注入剖面短組合測(cè)井儀設(shè)計(jì)及其試驗(yàn)效果

楊偉民

(大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163153)

0 引 言

注入剖面五參數(shù)組合測(cè)井錄取磁定位、井溫、壓力、流量、伽馬5個(gè)參數(shù)的測(cè)井資料，通過(guò)多參數(shù)組合測(cè)井資料綜合解釋，能較真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠地反應(yīng)注水井各小層吸水狀況[1,2]。該技術(shù)提供了油田開(kāi)發(fā)不可缺少的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料，在大慶油田獲得廣泛的應(yīng)用[3-5]，近5年平均每年施工1.1×104井次。大慶油田常用的傳統(tǒng)注入剖面五參數(shù)測(cè)井儀分配接超聲流量計(jì)和電磁流量計(jì)兩種[6]，長(zhǎng)度分別為3.87 m和3.72 m；還用一種四參數(shù)直讀、下掛存儲(chǔ)式壓力計(jì)的五參數(shù)測(cè)井儀[7]，長(zhǎng)度為3.39 m。測(cè)井時(shí)，五參數(shù)測(cè)井儀還與電纜頭及加重連接，儀器串總長(zhǎng)度超過(guò)5.6 m，最長(zhǎng)時(shí)6.1 m，常使用吊車吊裝8.6 m長(zhǎng)的防噴裝置與注水井井口連接，測(cè)井儀穿過(guò)防噴管帶壓下入井內(nèi)，整個(gè)安裝過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。目前針對(duì)不用吊車或井架車就豎起5 m長(zhǎng)的免吊裝防噴裝置[8,9]，需要足夠短的注入剖面測(cè)井儀配套這種防噴裝置施工，從而降低施工危險(xiǎn)系數(shù)，減少施工人員1～2人，提高工作效率。因此，有必要開(kāi)發(fā)新型注入剖面短組合測(cè)井儀，滿足免吊裝防噴裝置測(cè)井施工工藝的要求。

1 短組合測(cè)井儀結(jié)構(gòu)

1.1 測(cè)井儀機(jī)械結(jié)構(gòu)

常用傳統(tǒng)注入剖面五參數(shù)測(cè)井儀由許多短接組成，包括電纜頭、遙傳磁定位短接、井溫壓力短接、自然伽馬短接、上扶正器、超聲流量計(jì)短接、下扶正器、同位素釋放器短接，連接起來(lái)總長(zhǎng)4 065 mm。短接與短接之間占用約70 mm的連接長(zhǎng)度。

新型短組合測(cè)井儀以縮短儀器長(zhǎng)度為目標(biāo)，采用減少短接的緊湊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、合理整體布局。總體機(jī)械結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：該組合儀分為電纜頭與扶正器短接、遙傳四參數(shù)短接、超聲流量計(jì)短接、下扶正器與電機(jī)釋放器短接等部分。測(cè)井儀的機(jī)械接口采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。伽馬、磁定位、井溫、壓力4個(gè)參數(shù)與遙傳設(shè)計(jì)為一個(gè)通用短接，長(zhǎng)度為750 mm。在該短接中磁定位與溫度、壓力傳感器并行放置，達(dá)到縮短長(zhǎng)度的目的。超聲流量計(jì)巧妙設(shè)計(jì)了流道，取消了探頭接線蓋板，在縮短儀器長(zhǎng)度(530 mm)的同時(shí)，可提高流道內(nèi)流體的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高測(cè)量下限和測(cè)量精度。儀器的骨架采用鈦鋼和特殊輕質(zhì)材料，以提高儀器的耐壓、耐腐蝕能力。五個(gè)參數(shù)的測(cè)量短接加上電纜頭和兩個(gè)扶正器總長(zhǎng)度僅為2 080 mm，比傳統(tǒng)五參數(shù)測(cè)井儀縮短約2 m。

圖1 注入剖面短組合測(cè)井儀機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 測(cè)井儀電路結(jié)構(gòu)

在傳統(tǒng)注入剖面五參數(shù)組合測(cè)井儀中，井下測(cè)量功能短接與遙傳電路之間采用的是串行通訊模式，測(cè)量電路與微控制器之間通訊時(shí)，在兩端各有一個(gè)總線收發(fā)電路，比較占空間。新型注入剖面短組合測(cè)井儀的電路總體設(shè)計(jì)框圖如圖2所示：超聲流量計(jì)與微控制器之間采用串行通訊模式，其它參數(shù)測(cè)量電路與遙傳電路之間采用并行通訊模式，電路的中央處理器采用ADuC834芯片[10]，通過(guò)大量的軟編程設(shè)計(jì)，極大簡(jiǎn)化信號(hào)處理電路，電路板長(zhǎng)度(85 mm)比傳統(tǒng)五參數(shù)測(cè)井儀的(2 105 mm)縮短一半多，即節(jié)約了成本，又減少了電路板的占用空間。電源模塊采用西安藍(lán)欣電子FH5系列電源模塊，體積縮小到一枚硬幣大小，最高工作溫度達(dá)到175 ℃，既節(jié)省空間又極大地提高了測(cè)井儀可靠性。

圖2 電路總體設(shè)計(jì)框圖

測(cè)量井溫參數(shù)采用的是Pt1000(A級(jí))鉑電阻溫度傳感器[11]，熱響應(yīng)時(shí)間τ0.5<2 s，耐壓80 MPa，量程-40～180 ℃。用ADuC834微控制器自身攜帶的24位AD轉(zhuǎn)換器采集溫度信號(hào)，直接差分采集溫度傳感器兩極間電位差，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)測(cè)井儀相應(yīng)的外圍繁瑣電路，測(cè)量精度在±1 ℃以內(nèi)，溫度分辨率為0.01 ℃。

測(cè)量壓力參數(shù)使用的是Keller PA-8H/1000 bar壓力傳感器，量程100 MPa，耐溫-55～ 150 ℃。也采用微控制器自身攜帶的24位AD轉(zhuǎn)換器，直接差分采集壓力傳感器兩極間電位差，簡(jiǎn)化了電路，壓力分辨率為0.005 MPa。

流量計(jì)采用收發(fā)一體的超聲傳感器，中心頻率為1.0 MHz ± 5%，帶寬為200.0 kHz，靜態(tài)電容為700 pF ± 20%。耐溫指標(biāo)為-55 ～ 150 ℃，耐壓為80 MPa。采用TDC-GP22高速時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片直接測(cè)量時(shí)差[12]，解決了傳統(tǒng)超聲波流量計(jì)時(shí)差測(cè)量困難和精度不高的問(wèn)題，超聲流量計(jì)的分辨率為0.1 m3/d。

2 技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)

針對(duì)注入剖面短組合測(cè)井儀的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行了模擬井標(biāo)定試驗(yàn)，大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和標(biāo)定圖版分別驗(yàn)證了五個(gè)參數(shù)(井溫、壓力、磁定位、伽馬、流量)的重復(fù)性、一致性均達(dá)到目標(biāo)值。在此只對(duì)壓力參數(shù)和耐溫性能的試驗(yàn)數(shù)據(jù)做詳細(xì)說(shuō)明。

2.1 壓力參數(shù)重復(fù)性試驗(yàn)

為了驗(yàn)證壓力測(cè)量參數(shù)的重復(fù)性，把同一只儀器放置在模擬井筒內(nèi)，做3次試驗(yàn)，每次分別設(shè)置相同的壓力值，記錄每次的測(cè)量值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，相應(yīng)的圖版見(jiàn)圖3。測(cè)井儀重復(fù)性誤差誤差均小于0.6 %，測(cè)井儀的重復(fù)性良好。

表1 壓力參數(shù)重復(fù)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3 壓力參數(shù)重復(fù)性圖版

2.2 壓力參數(shù)一致性試驗(yàn)

為了驗(yàn)證壓力參數(shù)的一致性，把3支測(cè)井儀分別放置在模擬井筒內(nèi)，分別設(shè)置相同的壓力值，記錄每支測(cè)井儀的每次測(cè)量值。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)做了相應(yīng)的記錄表，見(jiàn)表2，根據(jù)記錄表做了相應(yīng)的圖版，如圖4所示，在不同的壓力下測(cè)井儀的一致性偏差均低于1.2%。

表2 壓力參數(shù)一致性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖4 壓力參數(shù)一致性圖版

2.3 測(cè)井儀各參數(shù)溫度指標(biāo)試驗(yàn)

為了檢查注入剖面短組合測(cè)井儀的溫度指標(biāo)，把測(cè)井儀放置在可控溫度的恒溫箱里，把溫度分別設(shè)置在60、90、120、150 ℃，每個(gè)溫度恒溫20 min，各測(cè)量參數(shù)的記錄值如表3所示，表3的最后一行為各參數(shù)的溫度漂移，數(shù)值均在正常測(cè)量范圍內(nèi)。

表3 測(cè)井儀各參數(shù)耐溫試驗(yàn)記錄表

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

完成室內(nèi)標(biāo)定后，短組合測(cè)井儀配合新型注入剖面測(cè)井防噴裝置取得成功，在大慶油田采油一廠、三廠、六廠開(kāi)展了23井次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了較好的測(cè)試效果，驗(yàn)證了新型短組合測(cè)井儀具有良好的工作性能，測(cè)井儀整體的重復(fù)性、一致性和穩(wěn)定性達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。圖5是在北1-×井，使用一支測(cè)井儀在相同井段的重復(fù)測(cè)井曲線的對(duì)比圖，可見(jiàn)測(cè)井儀的重復(fù)性良好；圖6是該測(cè)井儀在喇4-×井的測(cè)井資料解釋成果圖，各個(gè)參數(shù)清晰準(zhǔn)確反應(yīng)出各地層的吸水情況，為開(kāi)發(fā)方案調(diào)整提供可靠依據(jù)。

圖5 北1-X井重復(fù)測(cè)井曲線對(duì)比圖

圖6 喇4-X井的資料解釋成果圖

4 結(jié) 論

1)通過(guò)緊湊的電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研制成功了耐溫150 ℃、耐壓80 MPa的新型注入剖面短組合測(cè)井儀，該測(cè)井儀錄取井溫、壓力、磁定位、伽馬、流量參數(shù)，長(zhǎng)度僅為2.08 m，為目前國(guó)內(nèi)同類測(cè)井儀最短。

2)該測(cè)井儀的成功研制，使縮短防噴裝置成為可能，為免吊裝防噴裝置的使用奠定了基礎(chǔ)。

3)經(jīng)過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn)和測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)的廣泛應(yīng)用，證明該測(cè)井儀的測(cè)量精度、重復(fù)性、一致性滿足設(shè)計(jì)要求，該測(cè)井儀可以應(yīng)用到注入剖面的測(cè)井中。