1、（18）式中，地層溫度；場點距熱點距離；熱擴散時刻；地層的熱擴散系數(shù)。定義為 （19）式中，、分不為巖石的密度、比熱和熱導(dǎo)率。油層溫度還可能受到地下循環(huán)水的阻礙。在存在活躍的邊水區(qū)域性流淌的條件下，當(dāng)水溫高于油層溫度時，在開采過程中系統(tǒng)測量溫度、觀看溫度的升高，可預(yù)測舌進(jìn)和水錐。在油層開發(fā)過程中，油層溫度直接阻礙著原油的密度和粘度、氣體在油中的溶解度、游離氣體的狀態(tài)和性質(zhì)等。當(dāng)油中存在游離氣時，有特不明顯的溫度降低。由于井不完善，在井底常產(chǎn)生時刻專門短但明顯的壓力降，這會導(dǎo)致汲取熱量的氣體膨脹，出現(xiàn)低溫異常。如此，油中的石蠟和膠質(zhì)有可能沉到井底。假定生產(chǎn)井(或注入井)中的自然地溫梯度為，假如將

2、密度為、比熱為的流體，以流量Q產(chǎn)出(或注入)，則在井剖面的單位深度上將產(chǎn)生均勻的加熱(或冷卻)，其速度為，流體瞬時儲存的熱量為。除了極低的流量外，井內(nèi)一般是紊流。紊流流體的有效熱導(dǎo)率是它的分子值的專門多倍，而且由于井眼半徑專門小，故在徑向上流體的溫度變化能夠忽略。另外，與軸向熱對流相比，沿深度方向的軸向熱傳導(dǎo)能夠忽略。在這些條件下，井內(nèi)流體的熱守恒方程為 （20）式中，q為在深度z處單位深度上從地層傳給井內(nèi)流體的熱量。應(yīng)用邊界條件和初始條件對方程(20)求解，若滿足短時期準(zhǔn)則，則可得出 （21）溫度測井一般是在幾小時內(nèi)完成的，遠(yuǎn)少于該準(zhǔn)則規(guī)定的時刻，故上述解成立。由(21)式可見，井內(nèi)任何深度

3、上流體的溫度變化是流量、時刻以及流體熱學(xué)性質(zhì)的函數(shù)，并同地層的熱學(xué)性質(zhì)有關(guān)。2.2.2 溫度測井原理溫度測井儀由井下溫度計和電子線路組成，生產(chǎn)測井常用的有一般井溫儀、縱向微差井溫儀、徑向微差井溫儀三種類型。井下溫度計是溫度測井儀的探頭，其作用原理決定著儀器的工作方式，目前要緊采納電阻溫度計，緣故是其精確度高而且測溫范圍大。溫度測井儀的結(jié)構(gòu)如圖22所示，作用原理是利用導(dǎo)體的電阻溫度變化特性。電阻溫度計采納橋式電路，利用不同金屬材料電阻元件的溫度系數(shù)差異，間接求出溫度的變化。金屬導(dǎo)體中的自由電子運動受熱時互相碰撞的機率增高，因而電阻率發(fā)生變化。由于金屬材料的溫度系數(shù)越大，對溫度越敏感，鉑的溫度系數(shù)

4、是康銅的約800倍，因此溫度計采納鉑電阻作靈敏臂，而采納康銅電阻作固定臂，構(gòu)成測溫電橋，測井的理論方程為 （22）式中，K稱為儀器常數(shù)，是平衡點(即)溫度。式（22）表明，當(dāng)溫度變化時，由于固定臂電阻差不多不變，而靈敏臂電阻變化，使電橋的平衡條件被破壞。保持電流I恒定，測出M、N間的電位差，就可測出變化后的溫度。圖 22 溫度測井儀的結(jié)構(gòu)一般井溫儀測量的是井內(nèi)各個深度流體溫度值，測量曲線反映井內(nèi)溫度梯度變化情況。還有一種微差井溫儀，測量的是井軸上一定間距的溫度變化值，并以較大比例記錄顯示，能更清晰反映井內(nèi)局部溫度梯度的變化情況。通常不用專門的微差井溫儀測量，而是通過對井溫儀送到地面的信號進(jìn)行處

5、理，獲得微差井溫顯示。徑向微差井溫儀(RDT)在相對兩個臂上各裝一個高靈敏度溫度傳感器，能夠測量套管內(nèi)壁同一深度上相隔180兩點間的溫度差，精度可達(dá)0.01F。水泥串槽時，竄流會使鄰近的套管溫度變化。徑向微差井溫儀在預(yù)定深度旋轉(zhuǎn)測量一圈，就會發(fā)覺這種變化，從而指出串槽的準(zhǔn)確位置。儀器下部還可接射孔槍，按照微差井溫指示的串槽方位射孔并塞入水泥，有效地封堵槽孔。溫度測井能夠在穩(wěn)定生產(chǎn)或注入的流淌條件下進(jìn)行，也能夠在關(guān)井后的靜止條件下測量。為獲得最優(yōu)資料，關(guān)于流淌測井，要求測前48小時內(nèi)生產(chǎn)或注入條件(流量、壓力和溫度等)要保持穩(wěn)定；關(guān)于靜態(tài)測井，不同意有注入或泄漏，否則會干擾測井信息。在所有測井項

6、目中，必須最先進(jìn)行溫度測量，并在儀器下放過程中進(jìn)行，以免儀器與電纜運動破壞原始的溫度場。假如需要重復(fù)測井，應(yīng)將儀器提到測量井段上部停數(shù)小時，使被攪動的溫度場恢復(fù)平衡后再進(jìn)行測量。2.2.3 溫度測井曲線應(yīng)用溫度測井對井下管內(nèi)或管外的流淌情況都能產(chǎn)生響應(yīng)，因此井溫曲線在油田開發(fā)中有特不廣泛的應(yīng)用，不僅能夠提供表征井內(nèi)流體狀態(tài)和油氣層性質(zhì)的溫度參量，而且能夠用于生產(chǎn)動態(tài)分析和井內(nèi)技術(shù)診斷。溫度測井資料解釋目前仍以定性分析為主，分析的差不多方法是將溫度測井曲線同地溫梯度線對比或?qū)⒍啻螠y量曲線進(jìn)行比較，發(fā)覺異常并分析產(chǎn)生異常的緣故，從而對井下可能發(fā)生的情況做出推斷。2.2.3.1 確定地溫梯度地溫梯度

7、值隨地區(qū)不同有專門大變化，是油田開發(fā)過程中溫度測井對比分析的基礎(chǔ)。原始地溫梯度的確定應(yīng)取值于注入或采油前的基準(zhǔn)溫度測井資料。假如沒有基準(zhǔn)溫度資料，能夠利用不同時刻測量的井底溫度恢復(fù)曲線求出原始地層溫度，然后確定區(qū)域的地溫梯度。依照均質(zhì)無限圓柱體的熱擴散方程，假如地層的溫度擴散系數(shù)以及井內(nèi)溫度梯度可當(dāng)作常數(shù)處理，引入邊界條件和初始條件，可解得由溫度恢復(fù)曲線計算地層溫度的公式 （23）式中，S原始地層溫度，；t 穩(wěn)定生產(chǎn)或注水時刻，h；關(guān)井時刻，h；T在t時的地層溫度，；C同熱擴散系數(shù)有關(guān)的常數(shù)。關(guān)于一些重點井，選擇若干個，測量記錄相應(yīng)的井底溫度T，作如圖29所示的半對數(shù)交會圖，便可確定測點處的原

8、始地層溫度，沿垂向上的變化即為地溫梯度。關(guān)于一般油井，可采納梯度井溫曲線，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗確定地溫梯度。簡便方法是依照井底靜液柱的溫度顯示，參考地區(qū)特點的斜率或關(guān)井一段時刻測得的井溫曲線斜率，自下而上畫出地溫梯度線。圖 23 確定地溫梯度示意圖2.2.3.2 劃分注水剖面當(dāng)向井內(nèi)注入不同溫度的水時，淺部位要緊受注入流體溫度阻礙，井溫曲線會顯示高于或低于地層溫度。隨著深度增加，注入水獲得來自地層的熱能，井溫曲線可能逐漸與地溫梯度線平行。井溫曲線上平行于地溫梯度線部分，稱為漸近線。注入液通過吸水層段時，若巖層均勻且專門厚，則由于地層吸同一溫度的水而井溫曲線可能變化不大。在吸水層段下部，受底部原始地層溫

9、度阻礙，井溫曲線將專門快趨向地溫梯度線。圖 24 關(guān)井測量注水井溫依照以上特征，流淌井溫曲線能夠指示單層吸水井段。但關(guān)于多層注入情況，由于層間距離有限，井溫曲線在整個吸水井段變化不大。只有在吸水井段下部，井溫曲線專門快回到地溫梯度線，從而能夠明確指示吸水底界面。然而，關(guān)井測量井溫恢復(fù)曲線，能夠顯示多層注入時的各吸水層段。在一口注水井中注水一段時期，然后關(guān)井按一定時刻間隔多次進(jìn)行溫度測井，觀看井溫剖面恢復(fù)到原來地溫值的過程。由于吸水冷卻帶半徑大而強，而未吸水層降溫帶半徑小而弱，吸水層位回到地溫的速率比未吸水井段要慢得多，從而在恢復(fù)井溫曲線上顯示為負(fù)異常，如圖24所示。2.2.3.3 推斷生產(chǎn)層位

10、在井下產(chǎn)液層位，由于產(chǎn)出流體攜帶的熱量，加上流淌過程摩擦作用產(chǎn)生的熱量，使井溫比地溫要高。盡管流進(jìn)井筒的產(chǎn)液溫度可能不同，但產(chǎn)層上部的井溫曲線最終都在地溫梯度線上方，其漸近線與地溫梯度線之間的差值與流體的密度成正比。因此，依照溫度測井曲線開始偏離地溫梯度線的部位，能夠推斷產(chǎn)液層位。（1-用3毫米油咀生產(chǎn)測試曲線； 2-用5毫米油咀生產(chǎn)測試曲線）圖 25 找出氣層位井溫測井曲線在井下產(chǎn)氣層位，當(dāng)自由氣從儲層的高壓狀態(tài)進(jìn)入井筒較低壓力下時，氣體分子擴散，體積膨脹而吸熱，從而在出氣口附近形成局部低溫異常。然而，當(dāng)氣體在地層中流淌由于摩擦而產(chǎn)生的熱比它膨脹時汲取的熱多時，井溫曲線上可不能產(chǎn)生負(fù)異常。另

11、外，當(dāng)生產(chǎn)一段時刻再關(guān)井時，氣體膨脹在井溫曲線上造成的負(fù)異常立即就會消逝。因此，一般關(guān)于高壓氣層，能夠依照溫度測井曲線上的負(fù)異常顯示，推斷出氣口的部位。為了增大溫度異常，可在測井前用熱液洗井，然后再測量井溫曲線。圖25上，梯度井溫曲線和梯度微差井溫曲線均有明顯異常，而且負(fù)異常隨生產(chǎn)油嘴加大而增大。2.2.3.4 檢查水泥串槽因為固井施工或其它井下作業(yè)問題，致使管外水泥環(huán)串槽，造成層間竄流時，由于竄流的流體和原有的地層溫度不同，從而井溫曲線記錄到異常。圖26 圖 26 井溫測井示出套管外氣竄 圖 27 RDT測井檢查管外串槽是一口油井的氣向下竄流，從裸眼井段頂部流入井眼的情形。那個氣竄現(xiàn)象是由井

12、溫曲線在氣頂高于地溫梯度線，而在尾管底部有明顯負(fù)異常而反映出來的。該井的補救方法是對尾管進(jìn)行二次固井。圖27是徑向微差井溫儀(RDT)的測井實例。為了測試6680ft的L層，先在6675ft測RDT，曲線顯示管壁一邊溫度高而另一邊溫度低，講明有串槽現(xiàn)象。然后又在6700ft測量，管壁溫度一致講明L層以下無串槽發(fā)生。RDT在6550ft的測量結(jié)果同樣表明有串槽現(xiàn)象。65146525ft的梯度井溫曲線上溫差特不大，6525 ft的RDT曲線顯示一周有多個峰谷，表明串槽占環(huán)形截面面積較大。因此，在6558 ft取向RDT曲線上溫度低的一邊(約90)，用射孔槍射孔并塞入水泥。作業(yè)后，該井不再有氣竄現(xiàn)象

13、。2.2.3.5 評價酸化、壓裂效果進(jìn)行酸化處理時，擠入地層的酸液和地層中堵塞通道的化合物反應(yīng)，產(chǎn)生放熱效應(yīng)。酸化后測井溫，曲線上的正異常顯示，可據(jù)以確定酸液進(jìn)入層位。壓裂作業(yè)時，會有一定數(shù)量的壓裂液擠入被壓裂的地層。假如壓裂液的溫度與地層溫度不同，則壓裂后恢復(fù)期間測量井溫，依照曲線異常變化，便可確定被壓裂開的層位。圖 28 井底處理后關(guān)井測量溫度圖28是一口井壓裂后緊接著關(guān)井測量的溫度恢復(fù)曲線。曲線上的負(fù)異常表明，B層和D層被壓裂開。不同時刻測量的井溫曲線對比，發(fā)覺D層溫度比B層恢復(fù)慢，講明D層吸入了更多壓裂液。2.2.3.6 估算體積流量溫度測井資料的定量解釋是一項復(fù)雜細(xì)致的工作。關(guān)于注入

14、井的流淌井溫資料解釋，估算分層流量可取簡單形式 （26）式中可用地溫梯度值代替；系數(shù)C要緊取決于注入流體的物理性質(zhì)和地層的熱導(dǎo)率，受套管直徑變化阻礙專門小，當(dāng)射孔層段巖性變化不大時，關(guān)于一定的注入流體，C可視為常數(shù)。因此，應(yīng)用式(5-25)估算注入井的分層相對吸水量特不方便。現(xiàn)在由于為常量，能夠直接由T之比計算吸水百分比。圖29是一口注水井溫度測井解釋示例。A層上部對應(yīng)于總注入量=60 m3/d，=4F；A層和B層之間對應(yīng)B層吸水量，=3F。首先計算B層的吸水百分比PB和吸水量：圖 35 注水井溫度測井解釋示例PB=/=75%， =PB=45 m3/d然后計算A層的相應(yīng)結(jié)果：PA=1-75%=

15、25%， QA= PA=15 m3/d那個地點必須指出的是，在那些注入流量較高而井又專門淺的地點，整個測量井段上流體流淌溫度差不多是不變的，現(xiàn)在用該方法估算吸水量的結(jié)果將會有專門大誤差。另外，假如注入井內(nèi)沒有完全處于熱平衡，估算結(jié)果也會產(chǎn)生誤差。因此，溫度測井前至少應(yīng)穩(wěn)定注入48小時以上。2.3 壓力測井壓力是一個重要的流體動力學(xué)參量，同時也是油田開發(fā)的一個重要參數(shù)。工程測試中常稱的壓力實際上確實是物理學(xué)中的壓強，指介質(zhì)垂直作用在單位面積上的力。這種壓力是由于分子的重量和分子運動對器壁撞擊的結(jié)果。在物理學(xué)中常用絕對壓力，而在工程上往往對超出大氣壓力的壓力感興趣，儀表測值直接指示超出大氣壓力的數(shù)

16、值，稱為表壓力。表壓力和絕對壓力的關(guān)系為 （27）壓力測井用電纜將壓力計下入井內(nèi)，不僅能夠測取井眼內(nèi)流體的流淌壓力和靜止壓力，也能夠測取地層內(nèi)流體的壓力及其變化，分析評價油井生產(chǎn)狀況和油層生產(chǎn)性質(zhì)。2.3.1 油藏壓力的成因儲層中的油、氣之因此能夠流入井底甚至噴出地面，是因為油層中存在著某些驅(qū)動力，這些驅(qū)動力能夠歸結(jié)為油層壓力。一般來講，油藏某一深度處的壓力一是來源于上覆巖層的地靜壓力或稱壓實壓力，二是來源于邊水或底水的水柱壓力。由于油層是一個連通的水動力系統(tǒng)，當(dāng)油藏邊界在供水區(qū)時(圖30)，在水柱壓頭的作用下，油層的各個水平面上將具有相應(yīng)的壓力數(shù)值。有些油層盡管沒有供水區(qū)，但在油藏形成過程中

17、，經(jīng)受過油氣運移時的水動力作用，地質(zhì)變異時的動力、熱力及生物化學(xué)等作用，也能使油層內(nèi)具有一定數(shù)值的壓力。油田投入開發(fā)前，整個油層處于均衡受壓狀態(tài)，這時油層內(nèi)部各處的壓力，稱為原始地層壓力。原始地層壓力的數(shù)據(jù)與油藏形成的條件、埋藏深度以及與地表的連通狀況等有關(guān)。在多數(shù)沉積盆地中，油藏壓力與深度成正比，其壓力梯度值0.070.12at/m范圍內(nèi)變化。油田一般用第一批井中測取的地層壓力代表原始地層壓力。圖 30 油藏壓力的成因油田投入開發(fā)后，原始地層壓力的平衡狀態(tài)被破壞，地層壓力的分布狀況發(fā)生變化，這種變化貫穿于油田開發(fā)的整個過程。處于變化狀態(tài)的地層壓力，一般用靜止地層壓力和流淌壓力表示，要緊通過生

18、產(chǎn)井和觀看井內(nèi)的壓力測量取得。在油藏一定深度處，覆蓋層壓力等于孔隙內(nèi)流體壓力（FP）與在個不巖石質(zhì)點之間作用的顆粒壓力(OP，又稱基質(zhì)壓力)之和。由于在一定深度覆蓋層壓力是常數(shù)，流體壓力下降將導(dǎo)致顆粒壓力相應(yīng)的增加；反之亦然。通常所講的地層壓力，實際上是指巖石孔隙內(nèi)流體壓力。在同一個水動力系統(tǒng)內(nèi)，流體壓深關(guān)系是受油藏鄰近的水壓所操縱的。在完全正常情況下，某一深度的水壓為 EQ （28）式中，D深度，m；P壓力，Pa；dp/dD水的壓力梯度。水的壓力梯度決定于其化學(xué)成分(礦化度)，關(guān)于純水其值為9806.65Pa/m，關(guān)于地層水其典型值為10179.9 Pa/m。顯然，(28)式假設(shè)水壓與地面連

19、通同時水的礦化度不隨深度改變，這在多數(shù)情況下是成立的。水壓不滿足(28)式的稱為壓力異常。異常的靜水壓深關(guān)系可用下式表示 （29）式中，C為常數(shù)，超壓層C為正，欠壓層C為負(fù)。假如某一地層的流體壓力異常，那么該地層必定與其周圍地層隔絕，因而靜水壓力到地表的連續(xù)性無法建立。造成異常壓力的緣故可能有溫度變化、地質(zhì)變化等。如儲層隆起會引起水壓相對其埋藏深度來講偏高，儲層下降則會產(chǎn)生相反效果。再有，不同礦化度的水之間的滲透也可能造成異常壓力，起密封作用的頁巖在離子交換中相當(dāng)于一個半滲透膜，假如其內(nèi)水的礦化度較周圍水高，滲透將造成異常高的壓力。烴類壓深關(guān)系與靜水壓力不同之處在于油和氣的密度小于水，因而其壓

20、力梯度較小。油的典型壓力梯度為7917.71 Pa/m，氣的典型壓力梯度為1809.76 Pa/m。油田開發(fā)中專門重要的一個問題是要判明各油層的壓力系統(tǒng)(或稱水動力系統(tǒng))。同一壓力系統(tǒng)內(nèi)，各井點折算到標(biāo)準(zhǔn)深度(一般是海平面或油水界面)的原始地層壓力值相等或近似。利用各油層或同一油層不同部位所測得的壓力資料，整理成壓力梯度曲線，凡屬同一水動力系統(tǒng)的油層，壓力梯度曲線只有一條。假如有數(shù)條壓力梯度曲線時，就講明各油層不屬于同一壓力系統(tǒng)。在同一水動力系統(tǒng)內(nèi)，假如能進(jìn)一步測得油層中流體的壓力梯度，還能夠推斷流體的性質(zhì)，確定流體界面的位置。2.3.2 壓力測井原理目前，生產(chǎn)測井所用的井下壓力計要緊有應(yīng)變壓

21、力計和石英晶體壓力計。測量井內(nèi)流淌壓力和井底靜止壓力一般用應(yīng)變壓力計，不穩(wěn)定試井則常用較高精度的石英晶體壓力計。電纜地層測試往往同時用兩種壓力計測量。2.3.2.1 應(yīng)變壓力計應(yīng)變式壓力計的作用原理是利用彈性元件受壓力作用后，產(chǎn)生一定的變形，為了測量那個變形的大小，將金屬絲應(yīng)變電阻片貼附在彈性元件表面，使其隨彈性元件一起變形，那個變形應(yīng)力將引起金屬絲的電阻變化，依照電阻變化的大小測量未知壓力。在測量過程中由于只需彈性元件極微小的變形，因此應(yīng)變式壓力計具有較高的固有頻率，能夠測量快速變化的壓力。導(dǎo)體產(chǎn)生機械變形時，電阻要發(fā)生變化，這確實是應(yīng)變效應(yīng)。假設(shè)L、S、分不為電阻絲的長度、截面積和電阻率，

22、當(dāng)電阻絲的兩端作用以拉力以后，將產(chǎn)生機械變形，L將有稍許增加，而截面積S將要相應(yīng)收縮，一般電阻率也要發(fā)生變化。電阻值的相對變化量能夠表示為 （30）對應(yīng)變電阻材料的要求，一般希望材料電阻應(yīng)變靈敏系數(shù)要大，電阻溫度系數(shù)要小，有較好的熱穩(wěn)定性，電阻率要高，工藝性能好。目前常用的材料是康銅絲和鎳鉻合金絲。應(yīng)變式壓力計傳感器的結(jié)構(gòu)要緊決定于使用要求，常設(shè)計成膜式和測力計式。所謂膜式即應(yīng)變電阻片直接貼在感受被測壓力的彈性膜上；測力計式則是把被測壓力轉(zhuǎn)換成集中力以后，再用應(yīng)變式測力計的原理測出壓力的大小。圖31所示為斯侖貝斯公司PLT所用應(yīng)變壓力計的膜式傳感器，是由膜片直接感受被測壓力而產(chǎn)生變形，使貼在膜

23、片表面的應(yīng)變片有一電阻變化輸出。電阻的變化采納惠登斯電橋差分測量，經(jīng)放大后用于操縱一個電壓操縱振蕩器。頻率調(diào)制的壓力信號經(jīng)電纜送至面板內(nèi)一個帶通濾波器，濾出壓力調(diào)頻信號，再經(jīng)解調(diào)器變換為直流電壓。最終信號以模擬形式顯示于照相記錄儀上，并被送往模數(shù)轉(zhuǎn)換器經(jīng)轉(zhuǎn)換后以數(shù)字形式顯示壓力值。圖 31 膜式應(yīng)變壓力計結(jié)構(gòu)圖斯侖貝謝公司重復(fù)地層測試器(RFT)上所用的應(yīng)變壓力計則為測力計式，其結(jié)構(gòu)如圖32所示。壓力計由一個柱體構(gòu)成，底部含有一個筒狀壓力空腔（見圖33）。一個參考線圈繞于柱體的實體部分，一個應(yīng)變線圈繞于壓力空腔部分。壓力計外部置于大氣壓力下。當(dāng)壓力空腔承受壓力時，空腔的外部筒體產(chǎn)生彈性形變。這

24、一形變傳遞至應(yīng)變線圈，使線圈的直流電阻稍有改變，并由惠登斯電橋進(jìn)行差分測量，如同上述膜式應(yīng)變壓力計的信號那樣被傳至地面記錄、顯示。 圖 32 測力計式應(yīng)變壓力計結(jié)構(gòu) 圖 33 測力計式應(yīng)變壓力計原理圖應(yīng)變壓力計的讀數(shù)要緊受溫度阻礙和滯后阻礙。溫度阻礙要緊是由于鎳鉻合金絲的電阻率隨溫度變化而變化。盡管壓力計同一骨架繞有相同的參考線圈和應(yīng)變線圈進(jìn)行溫度補償，但由于溫度突然改變后需要一定時刻才能達(dá)到熱平衡，兩個線圈之間會存在溫差而導(dǎo)致壓力讀數(shù)的偏差。因為線圈升溫比降溫過程容易得多，故應(yīng)變壓力計下放測量比上提測量穩(wěn)定得更快。滯后阻礙取決于施壓方式。壓力增加過程中，應(yīng)變壓力計的讀數(shù)將有過低的趨勢；反之，

25、壓力降低過程中讀數(shù)有過高的趨勢。對絕大多數(shù)應(yīng)變壓力計，滯后阻礙的最大誤差在68949Pa(10psi)范圍內(nèi)。假如壓力測井過程中下放測量，滯后阻礙比上提測量要小。應(yīng)變壓力計的分辨率為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一個單位，即1psi。其重復(fù)性要緊受滯后阻礙，為滿刻度的0.05%(5psi)。儀器的絕對精度要緊取決于壓力系統(tǒng)的標(biāo)定方式，假如不作任何校正，誤差可高達(dá)滿刻度的1%(100psi)；通過標(biāo)定并作溫度校正后，精度可為滿刻度的0.13%(13psi)。2.3.2.2 石英壓力計石英晶體壓力計是以壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)設(shè)計的。石英是一種壓電晶體，在受外力作用后，其內(nèi)部正負(fù)電荷中心發(fā)生相對位移，因而產(chǎn)生極化現(xiàn)象，電極表

26、面將呈現(xiàn)出與被測壓力成正比的束縛電荷。將石英晶體傳感器接入振蕩電路，響應(yīng)頻率的變化便反映壓力的變化。石英是一種結(jié)晶的二氧化硅(SiO2)，自然形態(tài)為正六棱柱。假想在晶體上取出一個晶體單元，如圖34(a)所示，其橫截面在不受外力的自然狀態(tài)下為正六邊形，整個單元電荷互相平衡而呈中性。假如沿圖示的X軸(電軸)和Y軸(機械軸)方向?qū)w切片，并沿X軸對晶片施加壓力Fx迫使晶格變形，如圖34(b)所示，硅離子由于晶格壓縮而貼近上表面，使上表面出現(xiàn)正電荷，而下表面由于氧離子的貼近而出現(xiàn)負(fù)電荷，因此產(chǎn)生縱向壓電效應(yīng)。假如壓力是沿Y軸方向作用，如圖34(c)所示那樣，將使晶格產(chǎn)生縱向伸長變形，上、下表面由于離

27、子的突出接近而出現(xiàn)負(fù)、正電荷，產(chǎn)生橫向壓電效應(yīng)。假如去掉壓力，晶格重新恢復(fù)正六邊形，電荷自然消逝。圖 34 石英晶體壓電效應(yīng)原理壓電式壓力傳感器要緊是利用縱向壓電效應(yīng)，其大小可用下式表示 （31）式中 作用在晶體X平面上出現(xiàn)的電荷大小；壓電應(yīng)變常數(shù)，對石英=2.3110庫侖/牛頓。假如垂直于X軸的晶風(fēng)光積為，壓力Fx均勻作用在那個平面上，即相當(dāng)于壓力為px=Fx/S1，則式(6-9)還可表示為 （32）式中，x為晶面上的電荷密度。可見，晶體表面產(chǎn)生的電荷密度與作用在晶體上的壓力成正比，與晶體的尺寸(厚度、面積)無關(guān)。然而，壓電晶體的自振頻率與厚度有關(guān)。對厚h毫米的石英晶體，其共振頻率為=286

28、50h(KHz)。在石英晶片上施加壓力時，其振蕩頻率為 （33）式中，t為晶片厚度，為體積密度，為彈性剛度系數(shù)。當(dāng)振子受壓力作用時，t相當(dāng)于泊松比變化，相當(dāng)于體積變化，因而為阻礙f的要緊因素。傳感器的自振頻率越高，則它可測出的壓力變化頻率越高。由于石英晶體本身的自振頻率比傳感器的一般工作頻率(1030KHz)高得多，因此它可不能阻礙傳感器的頻率上限。同時由于石英晶體比其它壓電材料的機械強度大，電阻率高，穩(wěn)定性好，不易老化和潮解，因此在壓力自動檢測中應(yīng)用專門廣。石英壓力計由井下探測器和地面信號處理機組成，傳感器如圖35所示，它由兩個對壓力溫度敏感的石英晶體振蕩器組成。一個作為測量晶體，作用在晶體

29、上的壓力會改變晶體振蕩器的頻率，并受環(huán)境溫度的阻礙；另一個作為參考晶體，置于真空中，其振蕩頻率僅受環(huán)境溫度的阻礙。平衡條件下，溫度對兩個晶體的阻礙相同。刻度時，二者形成一個配對晶體。圖 35 石英壓力計傳感器簡圖石英壓力計的測量響應(yīng)是晶體振蕩頻率的n次多項式，并同測量條件下的溫度有關(guān)，一般取n=3或n=5。若取n=3，則測量響應(yīng)表示為 （35）因此，儀器刻度需要確定G、H、I、J四個系數(shù)。由于各個系數(shù)均為溫度的函數(shù)，如，現(xiàn)場測量執(zhí)行預(yù)測程序時，一共有n2=16個數(shù)據(jù)要傳送給微處理機的存貯器，以檢查刻度系數(shù)。若取n=5，則預(yù)測程序需要有25個數(shù)據(jù)檢查刻度系數(shù)。壓力測量時，儀器將所測頻率信號通過電

30、纜傳輸?shù)降孛嬗嬎銠C，由計算機把接收的信號頻率轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的壓力值并記錄，同時通過陰極射線管顯示或描繪成壓力曲線。通常，儀器本身的溫度也同時測量并轉(zhuǎn)換成另一頻率電碼信號，如此，地面儀器就能依照所測溫度自動進(jìn)行壓力的溫度校正。由此，所測壓力有專門高精度。然而，石英壓力計在實際測井過程中仍會受溫度和壓力急劇變化的阻礙。周密測量要求參考晶體和測量晶體的溫度差不小于0.1，由于參考晶體置于真空中,需要的熱平衡時刻更長些，這就意味著要得到穩(wěn)定的讀數(shù)必須等待數(shù)分鐘以便儀器達(dá)到穩(wěn)定。再者，當(dāng)壓力急劇變化時，在兩個晶體之間因為油的隔熱產(chǎn)生一個溫度差異，也必須花費時刻才能達(dá)到讀數(shù)平衡。因此，石英壓力計適用于定點壓力

31、測井。2.3.3 流淌壓力測井應(yīng)用穩(wěn)定流淌壓力測井是在油氣井穩(wěn)定生產(chǎn)條件下進(jìn)行測量的，要緊目的在于分析井內(nèi)流體流淌狀態(tài)，估算油、氣井產(chǎn)能，確定油層入井流量關(guān)系，評價油井產(chǎn)狀和油層特性。油氣井的產(chǎn)能能夠用生產(chǎn)指數(shù)來衡量，生產(chǎn)指數(shù)建立了產(chǎn)量變化同井底壓力變化的關(guān)系。當(dāng)油層壓力高于飽和壓力時，采油指數(shù)用下式計算 （34）式中，日產(chǎn)油量；流淌壓力，可在穩(wěn)定生產(chǎn)條件下測取；井底靜壓，能夠關(guān)井用壓力計測得。一般情況下，常通過測量兩種不同產(chǎn)量下的井底壓力和流量，依照壓力擴散方程的穩(wěn)態(tài)解，用下式估算采油指數(shù) （35）氣井的產(chǎn)能可采納“回井試壓法”進(jìn)行評價，即令氣井在三種不同的流量下穩(wěn)定生產(chǎn)，測出相應(yīng)的壓力數(shù)據(jù)

32、。其產(chǎn)能 （36）若將三個與的關(guān)系畫在雙對數(shù)方格紙上，將得到一條直線。這一直線外推到，就得到該井的潛在產(chǎn)能。在穩(wěn)定生產(chǎn)條件下測得的井底壓力同地面產(chǎn)量的交會圖，可用于確定入井流量關(guān)系，求出井底任意流壓下的產(chǎn)量。入井流量關(guān)系和生產(chǎn)井的垂直舉升能力結(jié)合，還能夠評價井的工作條件。圖36是一口生產(chǎn)井關(guān)井期間發(fā)生層間橫流的例子。入井流量特性曲線表明，井底壓力處于3035MPa的任意值時，將導(dǎo)致層間橫流現(xiàn)象。圖 36 關(guān)井期間的層間橫流假如在穩(wěn)定生產(chǎn)條件下同時測得各層的壓力和流量，作出各層產(chǎn)量同其壓力的交會圖，還能夠評價各個儲層的生產(chǎn)特性以及層間干擾情況。2.3.4 穩(wěn)定壓力試井應(yīng)用油井穩(wěn)定試井，是基于油井

33、在一定時刻內(nèi)穩(wěn)定生產(chǎn)，其地層壓力相對穩(wěn)定這一概念基礎(chǔ)上。油井穩(wěn)定生產(chǎn)時，其流淌壓力的大小直接反映了地層壓力的大小。在短時刻內(nèi)改變油井的工作制度，即放大或縮小油嘴，其流淌壓力和產(chǎn)量都要改變，但其地層壓力和采油指數(shù)能夠保持相對穩(wěn)定。如此只要測出兩種工作制度的流淌壓力和流量，就能夠比較容易地求出地層壓力和采油指數(shù)。穩(wěn)定試井的差不多方法是的讓油井在某一油嘴下穩(wěn)定生產(chǎn)，用流量計和壓力計準(zhǔn)確測定油井產(chǎn)量q1和流淌壓力。然后更換不同尺寸的油嘴，開井后使其生產(chǎn)重新穩(wěn)定，第二次測量油井產(chǎn)量q2和流淌壓力。由于短時刻內(nèi)地層參數(shù)均未變化，基于壓力擴散方程的穩(wěn)態(tài)解，能夠得到地層壓力 （37）依照（37）式，能夠計算或

34、用圖解法確定地層壓力。若用橫坐標(biāo)表示油井產(chǎn)量q，縱坐標(biāo)表示油井流淌壓力，標(biāo)出兩種工作制度下的測值，兩點連線延伸后與縱軸交點讀數(shù)即為所求的地層壓力，如圖37所示。同樣地，依照(35)式計算或圖解，能夠確定地層的采油指數(shù)，評價各個儲層的生產(chǎn)特性。圖 37 穩(wěn)定試井曲線從(37)式可知，阻礙穩(wěn)定試井的因素是產(chǎn)量和流淌壓力。因此，穩(wěn)定試井要求油井生產(chǎn)正常，產(chǎn)量和流淌壓力必須穩(wěn)定。所謂穩(wěn)定實際上是相對的，一般要求符合下述條件：油井在同一工作制度下，三天內(nèi)產(chǎn)量波動不超過5%；兩次測得的流淌壓力波動不超過1at；采油指數(shù)變化不超過15%。采納穩(wěn)定試井法能夠不關(guān)井求地層壓力和采油指數(shù)，如此不阻礙油井生產(chǎn)，減少

35、產(chǎn)量損失，高寒地區(qū)還能夠防止冬季發(fā)生結(jié)凍事故。關(guān)于高含水自噴井，用穩(wěn)定試井法求地層壓力更為方便。穩(wěn)定試井法的優(yōu)點是不需應(yīng)用一些專門難確定的參數(shù)，如折算半徑、供油面積、導(dǎo)壓系數(shù)等，只要改變油井的工作制度即可求出采油指數(shù)和地層壓力，選擇油井的工作制度；其缺點是耗時費事，不能求更多的地層參數(shù)。在認(rèn)識油層方面，不穩(wěn)定試井是一種更重要的技術(shù)手段。2.4 密度測井生產(chǎn)井中，不同層段或同一厚層的不同部位，可能產(chǎn)出不同性質(zhì)的流體。準(zhǔn)確推斷井底任意深度下流體的性質(zhì)，關(guān)于評價產(chǎn)層特性，求解各相流量，差不多上特不重要的。目前，生產(chǎn)測井要緊通過測量井內(nèi)流體的密度或持水率識不流體的性質(zhì)，常用的流體密度測量技術(shù)有壓差密度

36、計和伽馬密度計。2.4.1 壓差密度計測井壓差密度計又稱密度梯壓計，利用兩個相距約60厘米的壓敏波浪管，測量井筒內(nèi)流體兩點間的壓力差值。關(guān)于摩阻損失不大的井眼，測出的壓力梯度正比于流體密度。測量結(jié)果關(guān)于識不井內(nèi)流體的類型以及流淌狀態(tài)都有重要應(yīng)用。2.4.1.1 測量方法原理壓差密度計的結(jié)構(gòu)如圖38所示。壓敏箱和伸縮腔內(nèi)充滿密度為o的圖 38 壓差密度計的結(jié)構(gòu)煤油，當(dāng)儀器置于密度為的流體內(nèi)時，流體便對壓敏箱產(chǎn)生一個作用力使浮動連管及與其相連的磁性插棒一起移動，從而使換能器的線圈內(nèi)輸出一個同井內(nèi)流體密度有關(guān)的信號。在靜流柱中，標(biāo)準(zhǔn)壓差的關(guān)系為 (38)式中，d壓敏箱間距；井斜角度；壓敏箱之間的垂直

37、高差；g重力加速度。依照總流柏努里方程式，井內(nèi)流道中壓力梯度的完整表達(dá)式應(yīng)為 (39)能夠用文字表述為： 總壓力梯度重力梯度+摩阻梯度+加速梯度。加速梯度項一般情況下可忽略不計。因為通常儀器是在穩(wěn)定流淌條件下測量的，兩個壓敏箱間距只有60厘米，其間速度變化專門小。摩阻梯度是指流體和管壁以及儀器外表之間摩擦引起的壓力損失，并概括了流體的粘滯阻礙。一般情況下，當(dāng)流速低于60m/min時，便能夠認(rèn)為壓差密度計測值僅與靜壓梯度有關(guān)，反映了流體密度值的大小。為了有用，測出的壓力梯度用密度值表示。斯侖貝謝公司的壓差密度計GMS-B，動態(tài)測量范圍為0.01.6 g/cm3，重復(fù)誤差為0.005 g/cm3，

38、測量精度為4。2.4.1.2 測井?dāng)?shù)據(jù)采集壓差密度計測井需要進(jìn)行精確的儀器刻度和嚴(yán)格的質(zhì)量操縱。測井前、后都要進(jìn)行井場刻度。刻度方法是在地面先將儀器置于空氣中，調(diào)線路靈敏度，使儀器讀數(shù)；然后將儀器置于自來水池內(nèi)，調(diào)線路靈敏度，使儀器讀數(shù)為。如此刻度后儀器的靈敏度便為。測井過程中的質(zhì)量操縱還包括對井下情況的了解、正確操作操縱和完整的資料記錄。要了解井內(nèi)出砂情況，以免阻礙儀器測量。并要了解井斜、井底溫度和壓力，檢查立管壓力，了解油管內(nèi)油氣界面深度以及油管上部30m處油的密度。儀器上測和下測必須保證有良好重復(fù)性，在井底靜液柱和高于產(chǎn)液口6 m以上的交連井段內(nèi)，至少以恒定速度進(jìn)行一次上測和一次下測，觀

39、看測井讀數(shù)是否相同。測量過程還需注意觀看電纜張力和套管接箍顯示。測量井段的井斜度數(shù)作記錄報告，但不能改變儀器刻度作井斜校正。壓差密度計通常居中測量。在測井過程中，井內(nèi)流體一旦進(jìn)入儀器和套管之間變小的環(huán)形截面處，其流速就會增大，這時流體繞著移動的測量儀器還會產(chǎn)生一個附加的速度增量，對測量結(jié)果造成阻礙。因此，壓差密度計必須在下井儀器平穩(wěn)起落時測量和記錄，以提高測量精度，測井速度不超過3000m/h。壓差密度計的測井結(jié)果用兩種曲線顯示。如圖39所示，實曲線是用g/cm3刻度的；虛線是沒有刻度的放大測量，每個測井圖格表示0.2g/cm3，其靈敏度是實線的5倍。一般在已知密度的含水層進(jìn)行刻度，將放大壓差

40、密度的每一個讀數(shù)用g/cm3來表示。圖 39 產(chǎn)液井中的壓差密度計測井曲線由前所述，壓差密度計測井讀數(shù)Gr不單是流體密度f的函數(shù)，其完整的關(guān)系式可表示為 (40)式中，K、F分不表示速度項和摩阻項。速度項K一般情況下是一個專門小的系數(shù)，阻礙能夠忽略。然而，當(dāng)儀器上部與下部的流速明顯不同時，速度項就可觀了，可能造成測量曲線上的明顯異常。一般在儀器從套管進(jìn)入油管的地點會看到那個現(xiàn)象，如圖39所示。其緣故是儀器上部油管內(nèi)的流速顯著大于下部套管內(nèi)的流速，因此造成一個上升尖峰。假如儀器下部流速明顯高于上部，則會造成一個下降異常，在流體進(jìn)入井筒的地點或裸眼井內(nèi)井徑明顯變化的地點，也會看到速度項造成的曲線跳

41、躍。摩阻項F總是造成壓差密度計讀數(shù)的增加，與大流量以及小尺寸套管、油管或裸眼井等條件下形成的專門高流速直接相關(guān)。一般在流量小于300m3/d時，摩阻項便可忽略不計。在井斜較大情況下，壓敏箱間距d并不代表60厘米的垂直高差，現(xiàn)在應(yīng)對測值作井斜校正 (41)2.4.1.3 測井資料應(yīng)用生產(chǎn)井中壓差密度計測井曲線的定性分析能夠區(qū)不進(jìn)入井眼的流體類型和劃分流體界面，定量解釋則能夠確定兩相流中的持液率。另外，所測壓力梯度值與流量測井資料綜合分析，能夠推斷井內(nèi)流體的流淌機構(gòu)。一般講，在射開層段的邊緣上壓差密度計讀數(shù)有變化，即表明可能有流體進(jìn)入井內(nèi)。若有明顯數(shù)量的自由氣進(jìn)入油、水液柱中，測值會變低；假如有水

42、進(jìn)入油或氣相中，測值會變高。但要注意，應(yīng)將流體進(jìn)入同井筒內(nèi)流體界面處發(fā)生的密度變化認(rèn)真區(qū)分開來。然而，假如壓差密度計在通過一個射孔井段時沒有見到測值變化，并不一定該層沒有產(chǎn)出流體，也可能是該層接納井內(nèi)流體，或者產(chǎn)出與井眼內(nèi)已有流體密度相同的流體，應(yīng)當(dāng)結(jié)合渦輪轉(zhuǎn)速曲線分析推斷。所謂產(chǎn)出同密度的流體并非一定是同樣性質(zhì)的流體，比如一個井內(nèi)水柱中有少量氣體從中流過，混合密度與油相近，假如有油進(jìn)入井眼，壓差密度值可不能有什么變化。在停產(chǎn)井中，氣、油、水會按重度分離，壓差密度曲線能夠準(zhǔn)確劃分流體界面。生產(chǎn)井中，壓差密度計測井讀數(shù)經(jīng)校正后給出了井內(nèi)混合流體密度對兩相流淌情況，假如井下重質(zhì)相密度和輕質(zhì)相密度已

43、知，假定兩相持率分不為Yh和Yl，則由可得 (42)按此式計算持液率時，首先需要確定和，一般取自流體高壓物性分析資料或由井口數(shù)據(jù)換算到井底條件下求得。和的數(shù)值也能夠通過在井場對壓差密度刻度確定，刻度方法是在穩(wěn)定流淌條件下測井之后接著關(guān)井，待井下流體按重度分離后，再次測量壓差密度資料，讀出各相流體密度值。此一方法不但消除了求井下流體密度的誤差，而且克服了儀器刻度方面的誤差。在測井圖上對高靈敏度的放大壓差密度圖刻度，也能夠圖解確定持水率。如圖39所示，Yw1.00時，Gr9.25圖格；Yw0.85時，Gr7圖格。2.4.2 伽馬流體密度計測井伽馬流體密度計測井利用井內(nèi)流體對伽馬射線的汲取特性測定體

44、積密度，測井資料的應(yīng)用與壓差密度計相同。伽馬流體密度計的結(jié)構(gòu)如圖40所示，要緊由伽馬源、記數(shù)管及測量油道組成。源一般選用137Cs，它具有半衰期長(33年)、能量適中(0.661Mev)的特點。源固定在測量油道中央，它與探頭之間的距離能夠調(diào)節(jié)，以保證儀器的靈敏度和較高計數(shù)率，一般取L40cm。測量時，井內(nèi)流體由源四周流入油道，從另一端液孔流出，射線通過被測流體及鈹片照耀到探頭上，由閃耀探頭或蓋革米勒計數(shù)管記錄每秒脈沖數(shù)目，并按給定的lnI 關(guān)系轉(zhuǎn)換為密度值記錄。圖 40 伽馬流體密度計結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)窄束伽馬射線穿過物質(zhì)時，與物質(zhì)發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)，射線強度衰減，并服從下式 (4

45、3)式中，I0和I分不為穿過物質(zhì)前、后伽馬射線的強度；L為穿過物質(zhì)的厚度，cm；為所測物質(zhì)的質(zhì)量汲取系數(shù)，cm2/g；為所測物質(zhì)的體積密度，g/cm3。將表示為其它參量的函數(shù)，則有 (44)由該式可知，當(dāng)I0、L確定后，lnI在半對數(shù)坐標(biāo)上是直線關(guān)系，只要測到I便可求得流體的密度。由于L是油道的長度，I0能夠事先測知，二者可視為常量。物質(zhì)的質(zhì)量汲取系數(shù)與射線的能量和物質(zhì)的成分有關(guān)，當(dāng)Er60keV時，關(guān)于原子序數(shù)Z30后，水有可能構(gòu)成連續(xù)相，若油水流型為泡狀，盡管油泡會引起電場畸變，但電容器中的液流將成為等勢體，電容量接近全水值，傳感器的響應(yīng)失去分辨能力。關(guān)于段塞流和沫狀流也會是如此，僅因為油

46、水分布不均勻，會阻礙電量稍有波動。環(huán)空式傳感器讓井內(nèi)液流自然流過其環(huán)形空間進(jìn)行測量，鑒于上述緣故，此類持水率儀應(yīng)用的有利條件是“油包水”分布狀態(tài)。由于油包水狀態(tài)有時可能持續(xù)到Y(jié)w約為60左右，因此儀器測量可能識不的持水率上限為Kw=60，但其可靠的測量是在Yw30的井況下。實驗研究結(jié)果與上述理論分析差不多是一致的。圖43是環(huán)空式電容持水率計響應(yīng)與水相就地體積分?jǐn)?shù)之間的實驗刻度關(guān)系。關(guān)于水和柴油層狀混合的情況，測量響應(yīng)與水相就地體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系(圖中的圓點)。關(guān)于油水乳濁液，當(dāng)水相就地體積分?jǐn)?shù)大于60以后，測量響應(yīng)(圖中的方點)不再隨之變化，儀器喪失分辨能力。2.5.1.2 環(huán)空式持水率計測井環(huán)空

47、式持水率計傳感器內(nèi)絕緣層與外電極(儀器外殼)之間的環(huán)形空間設(shè)計適當(dāng)?shù)慕孛娣e，使液流通過時不改變原有的流淌狀態(tài)。儀器將內(nèi)圓柱體作為振蕩電路的一部分，振蕩頻率是環(huán)形空間流體介電常數(shù)的函數(shù)，測量并記錄儀器的頻響，然后間接求出井底持水率。環(huán)空式電容持水率計可用于連續(xù)測量或定點測量。測量前，儀器要在地面溫度和壓力下校準(zhǔn)，把探頭分不放在空氣、油和水中觀看它的頻響。井底條件下頻響的確定，還需進(jìn)行壓力和溫度校正。儀器記錄顯示的信號一般是井下的頻響，測井解釋確實是由頻響求出井底含水率。盡管測井響應(yīng)并非線性的，但現(xiàn)場測井解釋常用下述線性公式計算一個Ywa，稱之為視持水率，作為關(guān)于真實持水率的可能：Ywa = （4

48、7）式中，為測井讀數(shù)，、為儀器分不在水中和油（氣）中的刻度數(shù)值。嚴(yán)格地講，測井資料解釋應(yīng)該包括三個步驟：首先對地面校準(zhǔn)的油、水讀數(shù)進(jìn)行壓力和溫度校正，求出井底條件下純油和純水的頻響；然后對儀器的測井讀數(shù)按井下油、水頻響進(jìn)行刻度，求出含水指數(shù)，那個含水指數(shù)能夠認(rèn)為接近于持水率數(shù)值；最后按實驗圖版由含水指數(shù)求出含水率，或者按照適用的經(jīng)驗相關(guān)規(guī)律進(jìn)行解釋。新型數(shù)控測井儀的測井資料，可由車載計算機按差不多輸入的各種關(guān)系圖版，將儀器記錄頻響經(jīng)溫度和壓力校正后輸出，還可直接轉(zhuǎn)換為持水率值輸出并顯示。依照測量原理，測井讀數(shù)是探頭對井下某一位置H高度管子內(nèi)實際存在的各相混合流體的響應(yīng)，因此反映的應(yīng)是水的就地體

49、積分?jǐn)?shù)(即持水率)。由于各相流體間可能存在滑脫現(xiàn)象，持水率大小并不等于含水率，因此還需要進(jìn)行滑脫阻礙校正后才能求出井底含水率。2.5.1.3 取樣式持水率計測井理論和實驗均表明，假如油、水在傳感器內(nèi)呈層狀分布，則電容法持水率計的測量響應(yīng)差不多上是線性的，同時能夠測量較高的持水率。大慶油田研制的找水儀(圖44)上所帶的持水率計，其結(jié)構(gòu)仍為一個柱狀電容器，但在進(jìn)液口和出液口分不加了一個球閥和單流閥。測量時儀器停在預(yù)定深度上，取樣斷電器斷電，彈簧帶動球閥密封進(jìn)液口，上部單流閥自動關(guān)閉，實現(xiàn)對集流后經(jīng)環(huán)形空間的流體取樣；然后靜置一定時刻，讓油、水按重度分離后測量記錄與電容量有關(guān)的電位差值，完成一次測量

50、。此后，斷電器通電，銜鐵拉開球閥，新的液流進(jìn)入取樣室把原有樣品沖洗潔凈，移動其它位置接著測量。圖 44 找水儀結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)取樣室中油和水完全分離時，取樣室的電容C等于水介質(zhì)電容Cw和油介質(zhì)電容C0之和，可得 (48)關(guān)于一定的儀器，Bw和Bo均為可實驗校定的常數(shù)。因此采納分離法測量時，取樣室的總電容與持水率近似成線性關(guān)系。測井資料解釋時，先求出電容量C，再由地面校驗的Bw、Bo，按式(48)求出持水率Yw。亦可由實驗建立的的關(guān)系圖版，直接將測量讀數(shù)換算為Yw。華北油田研制了另外一種取樣式電容持水率計，依照壓差平衡原理設(shè)計出取樣室，利用井筒中一定高度不同油、水比例的混合流體產(chǎn)生的壓力差，操縱取樣

51、室內(nèi)的油和水以不同比例自動分離，然后采納電容法進(jìn)行測量。不難理解，取樣室的總電容與持水率的理論關(guān)系滿足(54)式。其獨特之處在于，取樣室內(nèi)的油和水能夠在連續(xù)測量過程中實現(xiàn)動態(tài)分離，因此不僅能夠點測，而且能夠連續(xù)測量。取樣式電容持水率計的優(yōu)點是測量響應(yīng)近似線性，測量目的是能夠用于持水率較高的情況，克服環(huán)空式儀器的不足。然而，其應(yīng)用效果的優(yōu)劣取決于取樣室內(nèi)油、水的分離情況。由于油、水完全分離一般需要較長時刻，特不是井內(nèi)流體假如原來是乳濁狀態(tài)，可能幾個小時也可不能完全分離，加之取樣室和電極的沾污阻礙，使得取樣式電容持水率計的測量精度太低。因此，目前要緊采納環(huán)空式持水率計測量油井內(nèi)的持水率參數(shù)。2.5

52、.2 放射性持水率計測井大慶油田研制的放射性含水率密度計，利用低能X光子的汲取特性測量井底持水率，同時又可利用低能光子的汲取特性測量混合流體的密度。測量密度的方法與伽馬流體密度計相同，此處著重介紹測量持水率的方法。2.5.2.1 測量原理前已述及，當(dāng)?shù)湍芄庾哟┻^物質(zhì)時，與物質(zhì)發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)，并按指數(shù)規(guī)律衰減。質(zhì)量汲取系數(shù)與射線的能量Er以及汲取物質(zhì)的種類有關(guān)。井內(nèi)流體中幾種要緊物質(zhì)的汲取特性見圖45。圖 45 碳、氫、氧、鈹以及原油、甲烷、水的質(zhì)量汲取系數(shù)當(dāng)Er30keV時，低能光子要緊由于光電效應(yīng)而被汲取，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?/p>

53、氧化合物，盡管和的原子序數(shù)只差2，關(guān)于低能量光子，它們的差不依舊比較大的。用低能量光子探測油氣水混合物的持水率，正是利用了這一特性，測量方程為 (49)式中，按流體伽馬密度計的原理可測定，w以及L、Io、o、w均可事先確定，因而測量記錄I便可求得持水率Yw。放射性含水率-密度計選用109Cd（鎘）作為放射源。109Cd半衰期435d，能夠放出22keV的X射線和88keV的射線，后者數(shù)量大約只是前者的4，而且射線的逃逸峰明顯遠(yuǎn)離X射線峰(見圖46)。儀器測量時，用射線記錄I10和I1，按式(56)求出混合流體的平均密度；而用X射線記錄I20和I2，依照式（49）求出混合流體的持水率Yw。如此，

54、能夠同時獲得兩個參數(shù)。2.5.2.2 測井資料應(yīng)用放射性含水率密度計測井資料能夠求出和Yw兩個參數(shù)，其應(yīng)用相當(dāng)于流體密度計和持水率計的綜合測井結(jié)果。此種儀器測井有兩個專門優(yōu)越性：其一，一種儀器圖 46 109Cd的能譜（經(jīng)6cm水層汲取）測量能夠代替流體密度計和持水率計兩種儀器測井；其二，儀器能夠連續(xù)測量，測井響應(yīng)受流體流淌狀態(tài)阻礙較小，同時能夠在高含水條件下應(yīng)用。然而，此種儀器測量和Yw兩個參數(shù)差不多上采納放射性方法，累積漲落誤差的阻礙比較大，使得測量精度較低。因此，此種儀器的應(yīng)用不普遍，只有少數(shù)油田用在脫氣的低產(chǎn)油井內(nèi)測量。總之，放射性含水率密度計測井能夠為多相流淌分析提供一種不同的技術(shù)選

55、擇，關(guān)于確定各相流體的持率專門有意義。在油、氣、水三相流淌條件下，若已測量求出混合流體的平均密度和持水率Yw，則有下式 (50)由氣、油、水的密度g、o、w，便可確定持油率Yo和持氣率Yg。一般情況下，g、o、w由井口數(shù)據(jù)換算求出或關(guān)井測量獲得。2.6 流淌成像測井油氣井內(nèi)多相流體的流淌屬于非均勻介質(zhì)動態(tài)問題，需要采納非線性測量方法研究解決。傳統(tǒng)流體識不測井技術(shù)采納的是局部空間上平均的線性測量方式，無法獵取流體介質(zhì)空間分布信息，難以提供油井內(nèi)流淌剖面的詳細(xì)情況。近年來隨著觀測科學(xué)和計算機技術(shù)進(jìn)步，屬于非線性測量范疇的流淌成像測井技術(shù)得到快速進(jìn)展，它能夠?qū)畠?nèi)流淌進(jìn)行實時檢測，獵取多相流體的二維

56、或三維分布信息，通過處理給出相分布廓形，實現(xiàn)流型辨識和確定相含率、相速度，從而為油井生產(chǎn)狀況評價和油藏動態(tài)分析提供準(zhǔn)確可靠的依據(jù)。在應(yīng)用需求的拉動和科技進(jìn)步的推動下，流淌成像測井已成為目前國內(nèi)外地球物理測井界的一個研究熱點。流淌成像測井研究是在地面多相管流成像測量技術(shù)研究的基礎(chǔ)上開展起來的。二十世紀(jì)七十年代計算機層析成像技術(shù)（CT）問世以后，地面流淌成像測量得到迅速進(jìn)展，先后提出了伽馬法、超聲波法、電容法、電阻法、電磁感應(yīng)法等測量方法，應(yīng)用領(lǐng)域包括地面管道輸送流淌測量、化工過程成像以及醫(yī)療檢測等諸多方面。進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代，油井內(nèi)多相流淌成像測量研究開始起步，盡管能夠借鑒地面流淌成像一些成功

57、的測量方法，但二者又有明顯的不同。地面流淌測量一般在塑料或有機玻璃管道不處進(jìn)行，測量儀器能夠不受體積大小限制，測量環(huán)境通常為常溫、常壓，而流淌成像測井需要油井套管內(nèi)進(jìn)行，鋼鐵質(zhì)套管不僅限制了井下儀器的大小，而且測量環(huán)境溫度高、壓力大。研究實踐表明，流淌成像測井比地面流淌成像測量的技術(shù)難度更大，目前問世的有電容法、電導(dǎo)法和電磁法等幾種測量方法。流淌成像測井方法和技術(shù)正在快速進(jìn)展和完善之中，本節(jié)介紹成像測量的一般原理和幾種流淌成像測井方法，并簡要評述流淌成像測井研究的進(jìn)展。2.6.1 流淌成像測量原理流淌成像測井是對油氣井內(nèi)流淌的流體進(jìn)行成像測量。成像測量的實質(zhì)是運用一個物理可實現(xiàn)系統(tǒng)來完成對被測

58、物場某種特性分布的Radon變換和逆變換。Radon變換體現(xiàn)為對物場不同方向的投影測量，反映的是投影方向上某種物場特性分布參數(shù)對投影數(shù)據(jù)的作用變化規(guī)律；Radon逆變換則是運用投影數(shù)據(jù)確定該物場特性分布參數(shù)的過程。Radon 變換的數(shù)學(xué)表達(dá)式是定義于平面上的二維函數(shù)(x,y)沿直線的線積分： (51)式中L為此平面上積分直線。Radon, J. 于1917年提出了方程 (7-20)的解析解，證明當(dāng)函數(shù)滿足某些弱條件時，則有逆變換 (52)式中，(l,)表示(l,)對變量l的偏微分。Radon 公式奠定了成像測量理論和計算的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，在實際應(yīng)用中尚需解決一些具體問題。Radon 逆變換公式是對所

59、有方向射線進(jìn)行積分，而在成像測量中，只能獵取有限條射線上函數(shù)的積分可能值。因此必須解決數(shù)據(jù)的離散或有限等問題，一方面需要有正確而合理的投影測量采集足夠的物場特性數(shù)據(jù)，另一方面需要有可靠而有用的計算方法由測量數(shù)據(jù)快速確定物場特性的分布參數(shù)。從差不多原理上講，流淌成像測量與人們所熟知的醫(yī)學(xué)CT成像檢測是相同的。然而由于測量對象、測量目的以及運行環(huán)境不同，不管是信息的獵取方式和處理方法，依舊測量結(jié)果的分析方法和解釋技術(shù)，流淌成像測量技術(shù)與CT技術(shù)比較均有顯著不同，其特點如下：被測物場始終處于劇烈運動、變化的狀態(tài)，要求測量系統(tǒng)具備在線獵取物場信息的能力和對信息實時處理的功能；被測物場具有專門強的非均勻

60、性，造成物場與敏感場之間相互作用的非線性特性嚴(yán)峻，使得圖像重建比較困難；被測物場環(huán)境和測量條件往往較差，要求測量系統(tǒng)不僅與被測管道的幾何形狀和機械特性實現(xiàn)“匹配”，而且必須適應(yīng)被測對象的物理環(huán)境（如壓力、溫度）和化學(xué)特性（如腐蝕性）；被測物場的圖像重建和分析比較復(fù)雜，不僅需要闡明重建圖像的物理意義，而且需要提取與流體運動變化有關(guān)的特征參數(shù)。從油氣井內(nèi)流體的流淌特性分析，流淌成像測井屬于對非均勻介質(zhì)動態(tài)的非線性測量，其差不多內(nèi)容應(yīng)該包括三個部分：一是采納專門設(shè)計的敏感器空間陣列，通過不同方向的投影測量獵取井內(nèi)流體中某種既定特性分布的信息；二是運用信息處理技術(shù)及圖像重建算法，實時重建和顯示流體流淌