螺桿泵井產(chǎn)出剖面測(cè)井儀的研制與應(yīng)用.docx

1、測(cè)井技術(shù)WELLLOGGINGTECHNOLOGY文章編號(hào)：1004-1338(2009)06-0563P4螺桿泵井產(chǎn)出剖面測(cè)井儀的研制與應(yīng)用房乾，李凱峰，于向江(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163311)摘要：為開展螺桿泵井過(guò)環(huán)空測(cè)試，研制了一種新型的螺桿泵井產(chǎn)出剖面測(cè)井儀器。闡述了該儀器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、主要技術(shù)指標(biāo)及其工作原理。它采用柔性連接結(jié)構(gòu)，將溫度、壓力、磁定位、流量、含水率等5個(gè)測(cè)量參數(shù)設(shè)計(jì)在不同的短節(jié)上,使儀器能夠順利地通過(guò)螺桿泵井口和測(cè)試通道。儀器的彎曲部分采用特殊工藝，撓性好、載荷強(qiáng)度高，具有較高的耐溫、耐壓指標(biāo)。含水率測(cè)量部分根據(jù)測(cè)試對(duì)象采用阻抗式和過(guò)流

2、式2種方式，在擴(kuò)大儀器測(cè)量范圍的同時(shí),相應(yīng)地提高了含水率的測(cè)雖精度。在大慶油田2口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用都取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果，證明該儀器對(duì)螺桿泵井動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)有重要的作用o關(guān)鍵詞：生產(chǎn)測(cè)井；螺桿泵井；柔性連接；產(chǎn)出剖面；含水率中圖分類號(hào)：P631.814文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AStudyonProductionProfileLoggingToolforScrewPumpWellFANGQian,LIKai-feng,YUXiang-jiang(Logging&TestingServicesCompanyofDaqingOilfieldCO.LTD.Daqing,Heilongjiang163311,China)Ab

3、stract：Introducedarethesurfacesystemanddownholetoolsforscrewpumpwellanditstestingtechnologies.Inordertocarryoutproductionprofiletestingforscrewpumpwell,anewtypeofproductionprofileloggingtoolisdesigned.Presentedarethestructure,characteristics,maintechnicalspecificationsandprincipleoftheloggingtool.Th

4、etooladoptsflexiblejoinstructure,anditdistributes5measuredparametersincludingtemperature,pressure,casingcollarlocation,flowrateandwaterhold-upintomulti-toolstring.Soitcanpassesthroughscrewpumpwellmouthandthetestchanneleasily.Thebendingpartofthetoolhasgoodflexibilityandhighloadpressurewithspecialmanu

5、facturaltechnique.Itcanwithstandhightemperatureandhighpressureaswell.Themeasurementpartforwaterhold-upuses2differentmeasurepatterns：resistancepatternorflow-bypatternfordifferenttestingfluids,andthismakesthemeasurementrangeenlargedandtheaccuracyincreasedaswell.Practicalapplicationof2wellsinDaqingoilf

6、ieldshowsgoodresult,anditisprovedthatthecombinationloggingtoolhasanimportantroleinthedynamicmonitoringofscrewpumpwell.Keywords：productionlogging,screwpumpwell,flexiblejoin,productionprofile,waterholdup0引言大慶油田在用螺桿泵井已達(dá)到3000余口，但受螺桿泵抽油機(jī)井井下工藝和地面驅(qū)動(dòng)裝置的限制，常規(guī)的過(guò)環(huán)空產(chǎn)出剖面測(cè)井儀器不能通過(guò)測(cè)井通道，急需研制一種結(jié)構(gòu)可以彎曲且滿足螺桿泵井測(cè)試要求的新型測(cè)井儀

7、器。1螺桿泵井測(cè)試工藝螺桿泵井地面設(shè)備由驅(qū)動(dòng)裝置、測(cè)試閘門和偏心井口組成(見(jiàn)圖1)。驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力通過(guò)抽油桿傳遞給螺桿泵，帶動(dòng)螺桿泵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，完成舉升功作者簡(jiǎn)介：房乾，男，1967年生,工程師，從事測(cè)井儀器研究和制造工作。（圣）+赤（(1)能。井下由油管旋轉(zhuǎn)器、油管扶偏器、螺桿泵、篩管、扶正引鞋和油管錨組成。測(cè)井儀器由偏心井口進(jìn)入井下環(huán)套空間，需要穿過(guò)油管扶偏器側(cè)面的測(cè)試通道，由扶正引鞋進(jìn)入測(cè)試地層。油管旋轉(zhuǎn)器用于電纜解纏，與偏心井口配合使用,可在泵體錨定的情況下帶壓旋轉(zhuǎn)油管。由于驅(qū)動(dòng)裝置的減速箱位于井口正上方，遮擋了偏心測(cè)試閘門，因此測(cè)試閘門與垂直方向呈12。傾角。為開展測(cè)試工作，設(shè)計(jì)了可傾

8、斜防噴裝置，其上端連接防噴管，下端與偏心井口相連。彎曲處采用萬(wàn)向節(jié)方式，可以帶壓任意方向旋轉(zhuǎn)，既達(dá)到了密閉測(cè)井，又解決了電纜與驅(qū)動(dòng)裝置摩擦的問(wèn)題。扶正引鞋扶正引鞋油管旋轉(zhuǎn)器油油融器測(cè)試閘門蹄井口圖1螺桿泵井測(cè)試工藝示意圖2儀器結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)2.1儀器結(jié)構(gòu)受螺桿泵井地面和井下工藝的限制，井下儀器需要設(shè)計(jì)成多節(jié)可彎曲結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和模擬實(shí)驗(yàn)，外徑為28mm的測(cè)井儀器單節(jié)剛性長(zhǎng)度應(yīng)不超過(guò)1m,因此螺桿泵井產(chǎn)出剖面測(cè)井儀設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。溫度、壓力和磁性定位這3個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)在1個(gè)儀器短節(jié)上,流量含水率測(cè)量部分的電路、傳感器和集流器分布在3個(gè)不同的儀器短節(jié)上，儀器的4個(gè)功能短節(jié)之間通過(guò)軟連接和可彎曲流道相連。2

9、.2儀器特點(diǎn)（1）在電纜頭、井溫壓力磁定位、流量含水率電路和流量含水率傳感器之間設(shè)置3個(gè)密封軟連接。軟連接中間通過(guò)3根供電引線，可任意方向彎曲，具有較高的耐溫、耐壓能力，承受載荷可達(dá)到25kN以上。（2）流量和含水率測(cè)量部分需要在井下集流測(cè)量，由于存在可動(dòng)部件，儀器長(zhǎng)度通常在130150cm之間,無(wú)法通過(guò)螺桿泵偏心測(cè)試通道，因此設(shè)計(jì)了彎曲流道。該流道上端連接流量含水率傳感器,下端連接集流傘。采用這種結(jié)構(gòu)，流量含水率測(cè)量部分的長(zhǎng)度從常規(guī)儀器130cm變?yōu)?段小于100cm的短節(jié)。（3）大慶油田各采油廠產(chǎn)出井含水差異較大,為了擴(kuò)大儀器的測(cè)量范圍，含水率測(cè)量采用阻抗法和過(guò)流電容法2種方式。（4）過(guò)流

10、式含水率傳感器采用了一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電極整體嵌入絕緣層中，兩端使用盤根密封，絕緣性好,表面光滑，不易沾污。（5）為了配合螺桿泵井測(cè)井,設(shè)計(jì)了4節(jié)可折疊短加重，單節(jié)長(zhǎng)度80cm，最大彎曲角度可達(dá)180。該加重的兩端和彎曲處均設(shè)計(jì)成球面結(jié)構(gòu),減少了儀器在起下的過(guò)程中與測(cè)試通道的摩擦。2.3儀器技術(shù)指標(biāo)儀器外徑28mm；最高工作溫度125C；最高工作壓力35MPa；流量測(cè)量范圍380m3/d；含水率測(cè)量范圍0%100%；含水率測(cè)量精度/5.0%；單節(jié)儀器剛性長(zhǎng)度不大于1000mm；軟連接彎曲角度任意方向不小于30。3儀器工作原理螺桿泵井產(chǎn)出剖面測(cè)井儀使用3芯電纜供電與傳輸信號(hào)，通過(guò)地面系統(tǒng)給井下供正

11、電和負(fù)電分時(shí)測(cè)量。3芯電纜的第1芯為測(cè)井儀的電路供電，第2芯給集流傘供電，第3芯傳輸磁定位模擬信號(hào)。電路工作原理見(jiàn)圖3。給測(cè)井儀供負(fù)電時(shí)，井溫壓力磁定位電路工作o溫度和壓力傳感器采集的信號(hào)分別經(jīng)過(guò)放大、壓頻轉(zhuǎn)換和整形后，變?yōu)槊}沖信號(hào)。2路信號(hào)通過(guò)反復(fù)合電路，以正負(fù)脈沖的形式輸出。在井下定點(diǎn)測(cè)量流量與含水率參數(shù)。測(cè)井儀供正電時(shí)，流量含水率電路工作。采用渦輪測(cè)量流】當(dāng)流體沖擊渦輪時(shí)，鑲嵌磁鋼的渦輪葉片旋轉(zhuǎn)，使固定在渦輪架上的霍爾元件感應(yīng)出高低電平信號(hào)，電平經(jīng)過(guò)電路比較和整形處理后轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，通過(guò)記錄單位時(shí)間內(nèi)的渦輪轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算流量的大小。測(cè)量含水率時(shí)，對(duì)于低含水，采用過(guò)流式電容法。含水率傳感器結(jié)構(gòu)

12、見(jiàn)圖4,測(cè)量部分主要由圓柱型金屬內(nèi)電極、絕緣介質(zhì)、儀器外筒和流過(guò)環(huán)形空間的流體介質(zhì)共同組成。井下混相液組份變化時(shí),傳感器電容量發(fā)生變化,其等效電容為圖2螺桿泵井產(chǎn)出剖面測(cè)井儀結(jié)構(gòu)圖放信號(hào)接收一【大.倍號(hào)一整形反一運(yùn)驅(qū)復(fù)放一動(dòng)整形合am位器11反Ar一運(yùn)驅(qū)復(fù)合放動(dòng)疝虹）I矗頓備Ijsamssstma電路工作原理發(fā)射電極測(cè)袖極+測(cè)量電極一發(fā)射電極測(cè)袖極+測(cè)量電極一圖4過(guò)流式含水圖5阻抗式含水率傳感器率傳感器式中,。為傳感器等效電容，四F；為絕緣材料介電常數(shù);8為電極絕緣層厚度，m為內(nèi)電極外徑,m；R為外電極內(nèi)徑，m；2為混合流體介電常數(shù)浦為電極高度,m。在電極結(jié)構(gòu)一定的情況下，式（1）中的昌*、8

13、、均為固定值,電容量C的變化只與2相關(guān)。因此將電極作為震蕩電路的1個(gè)參數(shù)，通過(guò)測(cè)定含水電極的電容量可以計(jì)算流體介電常數(shù)，進(jìn)而推算含水率。使用過(guò)流式方法測(cè)量含水率消除了低產(chǎn)液、間歇出油、流態(tài)不均勻給測(cè)量帶來(lái)的誤差。當(dāng)含水率高于60%、總流量低于80m3/d時(shí),井內(nèi)水為連續(xù)相，電容法測(cè)量含水率已經(jīng)不適應(yīng)，因此采用阻抗法測(cè)量含水率。傳感器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5o由1個(gè)發(fā)射電極和2個(gè)測(cè)量電極組成。從發(fā)射電極向傳感器下方的儀器外殼發(fā)射一定頻率的交變恒定電流，當(dāng)流體從傳感器內(nèi)流過(guò)時(shí)，由于測(cè)量電極間阻抗的存在，極間產(chǎn)生電壓，油水介質(zhì)發(fā)生改變時(shí)，以致輸出電壓變化。不同的電壓對(duì)應(yīng)不同油水混合時(shí)的流體阻抗特性，根據(jù)介質(zhì)阻抗特

14、性計(jì)算含水率。測(cè)量過(guò)程中只需測(cè)量傳感器在混相液和全水時(shí)的頻率輸出，經(jīng)過(guò)計(jì)算及與圖版對(duì)照，即可得到含水率。在電路中，2個(gè)測(cè)雖電極采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后,首先轉(zhuǎn)換為直流電壓，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器處理為頻率值，與流量信號(hào)一同經(jīng)過(guò)反復(fù)合電路和驅(qū)動(dòng)電路送到地面。4測(cè)井實(shí)例B2-21-PXX是大慶油田1口螺桿泵井,井口計(jì)量該井產(chǎn)液量是58m3/d,含水率是90.8%。由于該井是高含水井，因此采用阻抗式螺桿泵井產(chǎn)出剖面測(cè)井儀對(duì)該井進(jìn)行過(guò)環(huán)空測(cè)井。測(cè)井結(jié)果表見(jiàn)表1，合層產(chǎn)量為63.6m3/d（見(jiàn)圖6）。3個(gè)層位的產(chǎn)量分別是7.5、16.4m3/d和39.7m3/do1146.9m之下的產(chǎn)層為該井的主要產(chǎn)液層，產(chǎn)

15、量占全井產(chǎn)量的62.4%。在1135m處測(cè)得的混相值和全水值分別為559.2Hz和511.2Hz（見(jiàn)圖7、圖8）,經(jīng)測(cè)井軟件計(jì)算含水率為89.8%。NBXX井是1口低含水井，井口計(jì)量該井產(chǎn)液量是22.7m3/d,含水率是4.1%。采用過(guò)流式螺桿泵產(chǎn)出剖面測(cè)井儀測(cè)井。測(cè)井結(jié)果表見(jiàn)表2,總產(chǎn)量為23.4m3/d。圖9是過(guò)流式含水曲線輸出，經(jīng)測(cè)井軟件計(jì)算含水率為3.9%。通過(guò)以上2口井的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),證明在采用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后,螺桿泵產(chǎn)出剖面測(cè)井儀各參數(shù)工作正常，流量和含水率有較高的測(cè)量精度，測(cè)井儀對(duì)高含水井和低含水井均很好的測(cè)量效果。表1B2-21-PXX井測(cè)井成果表汗口測(cè)點(diǎn)深渦輪脈合層產(chǎn)量/分層相對(duì)分

16、層絕對(duì)產(chǎn)全水值/混相值/合層含水/合層產(chǎn)水/分層含水/分層產(chǎn)水/序號(hào).度/m沖/Hz(n?1)產(chǎn)量/%量/(m3d】)HzHz%(m3d_1)%(m3d-1)89?857.875_90.250.689.014.690.636.090.636.01135.089.11140.278.61146.955.663.611.856.125.839.762.47.516.439.7511.2504.3533.0592.2578.3600.857.150.636.0表2NBXX井測(cè)井成果表測(cè)點(diǎn)深渦輪脈合層產(chǎn)量/分層相對(duì)分層絕對(duì)產(chǎn)量/含水值/合層含水/合層產(chǎn)水/分層含水/分層產(chǎn)水/度/m沖/Hz(m3-d-1)產(chǎn)量/%(m3-d-1)Hz%(mcT)%(m3-d1)23.420.20.90.8419.0429.00.10.83.219.33.14.113.782.524.821.4123821.03.93804.04.250040030020406080100120時(shí)間/s螺桿泵井產(chǎn)出剖面測(cè)井儀器改變了傳統(tǒng)儀器的連接方式，通過(guò)柔性連接設(shè)計(jì)，使儀器的單節(jié)長(zhǎng)度大大縮短，解決了螺桿泵井及特殊通道井的測(cè)試問(wèn)題。(2) 儀器的彎曲部分采用特殊工藝,撓性好、載荷強(qiáng)