WPRT-1原油持水率雷达测井仪

成果基本信息
关键词：	原油;持水率;含水量;测井仪
成果类别：	应用技术	技术成熟度：	成熟应用阶段
体现形式（基础理论类）：		体现形式（应用技术类）：	新技术
成果登记号：	9662013Y0019	资源采集日期：	2013-11-10

研究情况
单位名称：	西安荣森电子有限责任公司	技术水平：	国际先进
评价证书号：	457C5B11757426000007770004	评价单位：	国家科技创新基金管理中心
评价日期：	2007.09.24	评价证书号：	457C5B11757426000007770004

转化情况
转让范围：	允许出口	推广形式：	技术入股
已转让企业数（个）：	0

联系方式
联系人（平台）：	玉女士	联系人（平台）电话：	0771-5885053
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成果简介
油井中一般情况是油气水混合流体在套管内流动。当利用雷达电磁波信号测量油井中的流体时，套管是良好界面而束缚和引导电磁波的传播与反射。井内流体是有耗媒质，从而导致电磁波的幅度衰减和相位偏移。因此，油井中的电磁波物理特性是由套管和流体共同决定的。油井套管构成的物理模型，可以传播横电波（TE波）和横磁波（TH波）。仔细分析TE波和TH波的传播特性，可以考虑它们的传播系数γ。γ=（K2c-ω2με+jωμб ）0.5 =ε1+jε1 （1）式（1）中，ω是激励信号的角频率；μ、б、ε分别为套管内媒质的磁导率、电导率和介电常数；Kc为截止波数，与套管的截面尺寸和波形有关。传播常数γ的实部和虚部都具有不同的物理意义，α和β分别称为衰件常数和相位常数，分别代表雷达波径向单位长度的幅度衰减和相位偏移，j是虚数单位。假设管内媒质为不导电的理想介质（б=0），由式（1）可以知道：ω2με＞K2c时，γ为纯虚数，此时电磁波无幅度衰减，只有相位移动，沿轴向呈正玄型波动变化；而当ω2με＜K2c时，γ为实数，此时电磁波无相位变化，只有沿轴向指数衰减，该状态称为波导的截止状态，Kc对应的频率为截止频率。实际上油井内的流体一般具有导电性，此时媒质的传播常数不再是实数，而是复数。同样由（1）式可知，无论频率使ω2με与K2c的相对大小如何变化，导波的传播常数γ均为一复数。它表明电磁波沿径向既具有幅度衰减，又具有波动性质。而雷达（Radar）技术是近年来应用于浅层地质构造、岩性检测的一项新技术，其特点是快速、无损、连续检测，并以DSP实时处理地下介质的无物理特性，使探测结果一目了然，分析、判读直观方便而且探测精度、样点密、工作效率高而倍受一些行业的关注，其应用领域不断扩展。雷达测井方法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁波技术。利用一对雷达天线向地下发射载波调制电磁脉冲，同时由该天线接收由套管介质界面反射的回波，利用电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质（如复介电常数Er）及几何形态的变化差异，根据接收到的回波旅行相位时间、幅度和波形等信息，来探测地下介质的物理参数和三相流成份。其工作原理如式（2）。理论研究与实验室模拟试验证明，雷达波在物体或介质中的传播速度v与介质的相对介电常数Er有如下关系式中：c为真空中的电磁波传播速度c=0.3m/ns）（2）而对油管内的流体来说，水是引起介电常数差异的主要因素。介质的介电常数（Er）不仅与介质本身的性质有关，而且与介质中含水率Yw有如下关系：Yw=[Er+φ（Eo-Emr）-Em]/ （Ewr-Eo）（3）式（3）中：Emr为介质中相对介电常数；Ewr为水的相对介电常数（Ewr=81）；Eo为空气相对介电常数（Eo =1）；φ为介质的总孔隙度。介质中含水率Yw的较小变化会引起介质Er值的较大变化，介质中含水率增加，Er值也会增大，而电磁波在介质中的传播速度则会降低。据波动理论，波速v、波长λ、频率f三者的关系为λ＝v/f当雷达发射电磁波频率一定时，随电磁波在介质中的传播速度的增加，雷达所接收到的反射波波长加大，反之，电磁波在介质中的传播波速度降低时，反射波波长变小。利用雷达波对水“敏感” 这一特性，通过公式（4）和（5）利用DSP技术就可以完成原油持水率的时实动态监测和计量。微波测量探头应由一对微波天线组成。测量时居中置于油井套管的轴线上，由井口通过电缆提供电源。一定频率的两种微波信号分别供给两只发射/接受天线形成激励电流，激发出已调制的脉冲的电磁波，而圆套管能够束缚电磁波不向管外传播，在管内形成的电磁场会使两个接收线圈内产生诱导电压；两个接收线圈有一定间距，各自产生的电压幅度和相位均不相同，幅度衰减和相位偏移大小与两个接收线圈之间流体介质的电特性有关，接收到的信号通过电缆传输到地面，经过处理得到幅度差和相位差，作为测量记录信息，以供进一步解释求取测量深度处流体的电性参数以及持水率。锁相（PLL）和自动电平控制（ALC）技术来构成微波频段的信号发射器部分，而且接收部分是采用了超外差模式。整个系统由收发两部分模块组成，其核新部件是将关键部分的电路部件（收发鉴相、鉴幅器）作为一个可替换的模块形式嵌入在整个收发模块中，而矢量参数的相位和幅度测量精度也由这些部件所决定。天线（收发）采用透射原理，将收发天线分置在被测介质的两侧，构成信号的分离装置（DUT）。信号处理；采用高速高精度的信号处理器，同时采集矢量模块的相位和幅度信息以及介质的温度和厚度参数，作为水分测量换算的依据，同时能完成对发射部分的频率及输出功率的调整和接收部分的前置预选器的设置。如果需要二次仪表显示，键盘操作及远传也可以通过该处理器实现。利用柔性制造技术（FMS），一次性加工成型，以期突破井下环境制约和被测介质干扰的技术瓶颈。利用DSP技术独立完成与持水率相关的频率和相位的检测，不易受环境、压力、温度等影响。实现了原油持水率和高频电磁波相位和频率的同步检测控制，利用遥传技术进行地面和井下的信号传输控制。

成果名称：	WPRT-1原油持水率雷达测井仪	关键词：	原油;持水率;含水量;测井仪
成果类别：	应用技术	一级分类名称：	装备制造
二级分类名称：	地质勘探装备制造	三级分类名称：
研究起止时间：	2005.06 至2007.09	成果体现形式（应用技术类）：	新技术
成果属性：	原始性创新	成果体现形式（基础理论类）：
技术成熟度：	成熟应用阶段	技术水平：	国际先进
研究形式：	独立研究	学科分类1：	国家标准GB T13745-92《学科分类与代码》
单位名称：	西安荣森电子有限责任公司	学科分类2：
中图分类号1：	中国图书资料分类法（第四版）	所属高新技术类别：	电子信息
中图分类号2：		课题来源：	国家科技计划
应用行业：	科学研究、技术服务和地质勘查业	课题立项名称：
国家科技计划子类别：	其他	课题立项编号：	05C26226101488
经费实际投入额（万元）：	217.00	评价单位：	国家科技创新基金管理中心
评价形式：	验收	应用状态：	稳定应用
评价日期：	2007.09.24	转让范围：	允许出口
评价证书号：	457C5B11757426000007770004	推荐单位：
推广形式：	技术入股	成果登记号：	9662013Y0019
成果简介：	油井中一般情况是油气水混合流体在套管内流动。当利用雷达电磁波信号测量油井中的流体时，套管是良好界面而束缚和引导电磁波的传播与反射。井内流体是有耗媒质，从而导致电磁波的幅度衰减和相位偏移。因此，油井中的电磁波物理特性是由套管和流体共同决定的。油井套管构成的物理模型，可以传播横电波（TE波）和横磁波（TH波）。仔细分析TE波和TH波的传播特性，可以考虑它们的传播系数γ。γ=（K2c-ω2με+jωμб ）0.5 =ε1+jε1 （1）式（1）中，ω是激励信号的角频率；μ、б、ε分别为套管内媒质的磁导率、电导率和介电常数；Kc为截止波数，与套管的截面尺寸和波形有关。传播常数γ的实部和虚部都具有不同的物理意义，α和β分别称为衰件常数和相位常数，分别代表雷达波径向单位长度的幅度衰减和相位偏移，j是虚数单位。假设管内媒质为不导电的理想介质（б=0），由式（1）可以知道：ω2με＞K2c时，γ为纯虚数，此时电磁波无幅度衰减，只有相位移动，沿轴向呈正玄型波动变化；而当ω2με＜K2c时，γ为实数，此时电磁波无相位变化，只有沿轴向指数衰减，该状态称为波导的截止状态，Kc对应的频率为截止频率。实际上油井内的流体一般具有导电性，此时媒质的传播常数不再是实数，而是复数。同样由（1）式可知，无论频率使ω2με与K2c的相对大小如何变化，导波的传播常数γ均为一复数。它表明电磁波沿径向既具有幅度衰减，又具有波动性质。而雷达（Radar）技术是近年来应用于浅层地质构造、岩性检测的一项新技术，其特点是快速、无损、连续检测，并以DSP实时处理地下介质的无物理特性，使探测结果一目了然，分析、判读直观方便而且探测精度、样点密、工作效率高而倍受一些行业的关注，其应用领域不断扩展。雷达测井方法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁波技术。利用一对雷达天线向地下发射载波调制电磁脉冲，同时由该天线接收由套管介质界面反射的回波，利用电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质（如复介电常数Er）及几何形态的变化差异，根据接收到的回波旅行相位时间、幅度和波形等信息，来探测地下介质的物理参数和三相流成份。其工作原理如式（2）。理论研究与实验室模拟试验证明，雷达波在物体或介质中的传播速度v与介质的相对介电常数Er有如下关系式中：c为真空中的电磁波传播速度c=0.3m/ns）（2）而对油管内的流体来说，水是引起介电常数差异的主要因素。介质的介电常数（Er）不仅与介质本身的性质有关，而且与介质中含水率Yw有如下关系：Yw=[Er+φ（Eo-Emr）-Em]/ （Ewr-Eo）（3）式（3）中：Emr为介质中相对介电常数；Ewr为水的相对介电常数（Ewr=81）；Eo为空气相对介电常数（Eo =1）；φ为介质的总孔隙度。介质中含水率Yw的较小变化会引起介质Er值的较大变化，介质中含水率增加，Er值也会增大，而电磁波在介质中的传播速度则会降低。据波动理论，波速v、波长λ、频率f三者的关系为λ＝v/f当雷达发射电磁波频率一定时，随电磁波在介质中的传播速度的增加，雷达所接收到的反射波波长加大，反之，电磁波在介质中的传播波速度降低时，反射波波长变小。利用雷达波对水“敏感” 这一特性，通过公式（4）和（5）利用DSP技术就可以完成原油持水率的时实动态监测和计量。微波测量探头应由一对微波天线组成。测量时居中置于油井套管的轴线上，由井口通过电缆提供电源。一定频率的两种微波信号分别供给两只发射/接受天线形成激励电流，激发出已调制的脉冲的电磁波，而圆套管能够束缚电磁波不向管外传播，在管内形成的电磁场会使两个接收线圈内产生诱导电压；两个接收线圈有一定间距，各自产生的电压幅度和相位均不相同，幅度衰减和相位偏移大小与两个接收线圈之间流体介质的电特性有关，接收到的信号通过电缆传输到地面，经过处理得到幅度差和相位差，作为测量记录信息，以供进一步解释求取测量深度处流体的电性参数以及持水率。锁相（PLL）和自动电平控制（ALC）技术来构成微波频段的信号发射器部分，而且接收部分是采用了超外差模式。整个系统由收发两部分模块组成，其核新部件是将关键部分的电路部件（收发鉴相、鉴幅器）作为一个可替换的模块形式嵌入在整个收发模块中，而矢量参数的相位和幅度测量精度也由这些部件所决定。天线（收发）采用透射原理，将收发天线分置在被测介质的两侧，构成信号的分离装置（DUT）。信号处理；采用高速高精度的信号处理器，同时采集矢量模块的相位和幅度信息以及介质的温度和厚度参数，作为水分测量换算的依据，同时能完成对发射部分的频率及输出功率的调整和接收部分的前置预选器的设置。如果需要二次仪表显示，键盘操作及远传也可以通过该处理器实现。利用柔性制造技术（FMS），一次性加工成型，以期突破井下环境制约和被测介质干扰的技术瓶颈。利用DSP技术独立完成与持水率相关的频率和相位的检测，不易受环境、压力、温度等影响。实现了原油持水率和高频电磁波相位和频率的同步检测控制，利用遥传技术进行地面和井下的信号传输控制。
联系人：	杨厚荣	成果登记日期：	2013-05-20
联系人email：	hryang@rsdz.cn	单位代码：	96100508
邮政编码222：		联系人电话：	029-68985065
单位传真：		单位通讯地址：
单位所在省市：	陕西省	单位电话：
转让收入（万元）：	0	单位属性：	企业
合作完成单位：		已转让企业数（个）：	0
成果发布年份：	2013	知识产权形式：
成果完成人：	杨厚荣;苏涛;温有奎;陈小英;陈朝勤;罗友哲;林峰	资源采集日期：	2013-11-10

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