第21讲流体识别测井方法

3.电容法持水率计测井 环空式持水率计测井 环空式持水率计传感器内绝缘层与外电极（仪 器外壳）之间的环形空间设计适当的截面积，流
体通过时不改变原有的状态。
实际测量时，仪器将内圆柱作为振荡电路的一
部分，振荡频率是环形空间内流体介电常数的函
数；测量并记录频率响应，间接求出持水率。
环空式电容持水率计可用于连续测量或定点测
密度测井给出井内流体混合密度；在两相流动 情况下定量计算持率，需要确定h和w ，可以通 过物性分析资料等获得。
1.压差密度计测井 持水率计算例子 气水两相流中的水体积密
f Yh h Yw w
Yh Yw 1
度w
=1.0g/cm3,
气体的体
积 密 度 h=0.2g/cm3, 由 压
1.压差密度计测井 当 流 速 较 高 时 （ 大 于 300m3/d ），摩阻不 可忽略。
实 际 应 用 时 ， 通 常 采用实验图版对摩阻 进行校正。
右 图 是 斯 伦 贝 谢 公 司压差密度计摩擦校 正图版。
摩阻校正图版
1.压差密度计测井
测量仪器的组成：两个相距
2ft的压敏波纹管；压敏箱和伸 缩腔，充满煤油0。 当仪器置于密度为的流体时， 流体对压敏箱产生一个浮力作
Y (1 Yw )
r
w w
o
r为油水混合物介电常数；w、 o为水、油的介 电常数；ａ为油水分布状态系数。
3.电容法持水率计测井 ａ =1, 油和水按重度分离 时（电容并联）； ａ =-1 ，当油和水同轴层 状分布（电容串联）； ａ=0，当油和水均匀混合 时，乳状流时。 全油时电容量最小，全水 时电容量最大；不同的电 电容量与状态系数、 持水率的关系 容量对应不同的含水率。
两次测量得到的方程，求解可得 1 和 e1 以及仪器
的灵敏度（A/gsL)。
1.压差密度计测井 压差密度计在井内居中测量；
井内流体一旦进入仪器和套管之间变小的环形
截面处，流速会增大； 对测量结果产生影响； 压差密度计必须在下井仪器平稳起落时测量和 记录，以提高测量精度； 测井速度不得超过3000m/h。
相对介电常数r2 。
电容器结构 示意图
3.电容法持水率计测井
若电极均匀带电量Q；则电荷
线密度为 =Q/H ；设 L 是电介
质内任意一点到轴线的距离。
C 电容器的电容量为：
为了求 C ，应先求 U 。根据高
斯定理，有：
Q U
Dds Q
s
D 2L
电容器结构 示意图
3.电容法持水率计测井
电容法是目前测量生产井产液持水率的一种主
要方法； 按测量方法可分为环空式和取样式两种；
环空式：用于连续测量或点测；
取样式：用于点测。 电容法持水率计主要用于识别流体类型和求解
各相比例（持率）。
3.电容法持水率计测井 电容法持水率计是利用油气与水的介电特性的 差异测定流体混合物中水的含量： 碳氢化合物与水具有显著不同的介电常数； 水的相对介电常数约为60- 80；
用,使顶端连接的磁性棒向上移
动，在换能器线圈产生感生电
动势被记录下来。
压差密度计
1.压差密度计测井
测量原理：仪器内腔煤油与井眼流体之间的密 度差异，是磁棒位移的函数，正比于换能器的输 出电压，当流体密度从变化为1时，有：
A A 1 e1 e gSL gSL
g为重力加速度； S为压敏箱的有效面积； L两个 压敏箱之间的距离；A转换系数；e为电压信号。 只要能确定 1 和对应的 e1 ，则能由换能器的输 入信号e，确定流体的密度 。
1.压差密度计测井 仪器刻度：确定1和e1。 刻度实施：测井前、后都要进行井场刻度；地 面上分别测量空气和水的密度；井下刻度在已知 密度的含水层进行测量。 刻度方法：先将仪器放置于空气中，调线路灵 敏度使仪器读数 air=0.0g/cm3 ；然后将仪器置于 自来水池中，使仪器读数为W=1.0g/cm3。则联立
3.电容法持水率计测井
设绝缘层中的电场强度为E1，取样室中的电场
强度为E2，则：
E1
D
0 r1
2L 0 r1
r L R1
R1 L R2
E2 2L 0 r 2
3.电容法持水率计测井 内外电极之间的电势差为
u du E1dL E2 dL
量；测量时仪器居中。
3.电容法持水率计测井 环空式持水率计测井 实际测量时，将流体混
合物的电容通过LC振荡电
路转换成振荡频率输出： 1 f 2 LC L — 振荡电路的电感； C — 持水率计中油水混合 物产生的电； F — 振荡频率。
电场方向示意图
3.电容法持水率计测井 环空式持水率计测井 仪器记录显示的信号是井下的频率响应，测井
2.伽马流体密度计测井 仪器结构
伽玛源
记数管 测量油道 流体密度测井示意图
放射性密度计采用Cs137作伽马源，射线强度为：
I I 0e
L
ln I 0 ln I ln I K L L L
2.伽马流体密度计测井 测量效果 可以给出油、气、水间的密度差异。 仪器优点 在斜井中，仪器对井眼的斜度变化不敏感； 仪器和流动流体之间的摩擦不会影响结果； 流体动力因素对测量结果影响不大。 仪器缺点 测量的主要还是管道中央的流动流体； 测量结果受统计误差影响。
2
总压力梯度 = 重力梯度 + 摩阻梯度 + 加速梯度
Gr (1 F K )
VdV K dz
fV 2 F 2d
速度变化引起的压差
摩擦引起的损失
1.压差密度计测井
总压力梯度 = 重力梯度+摩阻梯度+加速梯度
加速度一般情况下可以忽略不计，在 60cm的间 距上变化较小。 摩阻梯度是指流体和管壁以及与仪器外表之间 摩擦引起的压力损失，并包括了流体粘滞影响。 在许多情况下该项影响可以忽略不计。 当流速低于60m/min时，可以认为压差密度计测 值仅与重力梯度（即静压梯度）有关，反映了流 体密度大小。
r r R1 R2 R1 R2
R2 R2 1 ( ln ln ) 2 0 H r1 r r 2 R1 Q 1
总电容为
2 0 r1 r 2 H Q C U ln R 1 ln R2 r2 r1 r R1
0 —真空中的介电常数
3.电容法持水率计测井 电容量取决于电容器的结构参数和电介质的相 对介电常数。 若结构参数和 r1已知，第二层介质为油水混合 物，则电容量与混合液的关系决定着电容法传 感器响应的分辨能力。 对于油水混合物，介电常数可以表示为：
这时流体绕着移动的仪器会产生一个速度增量，
1.压差密度计测井
压差密度计测井响应
Gr f (1 K F )
速度项 摩阻项 密度读值 流体密度 速度项K一般情况下可以忽略，但是当仪器的上 部和下部的流速明显不同时，速度可能造成测井 曲线上明显的差异，从而引起曲线的跳跃。 油井中从套管进入油管，或井内的井径发生明显 变化的地方，会出现曲线跳跃。
1.压差密度计测井 压差密度计测量原理 静态流体柱标准压差

P gh gd cos
为流体密度；
g为重力加速度；
h
d
Δh流体柱垂直高度；
d流体柱高度；
流体柱倾斜角度。
1.压差密度计测井 井内流道中的压力梯度（伯努力方程）
dP fV VdV g cos dz 2d dz
常用的仪器：压差密度计，伽玛密度计，电容 式持水率计，放射性持水率计等。
1.压差密度计测井 压差密度计又称密度梯压计，
利用两个相距 60cm （ 2ft ）的压
敏波纹管，测量井筒内流体两
点之间的压力差。
摩阻损失不大的井眼，测出的 压力梯度正比于流体密度。 测量结果可以用于识别井内流 体的类型以及流体的状态。 压差密度计
数就不同；
从而电容器有不同的电
容量；
测量同电容器的电容量
有关的信息，就可以推
知混合物中水的含量。 电容法持水率 计示意图
3.电容法持水率计测井
电容器中心电极半径为r；
包裹电极的绝缘层半径为 R1；
绝缘材料的相对介电常数为
r1；
电容器的电极内表面半径为
R2，高为H； 绝缘层与外电极之间介质的
G r cos
压差密度计与压力计 关井测量结果对比
2.伽马流体密度计测井 方法原理：利用流体介质对伽马射线的吸收特 性来测量密度； 当 E>60keV ，伽玛射线主要与介质发生康普顿 效应，吸收系数μ；
可以近似认为油、气、水的质量吸收系数相等， 为一个常数，有：
I I 0e L I 0e k L ln I 0 ln I kL
差密度计测得管中流体密
度 f=0.8g/cm3 ， 求持气率 Yg=?
f w Yh h w
0.8 1.0 0.25 0.2 1.0
1.压差密度计测井 应用特点：
全井眼探测
通常不用于水平井和
大斜度井
如果用于斜井，需要
进行井斜校正：
cor
Cw
20 r1 H w Cw R1 ln r 20 r1 ro ( H H w )
R1 R2 ro ln r1 ln r R1
油水按重度分离 的柱状电容
3.电容法持水率计测井 取样式持水率计测井
持水率为 Yw=Hw/H ，则电容与持水率之间的关 系为：
资料解释：依据实验关系图版。
应用特点：
可测量较高持水率；
测量可靠性与分离状态有关；
测量误差比较大（约17%）。
3.电容法持水率计测井 取样式持水率计测井 设 水 柱 高 度 为 Hw ， 则油 柱 高度为H-Hw，则：
Hw Hw C C w Co Bw (1 ) B0 H H
解释根据频率响应求出井内的持水率：
Ywa
CPS log CPS h CPS w CPS h
Ywa为视持水率；CPSlog为测井读数值； CPSw，CPSh分别为仪器在水和油中的刻度数值。
仪器测量的上限：油包水的上限为Yw=60%； 最可靠测量为Yw<30%。
3.电容法持水率计测井 取样式持水率计测井 探头结构：进、出液口加阀门，可取样； 仪器测量：选点居中测量，取样后流体在重力 作用下下分离，然后进行测量；
油气的相对介电常数为1.0- 4.0。
采用合适的测井方法，就可以区别油气水，并 具有较高的分辨率。
3.电容法持水率计测井
仪器结构
轴心电极和仪器外壳组成 一个同轴圆柱形电容器；
Байду номын сангаас
有导流孔，流体可从内、
外电极间流过； 流过其间的流体就相当于 电容法持水率 计示意图
电介质。
3.电容法持水率计测井 当油气水以不同的比例 混合时，流体的介电常
1.压差密度计测井 井径差异造成流速突 变的使曲线跳跃
测井曲线有两条：
一条原比例曲线； 另一条是放大五倍 的曲线。
产液井中压差密度 测井曲线
1.压差密度计测井
资料解释与应用：定性判别气、油、水；识别 流体的类型；划分流体界面等。 定量计算持率：
f Yh h Yw w , Yh Yw 1 f w Yh h w
《测井解释与生产测井》
第21讲 流体识别测井方法
张元中
中国石油大学（北京）地球物理与信息工程学院
《测井解释与生产测井》
主要内容
1. 压差密度计测井
2. 伽玛流体密度计测井 3. 电容法持水率计测井
4. 放射性持水率计
教材 第7章：7.1，7.2，7.3，7.4
1.压差密度计测井 生产井中，不同层段或同一厚度的不同部位， 可能产出不同性质的流体。 准确判断井底任意深度下流体的性质，对于评 价产层特性，求解各相流量，都是非常重要的。 目前通过对测量井内流体的密度和持水率识别 流体的类型，求解各相流体的比例，以及沿井筒 的分布。