術(shù)，不但測量精有所提高，更加方便運輸和施工，減少環(huán)境污染和對人員輻射傷害。

放射性;音叉密度儀；應(yīng)用

0 引 言

在進行產(chǎn)出剖面測井時，曾經(jīng)采用放射性密度測井儀和壓差密度測井儀，不但受井內(nèi)流體流速、管柱尺寸等影響較大，測量精度低，兩種放射源銫137或镅241，還存在安全風(fēng)險，本文針對無放射性音叉密度儀的測量原理、結(jié)構(gòu)和實驗對比闡述同時，還介紹其在國外哈薩克斯坦區(qū)塊測井的應(yīng)用實例，使大家更好的了解和應(yīng)用音叉密度儀器。

1 儀器測量原理

當(dāng)音叉間介質(zhì)為真空時，諧振頻率與固有頻率相等，當(dāng)音叉間介質(zhì)不為真空時，及介質(zhì)的密度不為零時，音叉的諧振頻率和固有頻率不相等[1]。根據(jù)振動原理，在理想狀態(tài)下，音叉的振動頻率f與其質(zhì)量mg和被測介質(zhì)所附加質(zhì)量mc關(guān)系如式(1)：

(1)

其中k為比例因子。當(dāng)音叉在真空中時，附加質(zhì)量mc為零，mg為音叉的質(zhì)量，固有頻率和諧振頻率相等，可以得到比例因子k。當(dāng)被測對象質(zhì)量mc不為零時，得到諧振頻率為f，通過計算可求出在音叉間的介質(zhì)的質(zhì)量如式(2):

(2)

由于音叉的體積是固定的，為V，則由關(guān)系式(3)和式(4)可知流體的密度：

mc=ρV

(3)

(4)

其中，ρ為流體介質(zhì)的密度。

2 儀器的結(jié)構(gòu)及其工作原理

音叉密度儀外形及其傳感器的外形圖如圖1所示：由電路筒、注油腔、音叉?zhèn)鞲衅鳌⒁舨孢B接體組成，可配接常規(guī)曼碼遙測和SONDEX遙測短接。

圖1 音叉密度儀及其傳感器

傳感器組件包括音叉?zhèn)鞲衅骱蜏囟葌鞲衅鲀刹糠郑渲幸舨鎮(zhèn)鞲衅鬟M行井內(nèi)流體密度的測量，溫度傳感器貼裝于固定支體上，實時檢測被測液體溫度，用于補償調(diào)諧叉體的彈性模量變化。音叉?zhèn)鞲衅魇怯梢舨骟w、固支體、壓電晶體組成的。音叉是呈“U”型的不銹鋼發(fā)生器，其兩臂對稱，振動相反，中心桿處于振動的節(jié)點位置，靜受力為零，不振動，因此固定在支體上。壓電晶體包括壓電激勵器和壓電拾振器，均貼裝在固支體上。壓電激勵器將產(chǎn)生的交變力通過固支體傳導(dǎo)到調(diào)諧叉體，使調(diào)諧叉體按照自身固有頻率產(chǎn)生簡諧振動，當(dāng)調(diào)諧叉體浸入到被測液體中，調(diào)諧叉體的附加質(zhì)量發(fā)生變化，導(dǎo)致調(diào)諧叉體的振動頻率發(fā)生變化，通過壓電拾振器拾取該振動信號實現(xiàn)調(diào)諧叉體振動頻率的檢測。

組件主要包括通訊/電源板、信號處理板和相位和幅度控制板幾部分。通訊/電源板的主要作用為信號處理板和相位和幅度控制板提供+15 V和+5 V、采集數(shù)據(jù)、并將采集的數(shù)據(jù)進行處理后上傳至地面系統(tǒng)。信號處理板作用為產(chǎn)生脈沖電壓信號作用在音叉?zhèn)鞲衅鲀?nèi)部的壓電激勵器上，激勵信號轉(zhuǎn)換為交變力傳遞到音叉體，使音叉體按自身固有頻率產(chǎn)生諧振。當(dāng)音叉體受到流體影響時，其振動頻率和振動幅度會發(fā)生變化，該變化通過傳感器內(nèi)部的壓電拾振器轉(zhuǎn)化為電信號，傳遞給信號處理板, 信號處理板接收到的頻率和振幅送入相位和幅度控制板號處理后，分別發(fā)送給通訊/電源板，最后調(diào)制成曼碼或AMI碼送入內(nèi)部總線，經(jīng)遙測短接上傳到地面系統(tǒng)處理。

3 實驗室實驗

音叉密度儀器在模擬井筒、常溫常壓、配接EXCELL2000地面、流相為(油、氣、水)三相介質(zhì)中的實驗如下[2]：

1)在油水兩相實驗時總液量分別設(shè)置為20 m3、 40 m3、 60 m3、 80 m3、 100 m3、 150 m3，每種液量分別按照油水比例分別為：30%、50%、70%、90%配比，液體配比流動20 min后，待混合液均勻穩(wěn)定后，采樣10個平穩(wěn)的采樣數(shù)據(jù)，取其平均值作為一個記錄值，油水兩項共采集240個采樣數(shù)據(jù)，即24個記錄值，見表1，其標(biāo)定圖版如圖2所示。

表1 油水兩相實驗記錄值

圖2 油水兩相密度圖版

從油水兩相數(shù)據(jù)表與標(biāo)定圖版可以看出：在油水兩相測試時，隨著含水比例的不斷增加，密度響應(yīng)值呈現(xiàn)下降趨勢，且二者曲線比較平穩(wěn)。

2)油氣兩相實驗時總液量分別設(shè)置為10 m3、 20 m3、 40 m3、60 m3、 80 m3、 100 m3、150 m3，每種液量分別按照含氣比例分別為：10%、20%、30%、50%配比，液體配比流動20 min后，待流相混合均勻，選取10個平穩(wěn)的采樣數(shù)據(jù)，取其平均值作為一個記錄值，氣水兩項共采集560個采樣數(shù)據(jù)，即56個記錄值，見表2，其標(biāo)定圖版如圖3所示[3]。

表2 油氣兩相實驗密度記錄值

圖3 油氣兩相密度圖版

從油氣兩相數(shù)據(jù)表與標(biāo)定圖版可以看出在油氣兩相測試時，隨著含氣比例的不斷增加，數(shù)值開始稍有波動，穩(wěn)定20 min以后，數(shù)值比較平穩(wěn)，含油比例不斷的減小，密度響應(yīng)值呈現(xiàn)下降趨勢。

3)音叉密度放置不同介質(zhì)時輸出值見表3， 圖4是它的回歸方程，密度值比較理想。

表3 不同介質(zhì)輸出值

圖4 音叉密度儀標(biāo)定圖版

4 測井實例

根據(jù)以上各項實驗，驗證了音叉密度在各項流相中測量效果良好，為了更好的反應(yīng)器特性，在高溫高壓測井條件下，與Sondex組合儀的镅241有源密度測井儀器進行對比[4]，在俆深XX井音叉密度儀配接節(jié)箍和伽馬儀器短接，二者的對比效果較好，各參數(shù)曲線趨勢相似，測井曲線如圖5所示。

圖5 兩種密度儀對比測井曲線

音叉密度儀無放射性源，攜帶方便，出境安檢沒有受到限制，順利運到哈薩克斯坦，施工工藝符合安全環(huán)保要求，進行多參數(shù)組合測井(節(jié)箍+伽馬+井溫+壓力+含水+流量+音叉密度)，順利完成2016年哈薩克斯坦測井任務(wù)，得到甲方一致好評。圖6是其中一口井的測井曲線圖，表4是其解釋成果表。

圖6 哈薩克斯坦測井曲線

射孔井段/m厚度/m產(chǎn)液量/(m3·d-1)絕對產(chǎn)油量/(m3·d-1)絕對產(chǎn)水量/(m3·d-1)絕對產(chǎn)氣量/(m3·d-1)含水率/%3601．5～3602．51．011．9511．950003603．0～3604．51．516．024．6111．41071．223608．5～3611．53．011．853．668．19069．113613．0～3614．01．0000003615．0～3616．01．0000003620．5～3625．04．5000003629．0～3635．56．519．116．1912．92067．633637．5～3641．54．08．422．555．87069．693656．5～3665．08．519．003．7915．21080．043667．0～3678．011．0000003681．0～3687．06．03．783．780003689．0～3699．010．0—————58．090．1336．5353．659．47

5 結(jié) 論

1)通過油氣水三相模擬測井實驗，得出音叉密度儀器在不同流量不同流體的特性；

2)通過實際測井的對比實驗；反應(yīng)出音叉密度的優(yōu)越性；

3)結(jié)構(gòu)上音叉體采用了活塞技術(shù)解決了音叉?zhèn)鞲衅髟诟邷馗邏合碌膲毫ζ胶猓?/p>

4)目前，放射性密度儀由于使用放射源，在作業(yè)施工過程中存在較大的風(fēng)險，使用壓差密度儀比較安全，其精度高、穩(wěn)定性好，一定會在國內(nèi)外油田開發(fā)中發(fā)揮越來越大的作用。

[1] 杭州瑞利公司.組合儀遙測短接技術(shù)手冊[Z]，2007：98-102.

[2] 鄭雪祥，多相流檢測技術(shù)分析[Z]，大慶生產(chǎn)測井技術(shù)論文集，1996：65-69.

[3] 張寶群，油水兩相滑動實驗[Z]，大慶生產(chǎn)測井技術(shù)論文集，1997：39-45.

[4] 美國哈里伯頓公司.Sondex維修手冊[Z]，2001：40-80.

[5] 美國哈里伯頓公司.Excell—2000操作手冊[Z]，2000：75-90.

The Density of a Tuning Fork Logging Tool Application Analysis

NI Xiumin

(LoggingandTestingServiceCompanyofDaqingOilfieldLimitedCompany,Daqing,Heilongjiang163453,China)

In order to meet the needs of production profile logging market at inland and abroad, tuning fork density logging technology is used to realize no radioactive source density logging. This paper introduces the application and analyses of the new technology, and gives a further understanding of it. The wide application of the technology can not only improve accuracy, but also realize more convenient transportation and construction, reduce environmental pollution and radiation injury to personnel.

radioactive； tuning fork logging tool; application

倪秀敏，女，1972年生，工程師，2005畢業(yè)于東北石油大學(xué)，現(xiàn)從事引進儀器的維修工作。E-mail:2653101003@qq.com

P631.4+3

A

2096-0077(2017)01-0068-04

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.01.016

2016-03-09 編輯：馬小芳)