压差密度仪在海上油田应用中的适应性探讨

2014-11-22吴乐军马焕英赵捷宋瑞河

石油天然气学报 2014年1期

吴乐军，马焕英，赵捷，宋瑞河

唐云飞，谢庆刚，张朝华（中海油田服务股份有限公司，河北廊坊 065201）

近年来，出于安全环保考虑，中海油田服务股份有限公司油田技术事业部用压差密度仪（fluid density differential pressure sensor，简称FDD）替代传统的放射性密度仪，进行产出井流体密度的测量。压差密度仪利用间距为0.6096m的2个压力探头测量井筒内流体压力变化，进而获得流体密度。海上油田开发的特点是产量高、井斜大、普遍采用电泵、井下流体相态复杂，致使压差密度仪的测量值受井斜、摩阻、流通管径等因素的影响，其测量值偏大，增大了资料解释的复杂性和难度，适用性受到很大限制。为此，笔者对压差密度仪测井原理进行了深入分析，认为摩阻是影响海上压差密度测井测量效果的最主要因素，提出了考虑摩阻影响的压差密度仪适用性图版，该图版对作业前压差密度仪的适用性分析有较好的指导意义。

1 压差密度仪测井原理

1.1 仪器结构

压差密度仪由压力测量、电子线路和加速度测量3部分组成。仪器总长1.3m，外径40mm，耐温177℃，耐压 103.4MPa，精度 0.03g／cm3①Sondex.Fluid density differential pressure sensor，2002.。如图1所示，仪器压力测量部分上下各有一个压力传导口PA，PB，两者距离0.6096m；仪器内部导管充满硅油，通过测量PA和PB之间的压力差来测量井筒内混合流体密度。加速度部分用来测量井斜，对斜井内测量的压力值进行井斜校正。

1.2 仪器测量原理

压差密度仪利用2个相距0.6096m的压敏波纹管来测量井筒内流体两点间的压力梯度的差值②KAPPA Engineering.Emeraude V2.42technical reference 1994－2005，2003.：

图1 压差密度仪井下测量示意图（直井和斜井）

2 测井影响因素分析

在压差密度仪测井原理基础上，分析了摩阻、加速度、井斜及硅油对测量值的影响。

2.1 摩阻梯度影响

摩阻梯度由仪器摩阻梯度和管子摩阻梯度两部分组成，即摩阻梯度引起的压力变化也由两部分组成：

式中：fs和fi分别表示管柱和仪器的摩阻因子，跟雷诺数以及管子粗糙程度有关；vf为流体视速度；vi和vs分别为仪器表面流体速度和仪器对应位置管柱表面流体速度，m／s；vc为电缆速度，m／s；D和d分别为生产管柱内径和仪器外径，mm。

海上油田，尤其是渤海区域，通常采用电泵和分采油管生产，油管内径62mm，套管内径124mm，常用测井仪器外径43mm。相同产量下，油管与套管内流体平均速度比为4∶1。当摩阻因子和混合密度一致，电缆速度为0时，油管和套管内的仪器表面流体速度比值约为7∶1，此时油管与套管的仪器摩阻梯度比值约为330∶1，油管与套管的管柱摩阻梯度比值约为105∶1。

2.2 加速度梯度影响

加速度梯度与井下流体相态有关。当井下为液相流动时，加速度梯度对总的压力梯度影响很小，一般可以忽略。井下流体为单相气，或气液两相且为沫状流、雾状流时，加速度梯度有很重要的影响。

2.3 井斜影响

从式（2）可以看到，在斜井中（θ不为0°），cosθ不为1。当θ测量不准或误差较大时，会直接导致测量流体密度值不准或误差较大。由斯伦贝谢同种仪器获得的井斜与密度值关系图版①KAPPA Engineering.Production logging analysis foundation 1987－2005，2005.（图2）所示：在水中测量时，当井斜小于70°时，测量密度变化较小，误差在0.02g／cm3以内；而在空气中测量时，随着井斜变化，密度变化很大，误差也很大。

图2 密度与井斜关系图版

2.4 硅油影响

常温常压下，标准硅油的密度是0.97g／cm3。压差密度仪测井过程中，需保证仪器内部的硅油密度不发生变化。测井过程中，压差密度仪的地面刻度和校验、井下操作不当时，都会使仪器内部的硅油被其他流体替换，使ρso发生异常改变，从而影响流体密度测量的准确度。

3 考虑摩阻影响的适用性分析

3.1 不同管径内测量效果

图3 X1井压差密度测量与校正后值对比

如图3所示，X1井为一口Y型产出井，油管内径62mm，井斜42°，生产滑套位于1765m，测井当日产液量160m3，测量段为油水两相，分别下入压差密度仪和放射性密度仪测量流体密度。不同的测速下，各趟压差密度值差异很大，滑套以上压差密度测量值0.94～1.23g／cm3，而放射性密度测量值为0.84g／cm3。压差密度仪器上提和下放测量差异明显，经过摩阻和加速度等校正后，大多数压差密度校正值与放射性密度测量值仍有较大差异，由摩阻引起的密度校正值为0.1～0.2g／cm3。

如图4所示，X2井为一口Y型合采直井，内径为124mm的筛管生产，引鞋位于988m。测井当日产液量160m3，测量段为油气水三相。同时下入压差密度仪和放射性密度仪测量流体密度。筛管段，不同的测速下压差密度重复性良好，与放射性密度的趋势和值的大小基本一致，且与电容持水率对应性良好，由摩阻引起的密度校正值小于0.001g／cm3。

图4 X2井压差密度与放射性密度测量对比

对比X1井和X2井，以放射性密度值作为参考，压差密度在小管径内受摩阻影响很大，而在大管径内受摩阻的影响小，测量值更准确。

3.2 适用性分析

基于以上理论分析及实际测试情况，分析认为摩阻是影响压差密度测量效果的最大因素，控制摩阻在误差范围内成为压差密度仪成功应用的关键。为此，该次研究只考虑满足摩阻要求，对压差密度仪的适用性进行了分析。

通过分析式（1）～（6），限定由摩阻引起的密度上限为0.03g／cm3，在单相（油（0.68g／cm3、0.374mPa·s）、气、水（1.03g／cm3））状态下，仪器处于静止状态，在海上油田常用管柱内得到了压差密度仪测量的对应的最大流速及流量，如图5及表1所示。表1直观反映了海上常用管柱直径下对应的压差密度仪适用的最大流速（流量）。这为作业前进行压差密度仪的适用性分析提供了有效指导和参考。