基于互补式电导探针阵列传感器设计与静态实验

·开发设计·

基于互补式电导探针阵列传感器设计与静态实验

柴金刚胡金海杜佳楠刘晓磊

(大庆油田测试技术服务分公司黑龙江大庆163453)

摘要：互补式电导探针阵列传感器设计是在以前所研究仪器基础上进行创新，采用轴向及周向互补的方式将电导探针传感器均匀分布，是一种主要应用于测量水平井油水两相含水率的电导成像方法，通过测量等效阻抗的变化来判断探针所处的位置，从而实现在水平状态下对油水界面位置的判别，同时给出持水率，并接通过探针所测量阻抗变化的规律判断油水界面附近的流型和流态。通过验证内外环之间互相补充，使得测量的精确率达到了理想的效果。

关键词：互补式；电导探针阵列；误差分析

作者简介：第一柴金刚，男，1981年生，工程师，2006年毕业于中国石油大学(华东)勘查技术与工程专业，现在大庆油田测试技术服务分公司监测技术研发中心工作从事仪器组装调试工作。E-mail:dlts_chaijg@petrochina.com.cn

文章编号：中图法分类号：P631.8+11

收稿日期：(2014-05-28编辑：屈忆欣)

The Complementary Electric Conductivity Probe Array Sensor Design and Static State ExperimentCHAI JingangHU JinhaiDU JiananLIU Xiaolei

(DaqingLoggingandTestingServicesCompany,Daqing,Helongjiang163453,China)

Abstract：The complementary electric conductivity probe array sensor design is based on previous instrument foudation. It distributes sensors even through an axial and circumferential compiementary way, and it is a conductivity imaging method mainly used to measure two-phase water content rate, judge probe place through changes of equivalent resistance, thus distinguish the oil-water interface in horizontality, in the meanwhile hold the water rate,and judge the flow near oil-water interface by changes of equivalent resistance. Verify complementary between inside and outside ring, to get ideal effect on measuring accurate rate.

Key word：complementary type, conductivity probe array, error margin analysis

0引言

目前，在大庆油田水平井产液剖面测井技术中,存在两种采用电导探针成像的方法,一种是双层径向分布阵列电导探针传感器[1,2](一种具有双层径向分布阵列电导探针传感器的成像仪，胡金海，专利号ZL201020617311.x),此结构仪器的测量臂收放存在一定隐患；另外一种是国外斯伦贝谢公司生产的电导探针流体成像仪,仪器将电导探针安装在最外围支撑臂的结构，但由于其本身结构限制，漏失信息较多，所以难以准确地给出界面分布图和剖面度。

针对现有电导成像技术，综合两种技术的优点，研制一种无转动部件误差小精度高的新型电导探针阵列传感器，为水平井产液剖面油水两相流测量提供新手段。

1结构

这是一种基于探针阵列传感器的井下油水两相含水率的测量成像方法。其特征在于在轴向方向均匀排布有12个探针支撑臂，每个探针支撑臂的径向方向上安装有一个电导探针。这12个探针支撑臂撑开尺寸与套管内径一致，依靠一端的弹簧结构控制支撑臂的收缩与撑开，无需外力作用，探针方向与仪器的轴向方向一致。同时在支撑臂的中心空间添加一组或几组周向方向的探针(12个一组)，可根据需要确定周向方向固定的尺寸，针对特定含水率区域，这样通过周向方向的探针作用，补充由于轴向方向探针分布引起的漏失。每个电导探针通过流体中的水相与仪器外壳构成回路，当探针处于水中，探针的等效电阻较小，当探针处于油中，探针的等效电阻相当于无穷大，当探针处于油水交替变化，表现出等效阻抗的交替变化，通过测量等效阻抗的变化来判断探针所处的位置，从而实现在水平状态下对油水界面位置的判别，同时给出持水率，并通过探针所测量阻抗变化的规律判断油水界面附近的流型和流态。

轴向及周向互补式电导探针传感器具体结构如图1所示。中心周向方向探针可以组成多组，可根据具体需求对周向方向的尺寸进行调整。

沿轴向方向传感器示意图，如图2所示。

图1　传感器示意图

图2　传感器轴向示意图

2误差分析

表1　不同区域内的含水率分布范围

图3　内外环探针位置分布图

3室内静态标定实验

电路由激励源、阵列探针、多路选通电路、采集电路、信号编译处理电路、传输电路组成。为防止直流电使水电解，导致电极腐蚀，影响测量，所以采用正弦交流激励，多路选通电路通过控制模拟开关的开关，使采集电路依次采集各个电极上的电压变化[3]。采集信号经过编译处理后由传输电路上传至地面系统。

以下是在室内标准井筒内，选择探针所在误差最大的位置做的实验，见表2。

表2　两组不同误差最大位置误差下对比(外环)

由表2、表3可以看出两组测量结果持水率相对误差最大分别为2.04%、2.03%，并且通过对比表2内奇数探针的个数与表一的误差分析区间，对比可以得出持水率与含水率误差范围最小为2.12%，最大为9.65%，误差大小取决于液面所处的位置，即液面所在区域上下限的距离，越近的为误差最小，另一为最大误差，测井时以最小误差为测井目的；所有的探针除11(区域6)个探针不在含水率分布范围内，其他最大误差都在标准区间之内，而探针11(区域6)个探针的持水率与含水率分布范围最大误差仅为1.07%，因此，此仪器的所测含水率精确程度能够达到测量要求。同样，内环也在误差范围内，并且与外环起到互补作用，使得含水率的测量范围增大，增强其稳定性和准确性。

表3　两组不同误差最大位置误差下对比(内环)

将以上两组持水率与其对应的相对响应作图进行对比，如图4所示。

有以上两图可见，仪器具有较好的分辨率和重复性，且内环探针的响应也在外环响应的区间之内，更好地验证了内外环之间互相补充，使得测量的精确率达到了理想的效果。

4结论

(1)基于互补式电导探针阵列传感器能够在全井眼下对持水率进行测量，对流体流动状态影响较小，基本上能够反映流体的正常流动状态。

(2)此仪器的所测含水率精确程度能够达到测量要求。通过内外环的互补作用，使得含水率的测量范围增大，验证了其稳定性和准确性。

(3)通过采集速度进一步提高和成像算法的进一步完善，该探针阵列还可以给出水平条件下流体的流型流态。初步的计算以及实验结果表明在流量200 m3/d以内该传感器得到的持水率误差在10%以内。

参 考 文 献

[1] 豆岳龙,刘兴斌,胡金海,等.基于FPGA的双层阵列电导探针持水率计电路设计[J].石油仪器，2011,25(5)：74-75，77.

[2] 柴金刚.基于电导成像测井的持水率的测量及动态实验[J]. 石油仪器，2011,25(3)：56-58.

[3] 胡金海,刘兴斌,刘继新,等.阵列电导探针流体成像仪在油水两相下的实验[J]. 石油仪器，2013,27(1)：18-20.

补充：

2015年第2期刊登的王建军，韩军，林凯撰写的《油管柱啮合螺纹密封面损伤的声波评判研究》文章为基金项目论文，基金项目：中国石油天然气集团公司资助项目(项目批准号2015E-4006)，陕西省自然科学基础研究计划资助项目(项目批准号2013KJXX-07)。