注氣剖面五參數測試儀的改進

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司 黑龍江 大慶 163453)

·儀器設備與應用·

注氣剖面五參數測試儀的改進

宋延彰

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司 黑龍江 大慶 163453)

在CO2驅開發過程中,需要測量各油層的注氣量。為了適應CO2分層注入流量調配測量結果準確、施工方便的要求，將注氣剖面五參數測試儀從儀器外徑、隔熱設計、實時時鐘、密封方法、渦輪結構等方面進行了改進。現場試驗表明，改進后的儀器能夠準確測量各層段的注氣量。

CO2驅；注氣剖面測試；五參數測試儀

0 引 言

在注CO2開發過程中，需要了解注入井各層段注氣量。目前，適合分層注氣管柱注氣剖面測量的方法主要有兩種：脈沖中子氧活化測井方法和五參數注氣剖面測試方法[1]。脈沖中子氧活化測井方法可以測量層段注氣量，也可以測量各小層位的注氣量[2]。但在施工過程中采用測井電纜施工，密封測量較為復雜且費用較高。五參數注氣剖面測試分為兩種，一種是采用測井電纜施工，以集流方式測量，同樣存在密閉測量復雜的問題；另一種為利用鋼絲施工，以非集流的方式測量，但存在測量流量下限高的問題[3]。為適應CO2分層注入流量調配的要求，有必要改進測量儀器，保證測量結果準確，同時降低施工成本。目前，主要從儀器外徑、隔熱設計、實時時鐘、密封措施、渦輪結構等方面對非集流式五參數注氣剖面測試儀進行改進，并在現場實驗中取得了較好的測量效果。

1 儀器簡介

MP35-350注氣剖面五參數測井儀的測量參數包括溫度、壓力、流量、伽馬和磁性定位。儀器結構如圖1所示，工作原理如圖2所示。該儀器電路主要包括電源電路、溫度、壓力、流量、磁定位和伽馬信號處理與采集電路。

采用鉑電阻(PT1000)作為溫度傳感器。恒流源激勵溫度傳感器，溫度信號經24位A/D采樣后送給單片機存儲。

采用kulite壓力傳感器，壓力傳感器為+3 V恒壓驅動，壓力信號經24位A/D采樣后送給單片機進行存儲。

圖1 MP35-350注氣剖面五參數測井儀結構圖

圖2 MP35-350存儲式注氣五參數測井儀工作原理圖

流量傳感器由磁鋼和干簧管組成，當渦輪轉動時，磁鋼靠近干簧管使干簧管導通，磁鋼遠離干簧管使干簧管截止，從而輸出一連串的脈沖信號，該信號經脈寬整形后送單片機采集與存儲。

磁定位傳感器由磁鋼和線圈組成，當儀器的磁定位線圈經過套管或油管節箍時，因其周圍磁介質的變化，引起線圈磁力線的變化，因此線圈兩端將輸出感應電動勢信號，此信號經過低通濾波及放大處理后送單片機進行采集與存儲。

伽馬傳感器由晶體和光電倍增管組成，光電倍增管輸出信號經射極跟隨、電壓比較和脈沖整形后送單片機進行采集與存儲。

2 儀器改進

2.1 縮小儀器外徑

在CO2注入井中，由于CO2能萃取或者氣化原油中的輕質成分，而原油中的重質成分經常留在井壁上，使儀器很難通過[4]。為了提高儀器通過率，將儀器的外徑由原來的38 mm縮小到35 mm。改進后儀器適用性更強，降低測井遇阻概率。

2.2 優化隔熱設計

采用先進的保溫瓶結構，儀器內部兩端加裝吸熱體，有效保證了儀器在高溫汽井內工作的可靠性。儀器零件連接處采用焊接或金屬密封。壓力傳感器內置于保溫瓶內，壓力通過導壓管傳導于壓力傳感器。電子器件、DC/DC全部采用高效率高溫器件，電路采集系統整體熱功耗小于130 mW。儀器外殼采用隔熱設計，在350℃環境溫度中，4個小時儀器內部溫度可以保持在90℃以下，6個小時儀器內部溫度可以保持在150℃內。國內老式存儲五參數測試儀不具有隔熱功能，儀器最高耐溫150℃，儀器在高溫下工作3小時后元件的性能不穩定，影響測試效果。

2.3 采用實時時鐘

由于儀器采用試井鋼絲測量，在現場施工時，需要將儀器存儲的測量數據和深度記錄儀測量的深度數據相對應。為了完成這一功能，在地面回放系統中設計了控制器，使控制器與儀器時間同步，同時控制器可記錄任意時間時儀器下入的深度。地面回放時可顯示測量實時時鐘，將深度數據與儀器數據相對應。老式存儲五參數測試儀要求控制器與儀器之間必須嚴格地同步記錄深度，且中途出現誤碰控制器按鈕就會導致測試中斷，影響施工效率。

2.4 采用高速采集的數字系統及存儲芯片

由于是非集流儀器，在測量低注入量時，需要采用快速上提方式測量，所以為保證高速上提過程中，儀器能夠完美記錄接箍、伽馬數據，需要縮短儀器采樣間隔。儀器采用低噪聲、低功耗24位的ADC，內置片內儀表放大器和基準電壓源AD7794，編程可選更新速率(10 Hz～470 Hz)和增益(1～128倍)。儀器采樣間隔可縮短至62.5 ms，有效保證及時準確錄取數據。老式存儲五參數測試儀采樣間隔為120 ms，速度過快可能導致接箍信號不全面，從而限制了儀器上提下放速度。

信號采集主要由24位AD轉換芯片AD7794和dsPIC33FJ64GP804單片機完成。溫度、壓力及保溫筒內部溫度由AD轉換芯片采集，伽馬、流量、電池電壓及磁定位通過單片機采集；采用AT45DB642存儲器存儲測量數據，存儲容量為64 Mbit；AD轉換芯片、存儲器和單片機之間采用SPI總線通訊。

2.5 選用高性能電池及電源電路

電池采用美國EI的PMX150-3B1065。標稱電壓3.9 V,工作溫度-20～150℃，電量1.6 Ah，額定放電電流20 mA，最大連續放電電流150 mA。儀器使用4節5號(AA型)鋰電池串聯供電。

兩片LM2574電源芯片為處理電路提供3.3 V和5 V供電，其中5 V供電和高壓模塊供電受單片機控制，在非采集數據時間內處于關閉狀態。

2.6 便攜人性化的地面控制器

采用飛思卡爾的32位處理器，搭載了UC/OS-II多線程實時操作系統的MP-KZQ存儲式多參數控制器，具有功能強大、體積小、續航能力強、操作簡便等優點。將設定儀器的工作模式、標定、檢定儀器數據、實時顯示深度、數據回放等功能集于一身。控制器外置豐富的接口，與適配器連接完成電池充電功能，與深度碼盤連接完成深度測量、與儀器連接完成儀器工作模式設置，實時讀取儀器數據，回讀儀器存儲的數據。老式的控制器體積較大、要專門連接電源，現場施工操作不方便。

2.7 優化機械工藝

流量探頭、溫度探頭采用氬弧焊焊接，壓力毛細管與集成頭采用激光焊焊接，可承受60 MPa壓力；儀器外漏機構的材料全部采用具有高耐壓強度、良好抗腐蝕疲勞能力、抗水滴性能強的17-4PH鋼材；保溫瓶尺寸加工的精度、光潔度達到0.08，可承受60 MPa壓力，焊縫處的密封性能得以保證。老式存儲五參數外漏機構的鋼材選用抗腐蝕能力較弱的鉻鎳合金鋼，在高溫高壓下長期工作焊縫可能會有滲漏。

2.8 增強密封可靠性

儀器密封方式由兩道O型橡膠圈改為兩道O型橡膠圈加一道金屬墊密封。老式存儲五參數測試儀采用單純的兩道O型橡膠圈，密封性相對較差。

2.9 改變渦輪結構

渦輪由三葉片改為五葉片，導程由70 mm縮短到45 mm，渦輪軸針采用11Cr17材質，寶石軸承，渦輪總成質量3.8 g，轉動平穩，寶石軸承不易碎，啟排低。磁鋼和干簧管組成流量傳感器，當渦輪轉動時，干簧管會不停地導通與截止，從而輸出一連串的脈沖信號，在高溫下能可靠運行。

老式存儲五參數測試儀的渦輪采用三葉片，導程長達70 mm，轉動平穩性差，且寶石軸承很容易碎裂，導致渦輪時轉時不轉，從而影響流量測試。

3 現場試驗

應用改進的儀器進行現場施工3井次，以樹a井測量效果進行說明。

第一、二層段氣嘴均為空網。采取自下而上連續測量的方式，測量3次，每次測量后對注入量進行調整，穩定注入1 h后再次測量。注氣量分別為25.2 m3/d、18 m3/d、7.2 m3/d。基于3次測量結果分析，得出相同結論：

1)第一配注層段為主要注氣層段；

2)第二配注層段不注氣；

3)為緩解層間矛盾，需對各層段氣嘴進行調整；

4)該測井儀測量結果能夠指示層段注氣情況。

為此，將第一層段氣嘴更換為1.4 mm，更換后再次測量注氣剖面。施工時，注氣量為26.4 m3/d，仍采用自下而上方式連續測量。

樹a井解釋成果如圖5所示。配注層段注氣比例為：F313 57.47%；Y16 42.53%。從測量結果看，更換氣嘴后，第一配注層段注氣量得到控制，第二配注層段注氣量得到加強，實現了對注氣量的調整。

4 結 論

1)改進后的儀器能夠準確反應各層段相對注氣情況；

圖5 樹a井解釋成果圖

2)改進后的儀器測量的注氣數據能夠為層段注氣方案調整提供依據，并對調整結果進行初步評價；

3)目前改進后儀器流量啟動排量仍然較高，需要采用上提連續測量方式。測速是否穩定，影響測量解釋結果。

[1] 湯金奎，高偉，祝志敏，等.CO2驅注氣剖面測井技術優選[J].測井技術，2016，40(3)：352-355.

[2] 徐海濤，肖 勇，劉興斌.氧活化測井技術在二氧化碳注氣剖面中的新應用[J].石油儀器，2011,25(5)：42-48.

[3] 吳華磊,王衛國. CO2驅注入剖面測井方法及應用[J]. 測井技術, 2013, 37(2):196-199

[4] 宋 佳,李 晨. 液態二氧化碳實驗區注入狀況實析[J]. 石油儀器, 2013, 27(2):66-68

ImprovementofFiveParameterTestInstrumentforGasInjectionProfile

SONGYanzhang

(LoggingandTestingServicesCompany,DaqingOilfieldCo.Ltd.,Daqing,Heilongjiang163453,China)

During CO2flooding process, it is necessary to measure the injection volume of each layer section. To meet the needs of the deployment of stratified flow including accurate results and convenient construction，the instrument was improved from five aspects, such as instrument diameter，insulation design，real-time clock，sealing method and turbine structure. As shown by the experiments, the improved instrument can accurately measure the injection volume of each section.

CO2flooding; CO2injection profiles; five parameter test instrument

宋延彰，男，1980年生，工程師，2011年獲北京大學構造地質學專業碩士學位，現主要從事測井、試井測試技術研究及管理工作。E-mail:78569098@qq.com

P631.8+11

A

2096-0077(2017)05-0063-04

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.05.016

2017-04-12編輯姜 婷)