持水率计综述

1、持水率计综述徐爱肪（河南油田测井公司河南南阳473200）摘要 如何根据抽油井特点，研制开发适合于我国中、后期油田生产测井需要的高含水率仪，一 直是油田内外科技工作者不懈追求的目标。文章对国内外含水率仪器，特别是高频电容式含水率仪器、微 波式含水率仪器、阻抗式含水率仪器、分离式含水率仪器、放射性含水率仪器等仪器的原理、结构、性能、 特点和应用进行了较为详细的阐述、比较与分析，对我国将来高含水率仪器的发展方向提出了一些建议。关键词 高含水率仪 适用范围 推广应用 发展趋势 建议引言随着油田开发时间的延长，我国大部分油田现已进入中、高含水开发时期，为了搞好动 态监测，对油田进行综合治理，使其长期稳

2、产，自20世纪80年代以来，各油田先后引进了 DDL-Ill、AT七CS400C、DDL-V、EXCELL-2000等数控生产测井设备，这些设备投产使用后， 显示出了强大的生命力。但是，由于这些设备都不同程度的存在着许多缺陷和不足，给生产 测井工作带来了许多不便，1英寸电容式含水率仪器就是其中的一种不完善的井下仪器。由 于原装进口仪器只适用于含水率60%的油井，对大于60%的中、高含水油井显得无能为力。 为了开发出适合我国高含水油井环空测井需要的仪器，油田内外的许多技术人员和专家都在 致力于这一仪器的研制工作，并取得了可喜的成绩，如高频电容式含水率仪路、微波式含水 率仪器、阻抗式含水率仪器、分

3、离式含水率仪器、放射性含水率仪器等都是这些年来我国科 技人员奋斗的结晶。但是美中不足的是，这些仪器只在少数油田使用，没有得到广泛推广使 用。本文想通过对国内外几种高含水率仪的原理、结构、性能、特点及应用情况的综述，为 大家更好地选购、使用、研制仪器和取准取全资料起到抛砖引玉的作用。高含水率仪的技术现状1、电容式含水率仪器电容式含水率仪器是最先从国外引进的仪器，它在我国的稳油控水工作中发挥了很大作 用，由于该种仪器测量原理较为成熟，目前仍然广泛应用于许多油田。其测量原理如下：由 于碳氢化合物与水具有显著不同的介电常数，水的相对介电常数为6080,油气的相对的介 电常数为1.04.0,电容式含水率

4、仪器就是利用油、气同水的介电特性的差异来测量水的含 量，它采用的是由内电极、绝缘棒及外壳构成的电容传感器。流体可以自由进出绝缘层与外作者介绍：徐爱舫，测井高级工程师，1967年出生,1990年毕业于江汉石油学院电子仪器专 业，现在河南石油勘探局测井公司从事生产测井和科研工作。邮编473200 壳之间的空间。当流入该空间的介质不同时，因介质介电常数变化使得传感器电容也相应变 化。当油水混合液进入传感器时，液体的介电常数与油水混合比例有关。因此，通过测量传 感器电容量可以确定流入传感器流体的含水率。根据传感器的测量方式可分为环空式、取样 式和平衡式三种仪器，仪器受油膜、水膜、出砂、结蜡、稠油、滑脱

5、速度、温度和矿化度的 影响较大。出砂使测量结果偏大，结蜡引起取样沾污等使测量结果偏小。从国外引进的电容式含水率仪器的测量范围为060%，最佳值小于30%，在高含水条 件下灵敏度降低，无法取准取全老油田含水率资料。对此，许多油田都在改进此仪器，华 北油田测井公司技术人员通过试验采用3MHz的频率已能满足实际要求，改进后的电路图如 图1所示。经过几年的现场使用证明，改进后的高频电容式含水率仪器所测含水率的变化是 改进前仪器的2.287倍,对于提高高含水条件下仪器灵敏度起到一定的作用3图1 改进后的高频含水率仪器电路图2.微波式含水率仪器. 微波式含水率仪器的测量原理是利用高频电磁波的谐振状态来测量

6、原油中的水分。当高 频电磁波在含水原油中传播时，其波长随含水率的变化而变化，并引起谐振回路频率的变化, 致使改变谐振回路和晶振电路之间的谐振状态，根据这种改变可测量原油中的含水率。晶振电路产生一个频率不变的高频电磁波，并进入谐振回路中。若谐振回路的固有频率 和高频电磁波的频率相差很大时，回路处于失谐状态，检波电路检波后的电压值较低;若谐振 回路的固有频率和高频电磁波的频率相等，则回路处于谐振状态,检波后的电压值较高。谐振 回路的固有频率和天线探头周围的介质特性有关。当天线探头处于纯水中时，通过调节回路 的电参数，使谐振回路的固有频率与晶振电路发出的电磁波频率相等，则电磁波在回路中引 起谐振，检

7、波后电压值较高；反之，当天线探头置于无水油中时，谐振回路的固有频率和电磁 波的频率相差较大,则回路处于失谐状态，检波后电压值较低。当天线探头置于含一定水分的 石油中时，电磁波在回路中既不处于完全谐振也不是完全失谐的中间状态，检波后的电压值 也处于上述的两者之间。因此，测量出检波后的电压值，即可确定天线探头石油含水率4。经过在河南、大庆、胜利等油田的应用证明，微波式含水率仪器测量范围为0100%, 测量精度为士 5%，矿化度对曲线有一定的影响，受油膜、出砂、结蜡、稠油、滑脱速度的影 响较大。仪器的“三性一化”(即重复性、稳定性、一致性、标准化)较差，主要原因是探头 制作工艺不够完善，造成仪器的离

8、散性较差。大庆油田生产测井研究所设计出了一种新型仪 器，消除了上述因素的影响，其原理如图2所示丘。图2微波含水率仪器工作原理框图阻抗式含水率仪器阻抗式含水率仪器侬由大庆油田生产测井研究所研制而成。它是通过测量流体的电导率 间接测量井下油水两相流的含水率，其原理为:它由安装在绝缘管壁上按一定距离排列的4个 圆环不锈钢电极组成，外面一对作为激励电极，中间一对作为测量电板。给激励电极供一定频 率的交变稳定电流,当流体从传感器内流过时，由于测量电极间阻抗的存在，根据电学原理可 知,测量电极间产生电压，电压幅度与流过传感器流体的电导率成反比,电导率与频率成正比, 从而通过图版求得含水率。该仪器适合于水为

9、连续相下工作，舍水率测量范围为50%100%, 其优点在于：可实现过流测量，减小了井内产量波动对测量的影响；实现了含水率的实时监测，测量结果更为准确、可靠；由于采取实时刻度的方法，因此温度及矿化度的影响很小,在测量误差范围内；受流态影响小；仪器具有较高的标定精度，具有良好的重复性及一致性，因此在使用中将大大 减少仪楞标定的工作量。分离式含水率仪器分离式含水率仪器卫是根据垂直管中油水两相流体流动规律，通过一种新型油水 传感器测量油水界面移动速度，实现油与水的分相测量，达到确定产层含水率的目的。其精度 不受油膜、水膜及管滑脱的影响，不须进行矿化度校正，提高了单层产油量的测量精度，可定 量测出高含水

10、井的主要油层，其测量范围为0-100%，测量精度为2%。放射性含水率仪器放射性含水率仪器的测量原理为：当低能光子穿过物质时,与物质发生光电效应、康普 顿效应和电于对效应。如果Er30keV,低能光子穿过物质时，主要由于光电效应而被吸收, 质量吸收系数以与组成该物质的元素的原子序数有极大关系。油气是碳氢化合物，水是氢氧 化合物，对于低能光子,碳和氢的值差别很大，用低能量光子探测油气水混合物的视含水率， 正是利用了这一特性。该仪器的优点在于：仪器响应不受井内流体流动状态和水的含量影响，并且能够连续测量，因此比电容含 水率仪器有更好的探测特性。测量结果使得两相流动分析中可以更好地识别流体类型，求解两

11、相流量。高含水率仪器的发展随着计算机、声光电核技术的不断发展，高含水率仪器正朝着提高分辨率、增加稳定性、 减少环境影响因素等方向发展。从高含水率仪器的发展来看，经历了一个从引进、消化、吸 收，进而到自我研制的发展过程。可以说，经过十几年的不断努力，中国的高含水率仪器在许 多方面领先于国外现有技术，给我国的生产测井工作带来了巨大的希望，为取准取全高含水 油井资料提供了有力的帮助。随着石油科技的不断发展，科技工作者在今后的含水率仪器开 发研制中应做好以下几方面的工作：走优胜劣汰的道路,让适用范围广、三性一化好的仪器生存下来，并由有关部门进 行有力扶持，在各油田进行推广应用，让其在油田的稳油控水中发

12、挥最大作用，如阻抗式含水 率仪器的各项技术指标和现场使用效果均处于领先地位。目前国内的波导式含水率仪和开放式含水率仪由于受到工艺的限制，尽管理论上较 成熟，但制造和应用难度较大。国外开发的全井眼成像含水率仪器,由于价格昂贵、制造工艺 复杂,难以推广应用。针对上述情况，我们应不断引进开发国内外先进方法、成熟工艺，使高 含水率仪器技术在中国市场上不断发展。测量方式应从深度驱动测井向时间驱动测井方向发展，从单一含水率仪测井向带有 集流器和扶正器的含水率仪方向发展，从开关式供电测井仪器向遥传式供电测井仪器方向发 展。结束语经过我国科技工作者的不懈努力,使得高含水率测井仪器在某些方面处于国外领先地位, 为我国中、高含水油田的稳油上产提供了可靠的数据。国产高含水率仪技术成熟，发展很快， 我国的技术专家及制造厂家应抓住机遇，形成优势产业,使我国的高合水率测井仪器不仅占 领国内市场，在国际上也应占有一席之地。参考文献1吴锡令.生产测井原理，石油工业出版社，19962李艳架，于舒杰.取样式电容法含水率仪测量的影响因素.测井技术,1998,22(3)3陈永昌，刘素洁.DDL-III生产测井仪器的