阻抗式含水率計在多種驅替介質下的適應性分析

黃春輝，胡金海，劉興斌，李 軍，王延軍

(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)

0 引 言

產液剖面測井[1-2]是了解油井各層產液情況的重要依據，為油田動態監測、制定開發方案提供參考數據。為了保持油田持續有效開發，大慶油田開展了聚驅、三元復合驅等開發新技術，使油井中產出液流體更加復雜。井下流體介質復雜，對產液剖面測井提出了新的考驗，有必要對現有兩相流測井儀器進行適用性評價。

阻抗式含水率計[3-4]是大慶測試分公司自主研發的油井產出剖面測井儀器，較好地解決了水為連續相的產出油井中流量與含水率的測試問題。目前，該儀器已成為高含水油田重點應用的生產測井主導技術。采用阻抗式含水率計分別在水驅油/水兩相流、聚驅、三元復合驅產出井中進行了試驗，評價儀器在不同驅替介質中的適用性。

1 儀器工作原理

阻抗式含水率計由傘式集流器、渦輪流量計、阻抗含水率傳感器及電路短接組成。阻抗含水率傳感器位于傘式集流器上部，傳感器內徑為19 mm，流量測量范圍0～80 m3/d，含水率測量范圍50～100%。

阻抗含水率傳感器[5-6]由鑲嵌在絕緣管內壁上按一定距離排列的四個圓環形不銹鋼電極組成，外面一對電極作為激勵電極，中間一對電極作為測量電極。該儀器的工作原理是根據電導理論，通過測量油水混合相電導率和其中水相電導率的比值來確定含水率。當傘式集流器撐開，進液口打開，儀器在集流狀態下測得油水混合相電導率，稱為混相值；當傘式集流器收攏，進液口密封，儀器在取樣狀態下測得水相電導率，稱為全水值。全水值與混相值的比值即為含水率相對響應，含水率相對響應的大小反映了待測流體含水率的大小,全水值的準確測量是含水率測量的關鍵因素。

2 在水驅油/水兩相流井中的試驗

阻抗式含水率計適用于水為連續相的高含水油/水兩相流產出剖面測井，能準確測量流量及含水率，提供準確的分層測試結果。B-XX1井是大慶油田采油三廠一口水驅產出井，井口量液35.4 m3/d，化驗含水93.2%，采用阻抗式含水率計在該井進行測試。如圖1所示為第1測點(深度871.2 m)采集的流量時間曲線，曲線平滑，沒有較大較劇烈的上下波動，隨油井沖程沖次波動變化明顯，每一個沖次周期內流量曲線只有一個流量高值，平均流量為37.2 m3/d，測量結果接近井口量液。如圖2所示為第1測點(深度871.2 m)采集的阻抗傳感器混相值時間曲線，曲線平滑，沒有較大較劇烈的上下波動，隨油井沖程沖次波動變化明顯，并與同時采集的流量曲線相對應，體現了含水率的實時變化，混相值平均值為313.7 Hz。如圖3所示為該測點集流傘收攏時對流體進行取樣進行全水值的測量，測量的全水值曲線平穩，沒有波動，近于一條直線，全水值平均值為281.7 Hz，測量含水率91.5%，測量結果接近井口量液。解釋成果見表1，測量全井產液37.2 m3/d，合層含水91.5%，接近井口計量的產液和含水，第1測點的S11(1)-S12(2)層為主產層，分層產液14.4 m3/d，分層產油0.91 m3/d。在水驅油水兩相流產出油井中，阻抗式含水率計工作穩定，可以提供準確的含水率測試結果。

圖1 B-XX1井871.2 m流量曲線

圖2 B-XX1井871.2 m混相值曲線

圖3 B-XX1井871.2 m全水值曲線

測點深度/m層位合層產量/(m3·d-1)合層含水/%分層產量/(m3·d-1)合層產水/(m3·d-1)合層產油/(m3·d-1)分層含水/%分層產水/(m3·d-1)分層產油/(m3·d-1)871.2S11(1)-S12(2)37.291.514.434.043.1693.7213.490.91886.3S14+5(1)-S14+5(2)22.890.14.520.542.2690.514.070.43912.9S24(1)-S213+1418.3901.316.471.8369.080.8980.4953.6S311791.67.115.571.4396.96.880.22957S32(1)-S33+4(1)9.987.89.98.691.2187.88.691.21

3 在聚驅井中的試驗

聚合物驅油提高采收率技術[7]的應用使得井下流體更加復雜，產出液粘度、礦化度等都是影響產液剖面測井的復雜因素。阻抗式含水率計是通過全水值與混相值的比值來確定含水率的，因此測井時對井下復雜流體進行全水值的準確測量是含水率測量的關鍵。應用阻抗式含水率計在聚驅井中試驗29井次，取得了較好的測量效果。

N-SXX井為采油二廠聚驅產出井，井口量液49.6 m3/d，化驗含水92.8%，井口取樣化驗流體粘度11.16 cP，用阻抗式含水率計在該井進行測試。如圖4～圖6所示分別為第1測點深度988 m測量的流量、混相值及全水值曲線圖。圖4流量曲線隨油井沖程沖次波動變化明顯，每一個沖次周期內流量曲線只有一個流量高值，平均流量為52.2 m3/d，接近井口量液。圖5所示混相值曲線能夠分辨出隨沖程沖次變化，但波動明顯減小，這是由于產出流體中含有聚合物溶液，流體粘度大使油泡分布較為均勻，且油泡直徑較小，加之流量較大，滑脫速度影響小，油泡在高粘度流體中被動地隨流體移動而移動，因此受沖程沖次的影響較小。如圖6所示為收傘測量的全水值曲線，隨時間的增加，全水值逐漸減低，直至穩定在134.3 Hz，可見在聚驅產出井中油水分離過程較慢，測量全水值時要增加測量時間，等數值穩定后再進行測量。測量全井合層含水95.0%，接近井口化驗含水率，含水率測量結果受粘度影響小。

圖4 N-SXX井第1測點流量曲線

圖5 N-SXX井第1測點混相值曲線

圖6 N-SXX井第1測點全水值曲線

解釋成果見表2，測量全井產液52.2 m3/d，合層含水95%，接近井口計量的產液量和含水率，第6測點的S211層為主產層，分層產液37.3 m3/d，分層含水率96%。試驗結果表明在聚驅產出井中，阻抗式含水率計工作穩定，可以提供準確的含水率測試結果。

表2 聚驅N-SXX井測井解釋成果表

4 在三元復合驅井中的試驗

三元復合驅[8-9]開發技術相對水驅提高采收率可達到20%以上，已經成為大慶油田持續發展的重要接替技術。用阻抗式含水率計在三元復合驅井中試驗27井次，試驗結果表明阻抗式含水率計能夠適應三元復合驅油井的含水率測量需求。

N-XX5為采油二廠三元復合驅產出井，井口量液35 m3/d，化驗含水94.2%，井口取樣化驗流體粘度2.13 cP，用阻抗式含水率計在該井進行測試。如圖7～圖9所示分別為第1測點深度936 m測量的流量、混相值及全水值曲線圖。如圖7所示流量曲線隨油井沖程沖次波動變化明顯，平均流量為37.7 m3/d，接近井口量液。如圖8所示混相值曲線波動較小，與聚驅井中測量的效果相同。如圖9所示的全水值曲線，隨時間的增加，全水值逐漸減低，直至穩定在95.6 Hz，因此在三元復合驅產出液中，測量全水值時要增加測量時間，等數值穩定后再進行測量。測量全井合層含水96.3%，接近井口化驗含水率，含水率測量結果受粘度影響小。

解釋成果見表3，測量全井產液37.7 m3/d，合層含水96.3%，接近井口計量的產液量和含水率，第2測點的P12(1)層為主產層，分層產液23.8 m3/d，分層含水率98%。試驗結果表明在三元復合驅驅產出井中，阻抗式含水率計工作穩定，可以提供準確的含水率測試結果。

由于聚合物和三元液都是電的良導體，不同濃度的聚合物溶液相當于產出液中不同的礦化度濃度，在實驗室內配制了不同礦化度的溶液，檢驗礦化度濃度對含水率測量的影響，礦化度從1 000 ppm逐漸增加到11 000 ppm。如圖10所示為不同礦化度溶液中阻抗傳感器實驗結果，實驗證明礦化度的變化對含水率測量結果沒有影響。阻抗傳感器測量原理是根據電導理論，通過測量純水相電導率(全水值)和混合相電導率(混相值)的比值(稱為含水率相對響應)來確定含水率。礦化度的變化導致測量的全水值和混相值發生變化。但由于礦化度的變化同時使混相值和全水值等比例的增加或等比例的減小，因而保持含水率相對響應不變。試驗結果表明，阻抗式含水率計不受礦化度的影響，在聚驅和三元復合驅井中水為連續相時能夠準確測量含水率。

圖7 N-XX5第1測點流量曲線

圖8 N-XX5第1測點混相值曲線

圖9 N-XX5第1測點全水值曲線

測點深度/m層位合層產量/(m3·d-1)合層含水%/分層產量/(m3·d-1)合層產水/(m3·d-1)合層產油/(m3·d-1)分層含水/%分層產水/(m3·d-1)分層產油/(m3·d-1)936P11-237.796.38.936.31.390.978.660.24945P12(1)28.89623.827.651.150.9823.40.38954P13(1)584.62.74.230.770.932.520.18959P142.374.52.31.710.590.7451.710.59

圖10 不同礦化度溶液中阻抗傳感器實驗結果

5 結 論

1)阻抗式含水率計在水驅油/水兩相流產出井中能較好地測量流量及含水率，提供準確的產液剖面測試結果。

2)阻抗式含水率計不受礦化度的影響，礦化度的變化同時使混相值和全水值等比例地增加或等比例地減小，因而保持含水率相對響應不變。

3)在試驗井次粘度范圍內(粘度小于20 cP)，聚驅、三元復合驅產出井中儀器能夠錄取到較平穩的全水值曲線，在水為連續相的產出油井中能夠進行流量和含水率測量，含水率測量結果受粘度影響小。