阻抗找水儀測量質量影響因素分析及處理

付志茹

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司 黑龍江 大慶 163000)

0 引 言

阻抗找水儀是抽油機井環空測試中重要的儀器，它所測量的結果可以進行定量解釋，得出抽油機井正常生產條件下的油、水兩相產出剖面[1]。

阻抗找水儀推廣使用以來由于儀器結構設計上的不完善，缺少檢測手段等因素，測量質量受到影響，儀器一次下井成功率僅為70%左右，不僅增加了測井生產成本，也直接影響到了資料錄取的質量。作為承載著油田油井產出剖面動態監測重要任務的環空測試儀器，提高儀器測量質量，保證儀器測量精度，為油田提供優質、精準測井資料，保障生產有序進行，是極其重要的。

經過幾年的測井生產實踐和在儀器維修工作中不斷的研究和摸索，我們發現并解決了一些影響阻抗找水儀測量質量的問題，使儀器的測量精度得到了提高。

1 儀器簡介

1.1 儀器結構

阻抗找水儀結構如圖1所示，它主要由含水率計和產量計兩部分組成。含水率計部分主要由電路筒、含水率傳感器組成。產量計部分主要由渦輪流量計、集流器及電機傳動部分組成[2]。

圖1 阻抗找水儀結構圖

1.2 儀器工作原理

阻抗找水儀主要測量抽油機井井液的含水率和流量兩大參數。

儀器采用阻抗法測量井液的含水率，該方法是通過給傳感器的發射電極供電，再通過測量電極檢測到與混相時含水率對應的電壓信號，電路將此電壓信號變為對應的脈沖信號，再輸出到地面，并與取樣時測量的全水值相對比求出井液的含水率[3]。

阻抗儀流量測量采用渦輪流量計(霍爾元件)檢測方式。運動流體流經渦輪時，渦輪帶動磁鋼轉動，由于流過渦輪的流量大小與渦輪轉速成線性關系，霍爾元件構成的傳感器檢測出渦輪的轉速，經整形電路整形放大之后形成與渦輪轉速相對應的脈沖信號，經電纜輸送到地面，可通過脈沖信號的頻率求出流體的體積流量[4]。

2 存在問題的分析及處理

2.1 含水測量方面

含水測量比較突出的問題是含水值輸出不穩。檢查儀器發現含水率傳感器存在設計缺陷，有信號漏失現象。

原儀器的含水率傳感器絕緣外殼是分體的，用膠粘合在一起，結合處存在縫隙，隨著長時間使用，縫隙越來越大，當流體通過時有漏失，傳感器測量電極的電信號會隨之分流，使含水測量質量受到影響，如圖2(a)所示。

針對含水測量時出現的問題，我們對含水率傳感器進行改進。改進后的含水傳感器為絕緣筒內嵌電極環一體設計，表面不存在縫隙，避免了流體的漏失，防止了傳感器測量電極電信號的分流，保證了含水測量精度，如圖2(b)所示。

圖2 含水傳感器改進前后對比圖

對2015年和2016年含水率傳感器改進前、后同一時期(3月份)的含水率測量精度進行了統計，見表1、表2。改進后的含水率傳感器測量精度提高了2.85%。

表1 2015年阻抗儀含水率精度統計表(改進前) %

表2 2016年阻抗儀含水率精度統計表(改進后) %

2.2 流量測量方面

在對影響儀器流量測量的調查中發現，渦輪流量計支架不同心。渦輪流量計是阻抗找水儀流量測量的核心部件，采用的加工方式是先加工渦輪上下支架再焊接在渦輪套上，因此渦輪上下支架不容易保持同心，影響了支架上渦輪葉片轉動的靈活性，導致流量測量時啟動排量達3～5 m3/d，高于技術文件上規定的2 m3/d[5]。且由于渦輪支架是焊接在渦輪套上的，在測井過程中常出現渦輪支架扭曲變形、開焊而影響測井成功率。改進前調解渦輪過程中出現的變形現象如圖3所示。在2015年182口產出剖面測井中，因此而未測成的井數達26口之多，占全年產出剖面測井任務的14.3%。

圖3 改進前調解渦輪過程中出現的變形現象

經過不斷研究和試驗，改變了原有焊接的加工方法。采用渦輪流量計上下支架與渦輪套整體加工的方式，保證渦輪流量計上下支架高度同心，渦輪葉片轉動靈活，如圖4所示。改進后的渦輪流量計極大提高了儀器測量精準度，流量測量下限由原來的0.5～3 m3/d降低為0.5 m3/d，見表3。改進后的渦輪流量計解決了測井時出現的渦輪支架變形及開焊現象，測井成功率得到了提高。

圖4 改進后采用整體加工方式的渦輪

表3 改進后渦輪流量標定表

2.3 儀器集流方面

阻抗找水儀的測井流程是將儀器下放到目的層后張開集流傘，密封住套管，使井內流體全部流經儀器內腔的傳感器，測得含水、流量參數。所以，集流傘是否張開，集流程度如何都是影響儀器測量質量的重要環節。

2.3.1 集流傘打不開

查閱2015年儀器收發記錄、維修記錄時發現，在測井現場有多達十幾次出現電機傳動絲杠打滑，集流傘打不開，無法檢測流量含水信號的情況。

集流傘的張收是靠電機提供動能的，絲杠是電機傳動的主要組成部分。原設計采用的滾動絲杠，為了減少摩擦阻力，在螺母上加了一個擷套，在擷套上軸線方向按絲杠螺距，圓周方向每60°加一個滾珠，以達到滾動目的，如圖5(a)所示。使用結果表明，該結構不可靠。隨著使用時間的增長，滾珠失去作用，絲杠開始打滑，傳動器起不到傳動作用，集流傘打不開，檢測不到流量和含水信號。

我們對電機傳動絲杠的結構進行了改進，去掉原有的擷套及滾珠，改為M8×1.25螺紋式, 如圖5(b)所示。改造后的傳動絲杠采用了精加工工藝，研磨度為1.6 ，由于制造精度高，不會增加阻力。與原有的滾珠式電機傳動絲杠相比較，現有的螺紋式電機傳動絲杠不易產生滑扣現象，耐用、可靠。

圖5 傳動絲杠的改進

原有的滾珠式絲杠的使用壽命在10井次左右，而改進后的螺紋式絲杠，使用至今還未出現過任何問題。有效解決了測井時集流器打不開，檢測不到流量和含水信號的問題。且改進后的傳動絲杠其造價只有原成本的一半，大大節約了維修和測井成本。

2.3.2 缺少集流度檢測手段

根據管流特點，流速快的液體分布在管流中心。油田進入高含水開發后期，在油井中，油相作為分散相，成泡狀分布在流體中，它的流速大于水的流速，油相相對集中在管流中心。因此，在阻抗找水儀測量含水取樣時，取樣流體是否符合實際狀態，在很大程度上取決于集流傘的集流程度。而目前，行業還沒有一套關于儀器集流度檢測的方法。

在生產實踐中我們摸索著利用現有的流量標定裝置，對儀器的集流度進行檢測，檢測方法正在不斷完善中。

利用現有的LJ-IB型流量標定裝置，將阻抗找水儀分別放入集流模擬井和套管模擬井中，對渦輪流量計進行全集流和傘集流流量檢測，前后兩次測量結果進行比較，計算集流器的漏失量，試驗數據見表4。

表4 集流器集流度標定表

從表4我們發現，該儀器40 m3/d流量以上的漏失量相對恒定，低流量漏失量偏大，由此我們判斷該儀器集流器不合格。分析檢查后發現，集流器傘布的綁扎位置出現問題，是導致其低流量漏失偏大的原因，需要重新維修。通過對儀器集流度的檢測，根據相對漏失量，我們可以很容易地判斷出集流器的集流程度，最大限度地保障了儀器的測量質量。

3 結 論

1)通過對阻抗找水儀含水傳感器的改進，使儀器的含水測量精度提高了2.9%。

2)渦輪流量計加工方式的改進，將流量測量下限由原來的3 m3/d降低為0.5 m3/d。

3)電機傳動絲杠結構的優化，有效解決了儀器測井時集流器打不開、檢測不到流量和含水信號的問題。

4)建立儀器集流度檢測方法，使儀器的漏失量可監、可查、可控，儀器的測量質量得到充分保障。