专利名称:油井持水率波导测量方法
本发明涉及一种石油开采中油井内混合流体持水率的测量方法。
石油开采中现有的测量油井混合流体持水率的方法，主要有电容法和低能源放射性法两种。电容法是以柱状电容器的原理为基础，通过测量绝缘层和外极板间的混合流体的电容量求取持水率的。由于油层产出的水含有一定量的盐离子，当持水率较高时，混合流体中水会构成连续相，导致电容持水率计的响应与全含水时基本相同，从而无法测准其持水率。低能源放射性法是利用油、气、水对低能γ射线和X射线的吸收特性差异测量持水率的。这种测量方法一方面必须取样，而油井内流动的流体往往是非均匀混合的，难以取到反映流通截面上含水比例的样品，另一方面放射性测量存在不可避免的统计误差，所以这种测量方法测量精度有限，应用效果不佳。特别是当油田进入开发中后期，油井内的持水率很高，现有的测量方法和技术不再适用或失去效能。
油井内混合流体持水率的可靠测量方法，不仅需要能够从物理或化学基础上准确分辨水与油气，而且必须能够在数千米深度的油井套管内，通过电缆移动仪器对高温、高压条件下的流体进行测量。现有在地面上测量管道内混合流体含水比例的方法和技术，有的测量探头设计是固定于管道外表面，有的测量探头设计是从管道外表面插入管内流体中(美国07/417,658专利申请利用了这一方法)，因此不能用于油井内持水率的测量。
本发明目的在于避免上述现有技术的不足之处，而提供一种利用波导测量油井中混合流体持水率的方法。
本发明的目的可以通过如下途径达到首先用一个发射天线在油井内发射交变电流，从而在油井内产生TEO1模式的电磁波，然后用两个接收天线接收的复电压，求出其间的幅度差ΔA和相位差ΔΦ，最后根据ΔA和ΔΦ通过查对实验图版，得出两个接收天线中点处混合流体的持水率。
本发明的目的还可以通过如下技术措施实现①发射天线与两个接收天线采用同一尺寸的带状缺口天线，并且发射天线到第一个接收天线的距离与两个接收天线之间的距离相等，均为0.05m；②发射天线的工作频率低于油井套管内导波的理论截止频率Fc，而
，其中μ、ε分别为油井内流体介质的磁导率和介电常数，λc＝2πa/3.8317为截止波长，式中a为油井套管半径，各参数使用的单位Fc-Hz(赫兹)，μ-H/m(亨/米)，ε-F/m(法/米)，a-m(米)；③根据两个接收天线接收的复电压V1＝Vr1+iVx1和V2＝Vr2+iVx2求出其幅度差和相位差分别为
，ΔΦ＝tg-1(Vx2/Vr2)-tg-1(Vx1/Vr1)，式中各参数使用的单位Vrl、Vx2、Vxl、Vx2-V(伏)，A-dB(分贝)，Ф-deg.(角度)；④根据测量得到的幅度差和相位差，利用实验图版求出两个接收天线间混合流体的持水率Yw，而实验图版根据不同电阻率的水和不同油水比例下混合流体的测量响应可以得到，图版的横坐标和纵坐标分别为测量的幅度差ΔA、相位差ΔФ，图版中曲线的模数设定为水的电阻率Rw和持水率Yw，使用单位ΔA-dB(分贝)，ΔФ-deg.(角度)，Rw-Ω·m(欧姆·米)，Yw-％(百分数)。
图1所示为本发明的发射天线和接收天线在油井中的位置示意图。
图2所示为本发明用于确定截止频率的曲线图。
图3所示为本发明用于根据幅度差和相位差求取持水率的实验图版。
本发明的优点是能够测量油井内整个流通截面上的流体，有效分辨水与油气，测量精度高，可靠性强，特别是油井中混合流体的持水率较高时，测量分辨能力非但不会下降，反而还会增强。通过以下结合附图所作详细说明，可对本发明及其优点取得充分和全面的了解。
油井持水率波导测量方法的传感器由发射天线和接收天线组成，它们在油井中的位置如图1所示。图中⑤是钢铁质套管构成的油井井壁，发射天线①和接收天线②、③尺寸相同，呈直线分布，测量时置于油井内的轴线位置上，测量结果表示的是两个接收天线的中点④所在深度处的流体持水率。为了保证测量能够反映油井内流体的介电性质和导电性质，同时保证测量能够在空间有限的油井内实现，发射天线的工作频率应该略低于油井套管中导波的理论截止频率Fc。Fc可以利用图2查出，图的横坐标是油井套管的内直径，采用油田常用的单位英寸表示，1英寸＝0.0254m；图的纵坐标是理论截止频率，单位是109Hz；图中曲线的模数1、2、5…80是井内流体的相对介电常数。例如，管道直径为8英寸，当流体的相对介电常数为80时，其截止频率为0.2(109Hz)。按照选择确定的工作频率激励发射天线产生有用信号后，两个接收天线便会接收到复电压，通过信号测量电路，便可以得到输出的测量响应幅度差ΔA和相位差ΔФ。然后，利用图3所示的根据幅度差和相位差求取持水率的实验图版，便能够求出两个接收天线间混合流体的持水率，并选择两个接收天线的中点作为测量深度记录点。例如，当ΔA＝30dB、ΔФ＝180°时，在图3上查得持水率Yw＝90％。
权利要求
1.一种在油井中测量混合流体持水率的波导测量方法，该方法使用一个发射天线和两个接收天线，发射天线与两个接收天线位于同一个直线上，其特征是①发射天线与两个接收天线采用同一尺寸，发射天线到第一个接收天线的距离与两个接收天线之间的距离相等，均为0.05m；②发射天线的工作频率低于油井套管内导波的理论截止频率FcFc=λc-1(μϵ)-0.5,]]>其中μ、ε分别为油井内流体介质的磁导率和介电常数，而λc＝2πa/3.8317，a为油井套管半径；式中各参数使用的单位Fc-Hz(赫兹)，μ-H/m(亨/米)，ε-F/m(法/米)，a-m(米)；③根据两个接收天线接收的复电压V1和V2V1＝Vr1+iVx1，V2＝Vr2+iVx2，可以求出其幅度差ΔA和相位差ΔΦΔA=10lg(Vr12+Vx12)-10lg(Vr22+Vx22),]]>ΔΦ=tg-1(Vx2/Vr2)-tg-1(Vx1/Vr1),]]>式中各参数使用的单位Vr1、Vr2、Vx1、Vx2-V(伏)，A-dB(分贝)，Φ-deg.(角度)；④根据测量得到的幅度差和相位差，利用实验图版求出两个接收天线间混合流体的持水率Yw，而实验图版根据不同电阻率的水和不同油水比例下混合流体的测量响应可以得到，图版的横坐标和纵坐标分别为测量的幅度差ΔA、相位差ΔΦ，图版中曲线的模数设定为水的电阻率Rw和持水率Yw，使用单位ΔA-dB(分贝)，ΔΦ-deg.(角度)，Rw-Ω·m(欧姆·米)，Yw-％(百分数)。
专利摘要
本发明涉及一种油井持水率波导测量方法，其特征在于在油井中由一个发射天线发射交变电流，在油井内产生TE01模式的横电波，由两个接收天线进行接收，三个天线采用同一尺寸，根据两个接收天线接收的信号，求出其信号的幅度差和相位差，最后依据其幅度差和相位差，查对实验图版，可得出测量点即两接收天线中点处混合流体的持水率。
文档编号E21B47/00GKCN1051156SQ93107982
公开日2000年4月5日 申请日期1993年7月7日
发明者吴锡令 申请人:石油大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (4),