持水率計(jì)綜述

1、持水率計(jì)綜述徐愛(ài)肪（河南油田測(cè)井公司河南南陽(yáng)473200）摘要 如何根據(jù)抽油井特點(diǎn)，研制開(kāi)發(fā)適合于我國(guó)中、后期油田生產(chǎn)測(cè)井需要的高含水率儀，一 直是油田內(nèi)外科技工作者不懈追求的目標(biāo)。文章對(duì)國(guó)內(nèi)外含水率儀器，特別是高頻電容式含水率儀器、微 波式含水率儀器、阻抗式含水率儀器、分離式含水率儀器、放射性含水率儀器等儀器的原理、結(jié)構(gòu)、性能、 特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述、比較與分析，對(duì)我國(guó)將來(lái)高含水率儀器的發(fā)展方向提出了一些建議。關(guān)鍵詞 高含水率儀 適用范圍 推廣應(yīng)用 發(fā)展趨勢(shì) 建議引言隨著油田開(kāi)發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，我國(guó)大部分油田現(xiàn)已進(jìn)入中、高含水開(kāi)發(fā)時(shí)期，為了搞好動(dòng) 態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)油田進(jìn)行綜合治理，使其長(zhǎng)期穩(wěn)

2、產(chǎn)，自20世紀(jì)80年代以來(lái)，各油田先后引進(jìn)了 DDL-Ill、AT七CS400C、DDL-V、EXCELL-2000等數(shù)控生產(chǎn)測(cè)井設(shè)備，這些設(shè)備投產(chǎn)使用后， 顯示出了強(qiáng)大的生命力。但是，由于這些設(shè)備都不同程度的存在著許多缺陷和不足，給生產(chǎn) 測(cè)井工作帶來(lái)了許多不便，1英寸電容式含水率儀器就是其中的一種不完善的井下儀器。由 于原裝進(jìn)口儀器只適用于含水率60%的油井，對(duì)大于60%的中、高含水油井顯得無(wú)能為力。 為了開(kāi)發(fā)出適合我國(guó)高含水油井環(huán)空測(cè)井需要的儀器，油田內(nèi)外的許多技術(shù)人員和專(zhuān)家都在 致力于這一儀器的研制工作，并取得了可喜的成績(jī)，如高頻電容式含水率儀路、微波式含水 率儀器、阻抗式含水率儀器、分

3、離式含水率儀器、放射性含水率儀器等都是這些年來(lái)我國(guó)科 技人員奮斗的結(jié)晶。但是美中不足的是，這些儀器只在少數(shù)油田使用，沒(méi)有得到廣泛推廣使 用。本文想通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外幾種高含水率儀的原理、結(jié)構(gòu)、性能、特點(diǎn)及應(yīng)用情況的綜述，為 大家更好地選購(gòu)、使用、研制儀器和取準(zhǔn)取全資料起到拋磚引玉的作用。高含水率儀的技術(shù)現(xiàn)狀1、電容式含水率儀器電容式含水率儀器是最先從國(guó)外引進(jìn)的儀器，它在我國(guó)的穩(wěn)油控水工作中發(fā)揮了很大作 用，由于該種儀器測(cè)量原理較為成熟，目前仍然廣泛應(yīng)用于許多油田。其測(cè)量原理如下：由 于碳?xì)浠衔锱c水具有顯著不同的介電常數(shù)，水的相對(duì)介電常數(shù)為6080,油氣的相對(duì)的介 電常數(shù)為1.04.0,電容式含水率

4、儀器就是利用油、氣同水的介電特性的差異來(lái)測(cè)量水的含 量，它采用的是由內(nèi)電極、絕緣棒及外殼構(gòu)成的電容傳感器。流體可以自由進(jìn)出絕緣層與外作者介紹：徐愛(ài)舫，測(cè)井高級(jí)工程師，1967年出生,1990年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院電子儀器專(zhuān) 業(yè)，現(xiàn)在河南石油勘探局測(cè)井公司從事生產(chǎn)測(cè)井和科研工作。郵編473200 殼之間的空間。當(dāng)流入該空間的介質(zhì)不同時(shí)，因介質(zhì)介電常數(shù)變化使得傳感器電容也相應(yīng)變 化。當(dāng)油水混合液進(jìn)入傳感器時(shí)，液體的介電常數(shù)與油水混合比例有關(guān)。因此，通過(guò)測(cè)量傳 感器電容量可以確定流入傳感器流體的含水率。根據(jù)傳感器的測(cè)量方式可分為環(huán)空式、取樣 式和平衡式三種儀器，儀器受油膜、水膜、出砂、結(jié)蠟、稠油、滑脫

5、速度、溫度和礦化度的 影響較大。出砂使測(cè)量結(jié)果偏大，結(jié)蠟引起取樣沾污等使測(cè)量結(jié)果偏小。從國(guó)外引進(jìn)的電容式含水率儀器的測(cè)量范圍為060%，最佳值小于30%，在高含水條 件下靈敏度降低，無(wú)法取準(zhǔn)取全老油田含水率資料。對(duì)此，許多油田都在改進(jìn)此儀器，華 北油田測(cè)井公司技術(shù)人員通過(guò)試驗(yàn)采用3MHz的頻率已能滿(mǎn)足實(shí)際要求，改進(jìn)后的電路圖如 圖1所示。經(jīng)過(guò)幾年的現(xiàn)場(chǎng)使用證明，改進(jìn)后的高頻電容式含水率儀器所測(cè)含水率的變化是 改進(jìn)前儀器的2.287倍,對(duì)于提高高含水條件下儀器靈敏度起到一定的作用3圖1 改進(jìn)后的高頻含水率儀器電路圖2.微波式含水率儀器. 微波式含水率儀器的測(cè)量原理是利用高頻電磁波的諧振狀態(tài)來(lái)測(cè)量

6、原油中的水分。當(dāng)高 頻電磁波在含水原油中傳播時(shí)，其波長(zhǎng)隨含水率的變化而變化，并引起諧振回路頻率的變化, 致使改變諧振回路和晶振電路之間的諧振狀態(tài)，根據(jù)這種改變可測(cè)量原油中的含水率。晶振電路產(chǎn)生一個(gè)頻率不變的高頻電磁波，并進(jìn)入諧振回路中。若諧振回路的固有頻率 和高頻電磁波的頻率相差很大時(shí)，回路處于失諧狀態(tài)，檢波電路檢波后的電壓值較低;若諧振 回路的固有頻率和高頻電磁波的頻率相等，則回路處于諧振狀態(tài),檢波后的電壓值較高。諧振 回路的固有頻率和天線(xiàn)探頭周?chē)慕橘|(zhì)特性有關(guān)。當(dāng)天線(xiàn)探頭處于純水中時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)回路 的電參數(shù)，使諧振回路的固有頻率與晶振電路發(fā)出的電磁波頻率相等，則電磁波在回路中引 起諧振，檢

7、波后電壓值較高；反之，當(dāng)天線(xiàn)探頭置于無(wú)水油中時(shí)，諧振回路的固有頻率和電磁 波的頻率相差較大,則回路處于失諧狀態(tài)，檢波后電壓值較低。當(dāng)天線(xiàn)探頭置于含一定水分的 石油中時(shí)，電磁波在回路中既不處于完全諧振也不是完全失諧的中間狀態(tài)，檢波后的電壓值 也處于上述的兩者之間。因此，測(cè)量出檢波后的電壓值，即可確定天線(xiàn)探頭石油含水率4。經(jīng)過(guò)在河南、大慶、勝利等油田的應(yīng)用證明，微波式含水率儀器測(cè)量范圍為0100%, 測(cè)量精度為士 5%，礦化度對(duì)曲線(xiàn)有一定的影響，受油膜、出砂、結(jié)蠟、稠油、滑脫速度的影 響較大。儀器的“三性一化”(即重復(fù)性、穩(wěn)定性、一致性、標(biāo)準(zhǔn)化)較差，主要原因是探頭 制作工藝不夠完善，造成儀器的離

8、散性較差。大慶油田生產(chǎn)測(cè)井研究所設(shè)計(jì)出了一種新型儀 器，消除了上述因素的影響，其原理如圖2所示丘。圖2微波含水率儀器工作原理框圖阻抗式含水率儀器阻抗式含水率儀器儂由大慶油田生產(chǎn)測(cè)井研究所研制而成。它是通過(guò)測(cè)量流體的電導(dǎo)率 間接測(cè)量井下油水兩相流的含水率，其原理為:它由安裝在絕緣管壁上按一定距離排列的4個(gè) 圓環(huán)不銹鋼電極組成，外面一對(duì)作為激勵(lì)電極，中間一對(duì)作為測(cè)量電板。給激勵(lì)電極供一定頻 率的交變穩(wěn)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，根據(jù)電學(xué)原理可 知,測(cè)量電極間產(chǎn)生電壓，電壓幅度與流過(guò)傳感器流體的電導(dǎo)率成反比,電導(dǎo)率與頻率成正比, 從而通過(guò)圖版求得含水率。該儀器適合于水為

9、連續(xù)相下工作，舍水率測(cè)量范圍為50%100%, 其優(yōu)點(diǎn)在于：可實(shí)現(xiàn)過(guò)流測(cè)量，減小了井內(nèi)產(chǎn)量波動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響；實(shí)現(xiàn)了含水率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確、可靠；由于采取實(shí)時(shí)刻度的方法，因此溫度及礦化度的影響很小,在測(cè)量誤差范圍內(nèi)；受流態(tài)影響?。粌x器具有較高的標(biāo)定精度，具有良好的重復(fù)性及一致性，因此在使用中將大大 減少儀楞標(biāo)定的工作量。分離式含水率儀器分離式含水率儀器衛(wèi)是根據(jù)垂直管中油水兩相流體流動(dòng)規(guī)律，通過(guò)一種新型油水 傳感器測(cè)量油水界面移動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)油與水的分相測(cè)量，達(dá)到確定產(chǎn)層含水率的目的。其精度 不受油膜、水膜及管滑脫的影響，不須進(jìn)行礦化度校正，提高了單層產(chǎn)油量的測(cè)量精度，可定 量測(cè)出高含水

10、井的主要油層，其測(cè)量范圍為0-100%，測(cè)量精度為2%。放射性含水率儀器放射性含水率儀器的測(cè)量原理為：當(dāng)?shù)湍芄庾哟┻^(guò)物質(zhì)時(shí),與物質(zhì)發(fā)生光電效應(yīng)、康普 頓效應(yīng)和電于對(duì)效應(yīng)。如果Er30keV,低能光子穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，主要由于光電效應(yīng)而被吸收, 質(zhì)量吸收系數(shù)以與組成該物質(zhì)的元素的原子序數(shù)有極大關(guān)系。油氣是碳?xì)浠衔铮菤溲?化合物，對(duì)于低能光子,碳和氫的值差別很大，用低能量光子探測(cè)油氣水混合物的視含水率， 正是利用了這一特性。該儀器的優(yōu)點(diǎn)在于：儀器響應(yīng)不受井內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)和水的含量影響，并且能夠連續(xù)測(cè)量，因此比電容含 水率儀器有更好的探測(cè)特性。測(cè)量結(jié)果使得兩相流動(dòng)分析中可以更好地識(shí)別流體類(lèi)型，求解兩

11、相流量。高含水率儀器的發(fā)展隨著計(jì)算機(jī)、聲光電核技術(shù)的不斷發(fā)展，高含水率儀器正朝著提高分辨率、增加穩(wěn)定性、 減少環(huán)境影響因素等方向發(fā)展。從高含水率儀器的發(fā)展來(lái)看，經(jīng)歷了一個(gè)從引進(jìn)、消化、吸 收，進(jìn)而到自我研制的發(fā)展過(guò)程。可以說(shuō)，經(jīng)過(guò)十幾年的不斷努力，中國(guó)的高含水率儀器在許 多方面領(lǐng)先于國(guó)外現(xiàn)有技術(shù)，給我國(guó)的生產(chǎn)測(cè)井工作帶來(lái)了巨大的希望，為取準(zhǔn)取全高含水 油井資料提供了有力的幫助。隨著石油科技的不斷發(fā)展，科技工作者在今后的含水率儀器開(kāi) 發(fā)研制中應(yīng)做好以下幾方面的工作：走優(yōu)勝劣汰的道路,讓適用范圍廣、三性一化好的儀器生存下來(lái)，并由有關(guān)部門(mén)進(jìn) 行有力扶持，在各油田進(jìn)行推廣應(yīng)用，讓其在油田的穩(wěn)油控水中發(fā)

12、揮最大作用，如阻抗式含水 率儀器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)使用效果均處于領(lǐng)先地位。目前國(guó)內(nèi)的波導(dǎo)式含水率儀和開(kāi)放式含水率儀由于受到工藝的限制，盡管理論上較 成熟，但制造和應(yīng)用難度較大。國(guó)外開(kāi)發(fā)的全井眼成像含水率儀器,由于價(jià)格昂貴、制造工藝 復(fù)雜,難以推廣應(yīng)用。針對(duì)上述情況，我們應(yīng)不斷引進(jìn)開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)方法、成熟工藝，使高 含水率儀器技術(shù)在中國(guó)市場(chǎng)上不斷發(fā)展。測(cè)量方式應(yīng)從深度驅(qū)動(dòng)測(cè)井向時(shí)間驅(qū)動(dòng)測(cè)井方向發(fā)展，從單一含水率儀測(cè)井向帶有 集流器和扶正器的含水率儀方向發(fā)展，從開(kāi)關(guān)式供電測(cè)井儀器向遙傳式供電測(cè)井儀器方向發(fā) 展。結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)我國(guó)科技工作者的不懈努力,使得高含水率測(cè)井儀器在某些方面處于國(guó)外領(lǐng)先地位, 為我國(guó)中、高含水油田的穩(wěn)油上產(chǎn)提供了可靠的數(shù)據(jù)。國(guó)產(chǎn)高含水率儀技術(shù)成熟，發(fā)展很快， 我國(guó)的技術(shù)專(zhuān)家及制造廠(chǎng)家應(yīng)抓住機(jī)遇，形成優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè),使我國(guó)的高合水率測(cè)井儀器不僅占 領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，在國(guó)際上也應(yīng)占有一席之地。參考文獻(xiàn)1吳錫令.生產(chǎn)測(cè)井原理，石油工業(yè)出版社，19962李艷架，于舒杰.取樣式電容法含水率儀測(cè)量的影響因素.測(cè)井技術(shù),1998,22(3)3陳永昌，劉素潔.DDL-III生產(chǎn)測(cè)井儀器的