测量水平井含水率的筒状电容传感器的研究与设计

摘要

水平井是我国二十世纪末迅速发展起来的提高油井产量和开发效益的技术。通常一口水平井为同样井深直井成本的2.5~3.5倍，但其产油量可增加3~5倍，因此水平井技术得到了石油界的普遍重视。水平井钻井技术已日趋完善，但受测井仪器输送困难，流型复杂等因素的影响，水平井生产测井技术发展缓慢。国内许多油田均已经成功应用了水平井，取得了较好的经济效益，但长期的开发使生产状态不稳定，部分井见水后含水上升较快，产油量明显下降。要解决这些问题，就要使地质工作者了解井下生产状况，以便其确定更好施工方案，这就对水平井生产测试提出了更为急迫的要求。目前国内已大力开展了水平井测试技术的研究工作。 本课题受到了国家863项目的资助，面向于国内低产液水平井，提出了一种新型的可用于测量水平井产液剖面含水率的电容传感器。该传感器采用筒状结构，不阻碍流体流动，不破坏流场分布，可靠性高，针对性强，适用于低产液水平井流体分层流动时含水率的测量，具有很好的应用前景。 文中给出了筒状电容传感器的结构，分析了其测量原理，建立了其数学模型，并用ANSYS软件对其数学模型进行了二维电场仿真，设计了实验用传感器的机械加工图；在室内开展了静态实验，并对实验结果进行分析，找出了影响传感器响应的因素。“高度法”原理实验结果表明用该方法测量低流量下水平井含水率具有很好的重复性和一致性，验证了理论分析的正确性。通过实验的方法确定了沾污、温度、矿化度等对传感器响应的影响程度，并指出了其影响机理；设计电路并组装了样机，在大庆多相流模拟实验装置上进行了动态机理性实验，标定了图版，流量范围5~30m3/day，含水0~100％，为现场应用提供了参考依据，同时对水平井内流体的流动规律进行了初步的分析；最后对整个课题进行了总结，提出了建议和展望。