摘要 ：稠油熱采已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)稠油開發(fā)的主流手段，目前對(duì)于井下蒸汽干度測(cè)量和射孔層吸熱效率評(píng)價(jià)缺乏直接有效的手段。為此中油測(cè)井遼河分公司提出六參數(shù)井下吸汽剖面測(cè)井方案，并開發(fā)出獨(dú)立配套的吸汽剖面解釋軟件。軟件利用井下純水罐液位計(jì)實(shí)測(cè)的井下流體密度、壓力、溫度、流量參數(shù)，結(jié)合油藏蒸汽飽和水和蒸汽特性關(guān)系，進(jìn)而完成對(duì)蒸汽注入剖面的解釋評(píng)價(jià)。
1 稠油蒸汽干度測(cè)量現(xiàn)狀
稠油資源占到**石油儲(chǔ)量的 70%，國(guó)內(nèi)遼河、新疆、勝利等都有廣泛的稠油分布。熱力采油成為目前稠油開發(fā)的主要方式。熱采注汽的原理是通過(guò)注汽提高油藏溫度，降低原油粘度以增加井下稠油流動(dòng)性，達(dá)到規(guī)模開采的目的。蒸汽通過(guò)井口地面鍋爐制備，通過(guò)管線輸送到井口，再經(jīng)過(guò)井下管柱到產(chǎn)層。
為了避免結(jié)垢且保證熱效率，鍋爐輸出蒸汽通常嚴(yán)格控制在 75%~80% 干度內(nèi)，經(jīng)過(guò)管道和井筒時(shí)，由于熱損失，蒸汽干度進(jìn)一步降低，蒸汽凝結(jié)水增加。蒸汽干度的測(cè)量通常在鍋爐出口和井口完成，對(duì)井下干度和注汽層吸熱能力評(píng)價(jià)缺乏有效的檢測(cè)手段。
2 蒸汽注入剖面測(cè)井純水罐液位計(jì)
純水罐液位計(jì)設(shè)計(jì)采集沿井軸的連續(xù)伽馬、磁定位、溫度、壓力、密度、流量六種參數(shù)信息。針對(duì)實(shí)際井下高溫工況，純水罐液位計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)篩選高溫元器件，對(duì)設(shè)備電路進(jìn)行保溫瓶設(shè)計(jì)封裝等強(qiáng)化措施，設(shè)立了井下作業(yè)溫度 350 ℃（4hr），*高耐溫 400 ℃的設(shè)計(jì)工作指標(biāo)。同時(shí)，純水罐液位計(jì)串頂部設(shè)計(jì)獨(dú)立存儲(chǔ)短節(jié)，無(wú)需動(dòng)用電纜，使用鋼絲傳輸即可，避免了高溫電纜損傷，同時(shí)降低作業(yè)成本和風(fēng)險(xiǎn)。
3 計(jì)算法方法
（1）密度。伽馬光子與物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后放出的伽馬射線強(qiáng)度與物質(zhì)的密度有關(guān) ：

其中，Nc 濕蒸汽檢測(cè)的射線強(qiáng)度，N0 放射源的射線強(qiáng)度，μ射線吸收系數(shù)，濕飽和蒸汽密度ρsw。通過(guò)放射性法檢測(cè)伽馬強(qiáng)度可以測(cè)出飽和濕蒸汽密度。
（2）蒸汽干度。在一定外界壓力下，將水持續(xù)加熱，引起液態(tài)水蒸汽壓力持續(xù)增加直至和外界壓力相等時(shí)，液態(tài)水吸熱量到達(dá)飽和狀態(tài)，并開始沸騰。此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度稱為該壓力下的飽和溫度，該壓力叫做飽和壓力。飽和水繼續(xù)被加熱時(shí)，水變成氣液混合體，溫度不再升高，吸收的熱量用于完成汽化的過(guò)程，所含能量被稱之為汽化潛熱。水的汽化潛熱*高，是優(yōu)良的注熱載體，因而蒸汽注入大規(guī)模用于稠油開采中。
飽和蒸汽的溫度 TS 和壓力 PS 的關(guān)系在計(jì)算時(shí)可以用近似表示如下 ：

蒸汽的干度是指每千克濕蒸汽中含有干蒸汽的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。常規(guī)的蒸汽干度測(cè)量方法，包括人工化驗(yàn)法（爐水取樣）、熱力學(xué)法（抽汽取樣）、非熱力學(xué)法（放射、電導(dǎo)率、示蹤劑等）、數(shù)學(xué)模型計(jì)算法。但無(wú)論何種測(cè)量方式，通常難以直接獲得井下干度剖面信息。通過(guò)高溫六參數(shù)測(cè)井純水罐液位計(jì)，可以直接測(cè)量濕飽和蒸汽密度ρsw。根據(jù)定義，飽和蒸汽、飽和水的密度和比容與干度的關(guān)系如下 ：

其中，ρs 為蒸汽密度（kg/m3），ρw 飽和水密度 (kg/m3)，ρsw 為濕飽和蒸汽密度 (kg/m3)，vs 為飽和蒸汽比容(m3/kg)，vw 為飽和水比容 (m3/kg)，vsw 為濕飽和蒸汽比容，X 為干度。
經(jīng)過(guò)發(fā)展，W.S.Tortlke 及 S.M.Farouq Ali 提出了用于熱采油藏?cái)?shù)值模擬的飽和蒸汽特性函數(shù)關(guān)系式，并分析誤差達(dá)到很小的程度。劉文章等人將關(guān)系式進(jìn)行進(jìn)一步總結(jié)，得到 ：
①飽和水的密度 ：

溫度 T 為 K（273+℃），壓力 P 為 kPa。通過(guò)六參數(shù)測(cè)井儀可以測(cè)量出井下溫度、壓力、密度等數(shù)據(jù)，即可通過(guò)蒸汽函數(shù)關(guān)系求計(jì)算深度的干度信息。
（3）井筒熱損失。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于井筒傳熱狀態(tài)受到注熱時(shí)間、油套管節(jié)箍傳熱系數(shù)偏差、保溫管老化、水泥固井質(zhì)量變化等影響，較難得到符合實(shí)際的準(zhǔn)確數(shù)值。而通過(guò)六參數(shù)測(cè)井儀測(cè)量出干度信息后，濕蒸汽在井筒的干度損失可以直接反映當(dāng)前階段井筒徑向熱損失。
通過(guò) Farouq Ali 模擬的飽和蒸汽特定函數(shù)關(guān)系可知：
 ①飽和水的比熱焓 Hw ：

在相鄰兩個(gè)計(jì)算深度，干度的變化可以用來(lái)表示徑向熱損失速率 ：

式中，V 為純水罐液位計(jì)測(cè)速 (m/h) ；rT 為導(dǎo)熱油管內(nèi)徑 ；Hw1，Hw2 為井筒上下深度位置的飽和水熱焓 (kJ/kg) ； Hs1，Hs2 為井筒上下深度位置蒸汽潛熱焓 (kJ/kg) ；X1， X2 為對(duì)應(yīng)的干度。
（4）吸汽量。
①吸汽量。計(jì)算射孔層位吸汽量，可以通過(guò)六參數(shù)純水罐液位計(jì)的渦輪流量計(jì)實(shí)現(xiàn)。忽略低流速時(shí)渦輪的非線性響應(yīng)及密度對(duì)渦輪轉(zhuǎn)速的影響，則渦輪轉(zhuǎn)速 RPS 與流速成正比 ：


4 軟件實(shí)現(xiàn)
*一步 ：將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理處理，包括單位標(biāo)準(zhǔn)化，較深等。
*二步 ：如果采用井下定點(diǎn)測(cè)量方式，那么將密度溫度壓力流量數(shù)據(jù)按照計(jì)算采樣頻率進(jìn)行線性插值。
*三步：按照擬合公式，計(jì)算水和蒸汽的密度和熱焓。
*四步 ：計(jì)算對(duì)應(yīng)密度和比容數(shù)據(jù)下的蒸汽干度，并計(jì)算井筒熱損失。
*五步 ：通過(guò)渦輪流量數(shù)據(jù)計(jì)算射孔層位吸汽量和吸汽強(qiáng)度。
*六步：通過(guò)步驟三和步驟五計(jì)算射孔層位吸熱量。
5 結(jié)論和認(rèn)識(shí)
（1）通過(guò)六參數(shù)測(cè)量純水罐液位計(jì)，結(jié)合蒸汽物理參數(shù)擬合方法，可以定量評(píng)估井筒熱保熱能力和注入層吸汽效果，并為甲方熱注方案調(diào)整提供依據(jù)。
（2）溫度壓力和密度數(shù)據(jù)十分重要，是否能夠獲得準(zhǔn)確的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)是關(guān)鍵。注汽井惡劣的井下環(huán)境，對(duì)純水罐液位計(jì)的可靠性要求很高。