專利名稱：一種油井持水率測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油田采油井井下持水率測定裝置。
石油生產(chǎn)井各地下油層的產(chǎn)出流體中，包含了不同的含水比例。為了“減水增油”，合理安排各油層的采出量，必須精確測定井下不同層位位置的“持水率”。
中國專利“高頻電磁振蕩持水率測量儀”(申請(qǐng)?zhí)?2223160)是一種電容式持水率測量儀。通常的電容式持水率測量儀在持水率高于40％時(shí)靈敏度極低。該專利采用了高頻電磁波，減小了地層水導(dǎo)電對(duì)儀器靈敏度的影響。在持水率高于40％的條件下，儀器有較高的靈敏度。然而針對(duì)國內(nèi)高持水率油井的實(shí)際參數(shù)，石油生產(chǎn)要求將持水率的測量范圍擴(kuò)展到99％以上，這是現(xiàn)有電容式持水率測量儀難以實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的目的在于提出一種在高持水率狀態(tài)下能準(zhǔn)確測量井下“持水率”參數(shù)的油井持水率測量儀。
本發(fā)明油井持水率測量儀的特征是在其探測段設(shè)置有空間分布的金屬探針及井壁油層分離罩；本發(fā)明油井持水率測量儀采用金屬探針進(jìn)行油、水介質(zhì)判別和統(tǒng)計(jì)處理的測量原理，在油井整個(gè)測量斷面布置金屬探針，測量流過探針針尖區(qū)流體的導(dǎo)電性質(zhì)，來判別該區(qū)流體的油水屬性，地面測井系統(tǒng)對(duì)流過油井持水率測量儀探針區(qū)的流體性質(zhì)進(jìn)行一定時(shí)間的測量統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)處理，取得測量流體全斷面的平均“持水率”數(shù)據(jù)。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明油井持水率測量儀的整體結(jié)構(gòu)為一園柱形狀。它由探測段、測量電路段、機(jī)電控制段組成。測量儀的探測段在儀器的中間部位，它的下端與機(jī)電控制段相連，另一端與測量電路段相連，組成一園柱形裝置，儀器上端經(jīng)電纜與地面測井系統(tǒng)連接。
探測段由金屬探針、扶正支撐架及油層分離裝置一井壁油層分離罩組成。在儀器探測段徑向部位設(shè)置了金屬探針。
扶正支撐架設(shè)置在探測段的外圍，在金屬探針測量斷面的下方設(shè)置了井壁油層分離罩，井壁油層分離罩的下邊沿被固定在扶正支撐架上。
測量電路段設(shè)置了探測電源、油水判別電路、多路傳輸電路。
機(jī)電控制段包括電機(jī)、減速器。
油井持水率測量儀探測段設(shè)置的金屬探針用絕緣套管包封，并用引線接到測量電路段內(nèi)的一個(gè)直流或交流探測電源上，針尖處裸露在被測流體中。
當(dāng)探針尖被油包裹時(shí)，油的電阻率高，流過探針尖的電流小。當(dāng)它被水包裹時(shí)，水的電阻率低，流過探針尖的電流大。測量流過探針尖的電流值，可判別探針尖周圍的介質(zhì)是油還是水。探針的針尖向下，迎著生產(chǎn)井產(chǎn)出流體的方向，針尖有時(shí)處在油中，有時(shí)在水中。
為了測定探針?biāo)诓课挥秃退南鄬?duì)流過量，需要作較長時(shí)間測量和統(tǒng)計(jì)平均。假定在一段選定的測量時(shí)間T(通常為數(shù)分鐘)內(nèi)，探針處在大電流的時(shí)間(即水中的時(shí)間)為t1,t2,……tN，共N個(gè)時(shí)間段。根據(jù)“持水率”的定義，可得出持水率數(shù)據(jù)Yw。YW=t1+t2+...+tNT]]>選擇較長的測量統(tǒng)計(jì)時(shí)間T，可減小地層油，水產(chǎn)出時(shí)的隨機(jī)漲落引起的誤差。
單支金屬探針只能測量出流過探針尖鄰近區(qū)域流體的“持水率”參數(shù)。由于生產(chǎn)井出油孔射孔分布的不均勻和油井的傾斜角等因素，在一個(gè)測量橫斷面內(nèi)，油和水的分布通常是不均勻的。為了在油、水分布不勻時(shí)，準(zhǔn)確測出該斷面的油、水產(chǎn)出量，需要設(shè)置較多數(shù)量的測量探針，并將其均勻分布，覆蓋整個(gè)流體斷面。本發(fā)明油井持水率測量儀采用多支探針在儀器周圍360°全方位和徑向多圈分布，可消除測量斷面內(nèi)油、水分布不均勻產(chǎn)生的探測誤差。
本發(fā)明利用扶正支撐架將儀器支撐到井的中心部位，將探針從儀器外壁伸展出去，進(jìn)入流體主通道，使其分布在數(shù)個(gè)不同半徑的園周上，形成對(duì)整個(gè)流體斷面的較好覆蓋。
造成油和水在套管內(nèi)流動(dòng)時(shí)分布不均勻的另一個(gè)因素是原油和套管壁的粘附力。它會(huì)使部分原油粘附在井壁上，并向上滑移流動(dòng)。由于探針處在油井中油水混合流體內(nèi)，不能探測到井壁上的油體，使“持水率”參數(shù)測量產(chǎn)生附加誤差。因此，本發(fā)明在流體進(jìn)入測量斷面前(即儀器下方)，設(shè)置一個(gè)緊貼井壁的油層分離裝置－井壁油層分離罩，它使沿井壁滑移流動(dòng)的油體轉(zhuǎn)向，流到探針能測量的油水混合流體內(nèi)，解決了以往持水率測量儀不能探測到附壁油流體而引起的持水率測量誤差。
本發(fā)明持水率測量儀和以往的井下持水率測量儀相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)①采用探針油、水介質(zhì)判別和統(tǒng)計(jì)處理的測量原理，在持水率高至100％時(shí)也能獲得準(zhǔn)確測量數(shù)據(jù)。在生產(chǎn)井原油產(chǎn)出比例較低時(shí)，只要加長測量統(tǒng)計(jì)時(shí)間，測得足夠的油取樣數(shù)，就能達(dá)到必要的精度。
②采用多支探針在儀器周圍360°全方位和徑向多圈分布，可基本消除測量斷面內(nèi)油、水分布不勻勻產(chǎn)生的探測誤差。采用多探針還減小了測量的隨機(jī)漲落誤差，可縮短測量總時(shí)間。
③采用井壁油層分離裝置，使沿著井壁滑移流動(dòng)的油層進(jìn)入探針的測量范圍內(nèi)，解決了以往持水率測量儀不能探測到附壁油流體而引起的持水率測量誤差。
采用本發(fā)明的持水率測量儀可在高持水率狀態(tài)下，以較短的測量時(shí)間實(shí)現(xiàn)井下持水率(或持油率)的準(zhǔn)確測量。
下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明油井持水率測量儀作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為油井持水率測量儀整體結(jié)構(gòu)及井下使用狀態(tài)示意圖；圖2為油井持水率測量儀多支金屬探針針尖橫斷面位置分布示意圖；圖3為油井持水率測量儀單針式探針結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖；圖4為油井持水率測量儀雙針式探針結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖；圖5為油井持水率測量儀井壁油層分離罩結(jié)構(gòu)之一示意圖6為油井持水率測量儀井壁油層分離罩結(jié)構(gòu)之二示意圖；圖7為油井持水率測量儀電路原理示意圖；圖中1.探測段；2.測量電路段；3.機(jī)電控制段；4.扶正支撐架；5.探針支架；6.探針尖；7.井壁套管；8.油層分離罩；9.儀器外殼；10.探測電源；11.電阻；12.油水判別電路；13.絕緣套管；14.接地探針；15.多路傳輸電路；16.地面測井系統(tǒng)。
圖1為本發(fā)明油井持水率測量儀的整體結(jié)構(gòu)及井下使用狀態(tài)示意圖，油井持水率測量儀整體為一園柱形狀。它由探測段(1)、測量電路段(2)、機(jī)電控制段(3)組成。
測量儀的探測段(1)在儀器的中間部位，它的下端與機(jī)電控制段(3)相連，另一端與測量電路段(2)相連，組成一園柱形裝置，儀器的直徑小(φ26mm)，滿足“環(huán)空測井”的要求。儀器上端經(jīng)電纜與地面測井系統(tǒng)(16)連接。
探測段(1)由金屬探針、扶正支撐架(4)及油層分離裝置－井壁油層分離罩(8)組成。在儀器探測段(1)徑向部位設(shè)置了金屬探針，下井前，扶正支撐架(4)收攏，探針與儀器外殼(9)平行，下井后，扶正支撐架(4)打開，探針支架(5)伸展，形成探針測量斷面。根據(jù)不同的油井情況，設(shè)定了兩種探針結(jié)構(gòu)，即單針式探針和雙針式探針結(jié)構(gòu)。圖3為單針式探針結(jié)構(gòu)圖，其連接引線和金屬探針包封絕緣套管(13)，探針尖(6)裸露，金屬探針通過引線接到測量電路段內(nèi)(2)。圖4為雙針式探針結(jié)構(gòu)圖，此結(jié)構(gòu)中，一支探針結(jié)構(gòu)與單針式探針相同，另一探針及引線接儀器外殼(9)，兩探針尖(6)相距0.5-3mm。整個(gè)持水率探測斷面的結(jié)構(gòu)是多個(gè)探針在空間分布設(shè)置，且中心對(duì)稱均勻排列在測量斷面的一個(gè)園周或半徑不同的多個(gè)園周上。圖2是采用12支探針的探針尖(6)井下位置分布圖。探針分兩圈排列在儀器探測段(1)和井壁套管(7)之間，外圈安置8支探針，內(nèi)圈安置4支探針，在角度分布上內(nèi)外兩層相互錯(cuò)開，中心對(duì)稱均勻地覆蓋整個(gè)流體斷面。
扶正支撐架(4)設(shè)置在探測段(1)的外圍，在金屬探針測量斷面的下方設(shè)置了井壁油層分離罩(8)，井壁油層分離罩(8)的下邊沿被固定在扶正支撐架(4)上。
井壁油層分離罩(8)結(jié)構(gòu)之一如圖5所示，它的作用是使沿井壁向上滑移的油層離開套管壁，回到油、水混合流體中。分離罩的形狀為倒置的漏斗狀、罩的下邊沿由扶正支撐架(4)將其緊貼在井壁上，罩的上邊出口比下邊的進(jìn)口小，流體通過分離罩后將向井的中間部位聚集。為了使貼附井壁油流離開井壁，而又不產(chǎn)生大的井下流型變化，罩的高度要小(約10mm)，罩的向上傾角約45°。為了使離開井壁沿分離罩內(nèi)壁向上流動(dòng)的油流在進(jìn)入混合流體時(shí)比較均勻的分布和散開，罩的上邊沿設(shè)計(jì)為波紋狀。
本發(fā)明油井持水率測量儀的井壁油層分離罩(8)結(jié)構(gòu)之二如圖6所示。為了獲得準(zhǔn)確的持水率測量，分離罩須將井壁的油層流較均勻的分配到流體斷面中去。該分離罩具有邊沿分布的小孔和中心部位的大孔，它使沿分離罩內(nèi)壁向上流動(dòng)的油流在進(jìn)入混合流體時(shí)具有更寬的徑向位置分布，使油、水混合得更均勻，使持水率參數(shù)測量得更準(zhǔn)確。
分離罩的材料采用薄布，在儀器下井和上提時(shí)，由扶正支撐架將分離罩收籠。
測量電路段(2)通過金屬探針測定探針尖(6)所在區(qū)域流體的導(dǎo)電性能，經(jīng)油水判別電路(12)將數(shù)據(jù)處理并輸往地面測井系統(tǒng)(16)。
圖7為油井持水率測量儀電路原理示意圖，本發(fā)明的持水率測量儀的測量電路段(2)包含探測電源(10)，油水判別電路(12)，多路傳輸電路(15)。電路工作原理如下探測電源(10)電壓V探經(jīng)電阻R加到探針尖(6)，將1/2V探作為參考電壓VR加到油水判別電路的一個(gè)差動(dòng)輸入端。當(dāng)探針尖(6)處在油中時(shí)，探針的接地電阻值R油遠(yuǎn)大于電路中的電阻值R，探針處的輸入電壓遠(yuǎn)大于參考電壓VR。油水判別電路(12)可采用“運(yùn)算放大器”集成電路，探針尖(6)在油中時(shí)，油水判別電路(12)輸出高電平(邏輯1)。當(dāng)探針尖(6)處在水中時(shí)，探針的接地電阻值R水遠(yuǎn)小于電路中的電阻值R，探針處的輸入電壓遠(yuǎn)小于參考電壓VR。油水判別電路(12)輸出低電平(邏輯0)。
當(dāng)儀器采用多支探針時(shí)，有相應(yīng)數(shù)目的油水判別電路(12)的邏輯輸出信號(hào)。為了經(jīng)單芯測井電纜向地面?zhèn)鬏斝盘?hào)，需經(jīng)多路傳輸電路(15)組合后向地面?zhèn)鬏敗?br> 機(jī)電控制段(3)通過地面測井系統(tǒng)(16)來控制儀器在井中打開及收籠扶正支撐架(4)及探針。
當(dāng)測量油井持水率時(shí)，將本發(fā)明油井持水率測量儀，通過電纜放入被測井中，由地面測井系統(tǒng)(16)控制，機(jī)電控制段(3)在井下將扶正支撐架(4)撐開至井壁套管(7)，使儀器保持在油井中心部位，同時(shí)，機(jī)電控制段(3)也使所有金屬探針支架伸展，使全部探針較均勻地覆蓋整個(gè)流體斷面，探針尖(6)呈裸露狀。
在探針測量斷面的下方設(shè)置的井壁油層分離罩(8)，也隨著扶正支撐架(4)的撐開而伸展，它使沿井壁滑移流動(dòng)的油層進(jìn)入探針可探測到的油、水混合流體中；當(dāng)探針尖(6)和液體接觸后，探測段(1)探測電源的電壓經(jīng)電阻加到探針尖(6)，經(jīng)導(dǎo)電水介質(zhì)流回到儀器外殼(9)，形成回路電流，此時(shí)，在探測段(1)上分布的多支探針尖(6)獲得的油、水介質(zhì)信號(hào)經(jīng)過測量電路段(2)處理，然后經(jīng)電纜傳輸?shù)降孛?，由地面測井系統(tǒng)(16)作數(shù)據(jù)分析、顯示、記錄和存貯。經(jīng)過選擇的測量統(tǒng)計(jì)時(shí)間后，井下測量工作完畢，地面測井系統(tǒng)(16)通過電纜收籠扶正支撐架(4)及金屬探針，使其復(fù)原位，儀器出井。
實(shí)施例1本實(shí)施例1為采用12支單針式探針的油井持水率測量儀，圖1是其整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是12支探針針尖井下位置分布示意圖，圖3是單針式探針結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖。它適合在油井井下持水率50％-100％的條件下應(yīng)用。在上述的條件下，井筒中的油以分立的油珠狀態(tài)存在，而井筒中的水構(gòu)成相互連接的連續(xù)導(dǎo)電體。
油井持水率測量儀為一圓柱形狀，它由探測段(1)、測量電路段(2)、機(jī)電控制段(3)組成。測量儀的探測段(1)在儀器的中間部位，它的下端與機(jī)電控制段(3)相連，另一端與測量電路段(2)相連，儀器上端經(jīng)電纜與地面測井系統(tǒng)(16)連接。
探測段(1)由金屬探針、扶正支撐架(4)及油層分離裝置－井壁油層分離罩(8)組成。在儀器探測段(1)徑向部位設(shè)置的金屬探針為單針式探針結(jié)構(gòu)的12個(gè)探針。圖2是采用12支探針的探針尖(6)井下位置分布圖。探針和從測量電路段(2)伸出的探針引線用絕緣套管(13)全部包封，只露出探針尖(6)。
扶正支撐架(4)設(shè)置在探測段(1)的外圍，在金屬探針測量斷面的下方設(shè)置了井壁油層分離罩(8)，罩的上邊沿設(shè)置為波紋狀，井壁油層分離罩(8)的下邊沿被固定在扶正支撐架(4)上。
圖3是單針式探針結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖。當(dāng)探針尖(6)和水接觸后，探測電源(10)的電壓經(jīng)電阻(11)加到探針尖(6)，經(jīng)導(dǎo)電水介質(zhì)流回到儀器外殼(9)，形成回路電流。而當(dāng)探針尖(6)在油中時(shí)，其回路電流極小。油、水判別電路(12)根據(jù)流經(jīng)電阻(11)的電流大小判別針尖處在油中還是在水中。油、水判別電路(12)采用集成運(yùn)算放大器。為了傳送12路探針產(chǎn)生的油水判別信號(hào)，采用兩塊“八選一數(shù)字集成電路”組合為多路傳輸電路(15)。單針式探針結(jié)構(gòu)簡單，特別適合測量持水率較高的生產(chǎn)井。
實(shí)施例2本實(shí)施例2為采用12支雙針式探針的油井持水率測量儀，圖1是其整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是12支探針針尖井下位置分布示意圖，圖4是雙針式探針結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖。它的應(yīng)用范圍不受井下持水率大小的限制，即可以在油井井下持水率0-100％的條件下應(yīng)用。雙探針中的一根探針和單針式探針結(jié)構(gòu)相同，探針外包絕緣套管(13)，而另一根接地探針(14)和儀器外殼(9)相連接，其引線和探針可以裸露在流體中。兩根針的針尖相距1mm。整體結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。當(dāng)兩個(gè)針尖被同一個(gè)水體(或水珠)包裹時(shí)，探測電源(10)的電壓經(jīng)電阻(11)，加到探針尖(6)，經(jīng)導(dǎo)電水介質(zhì)回到接地探針(14)，形成回路電流。當(dāng)探針尖(6)在油中時(shí)，其回路電流極小。油水判別電路(12)的工作原理和實(shí)施例1相同。
本發(fā)明的油井持水率測量儀，空間分布的金屬探針可為單針式探針結(jié)構(gòu)、雙針式探針結(jié)構(gòu)、或部分采用單針式探針結(jié)構(gòu)和部分采用雙針式探針結(jié)構(gòu)的組合。
本發(fā)明油井持水率測量儀能在低持水率條件下應(yīng)用，更適用于在高持水率狀態(tài)下準(zhǔn)確測量井下持水率參數(shù)。該儀器體積小、能滿足“環(huán)空測井”的要求，且使用方便，特別適應(yīng)我國高持水率油井生產(chǎn)測井的需求。
權(quán)利要求
1.一種油井持水率測量儀，包括探測段(1)、測量電路段(2)和機(jī)電控制段(3)，其特征是探測段設(shè)置有空間分布的金屬探針和井壁油層分離罩(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的持水率測量儀，其特征是當(dāng)空間分布的金屬探針為單針式探針結(jié)構(gòu)時(shí)，探針連接引線和金屬探針包封絕緣套管(13)，探針尖(6)裸露。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的持水率測量儀，其特征是當(dāng)空間分布的金屬探針為雙針式探針結(jié)構(gòu)時(shí)，一支探針結(jié)構(gòu)與單針式探針相同，另一探針及引線接儀器外殼(9)，兩探針尖(6)相距0.5-3mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的持水率測量儀，其特征是空間分布的金屬探針，均勻排列在測量斷面的同一園周或多個(gè)不同園周上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的持水率測量儀，其特征是空間分布的金屬探針可為單針式探針結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的持水率測量儀，其特征是空間分布的金屬探針可為雙針式探針結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的持水率測量儀，其特征是空間分布的金屬探針可部分采用單針式探針結(jié)構(gòu)、部分采用雙針式探針結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的持水率測量儀，其特征是井壁油層分離罩(8)是一個(gè)倒置的漏斗狀口袋，其下邊沿緊貼井壁，其上邊沿為一個(gè)大流體引出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的井壁油層分離罩(8)，其特征是井壁油層分離罩(8)的上邊沿設(shè)計(jì)為波紋狀或在裙體部分加多個(gè)小流體引出口。
全文摘要
本發(fā)明為一種采油井井下持水率測量儀,通過設(shè)置空間分布的探針測量流過針尖區(qū)流體的導(dǎo)電性能,判別該區(qū)流體油、水屬性。測量儀處于油井的中心,眾多探針360°全方位伸展到流體中,整個(gè)測量斷面分布多圈探針,經(jīng)數(shù)據(jù)處理得出全斷面的平均持水率數(shù)據(jù)。本儀器設(shè)有井壁油層分離罩,減小了貼附井壁油層流引起的持水率探測誤差。本發(fā)明適用測量的油井持水率范圍寬,可測至最高持水率100%的油井,能滿足“環(huán)空測井”的要求。
文檔編號(hào)E21B47/00GK1299970SQ00112929
公開日2001年6月20日 申請(qǐng)日期2000年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月15日
發(fā)明者岑大剛, 黃誠獻(xiàn), 劉黃瑩, 殷紹忠, 劉發(fā)富, 辛宇亮 申請(qǐng)人:四川科學(xué)城久利電子總公司