SONDEX FDI 音叉密度仪的原理及操作

【摘要】目前生产测井技术在采油井已经普遍应用，其中流体识别尤其重要。本文详细介绍了SONDEX公司生产的FDI音叉密度仪的仪器组成，仪器规格参数、测量原理及操作方法。

【关键词】生产测井 音叉谐振 流体密度 刻度 保养

随着油田的持续开发，PLT生产测井在开发过程中得到了广泛的应用。除了产量数据之外，识别油井流体，对于采油工程师或油藏工程师变得越来越重要。流体识别除了持水率外，主要是流体密度测量。目前使用的流体密度测量方法有放射性密度和压差密度。FDI音叉密度仪是SONDEX公司生产的新型流体密度测量仪，测量精度高，稳定性好，可进行连续测量。

1 FDI仪器结构与参数

FDI仪器主要由两部分组成，分别是电子线路部分与测量探头部分。探头部分包括两个探头，分别是温度探头和音叉探头。电子线路部分有3块PCB电路板。通讯/电源电路板控制仪器内部电源供给，完成仪器通讯，采集数据；振荡器电路板通过一个压电晶体管来驱动并维持音叉的谐振，并产生两个输出信号：谐振频率与振动幅度；模拟电路板接受温度探头数据和振动幅度数据，并进行A/D转换。具体各部分工作状况见图1。

图1？FDI仪器工作框图FDI仪器主要参数如下：

外径：1-11/16”（42.86mm）长度：20.55”（521.97mm）质量：7.81lb（3.54Kg）耐温：150℃

耐压：15000psi

测量范围：0-1.25g/cc测量精度：±0.03g/cc分辨率：0.01g/cc

响应时间：

2 音叉密度仪测量原理

音叉密度传感器是由音叉体、固支体、压电晶体管和温度传感器组成的。音叉是呈“Y”型的不锈钢发生器，其两臂对称，振动相反，中心杆处于振动的节点位置，静受力为零，不振动，因此固定在固支体上。温度传感器贴装于固支体上，实时检测被测液体温度，用于补偿调谐叉体的弹性模量变化。压电晶体管包括压电激励器和压电拾振器，均贴装在固支体上。压电激励器将产生的交变力通过固支体传导到调谐叉体，使调谐叉体按照自身固有频率产生简谐振动，当调谐叉体浸入到被测液体中，调谐叉体的附加质量发生变化，导致调谐叉体的振动频率发生变化，通过压电拾振器拾取该振动信号实现调谐叉体振动频率的检测。

当音叉间介质为真空时，谐振频率与固有频率相等，当音叉间介质不为真空时，及介质的密度不为零时，音叉的谐振频率和固有频率不相等。根据振动原理，音叉的振动频率f与其质量gm和被测介质质量cm成如下关系：

其中k为比例因子。

当音叉在真空中时，cm为零，gm为音叉的质量，固有频率和谐振频率相等，可以得到比例因子k。当被测对象质量cm不为零时，得到谐振频率为f，通过计算可求出在音叉间的介质的质量：差在3℃以内。

外界的温度和压力都会轻微影响音叉探头的振动频率响应。仪器本身自带温度探头，可以用作温度校正。压力校正，在Warrior测井系统中，有两种方法。第一种就是使用石英压力仪测量值，第二种就是根据测井环境输入一个固定值。测井时推荐使用第一种方法。

3.2 保养

FDI仪器有一个储油室，用来平衡外部环境压力对音叉底座的作用。当仪器在井内时，外部压力会压迫音叉底座，使得音叉向储油室方向移动。随着音叉的移动，储油室的压力逐渐增大，从而使得音叉底座两边的差分压力达到平衡。

仪器在每次下井之前，都必须对储油室重新注油。打开真空泵，使储油室的压力减小到30inHG（1atm）。保持这个状态30分钟，同时把油放在一个大口径烧杯中脱气。30分钟以后，打开注油阀开始注油，所注油选用冷冻机油（加德士公司capella oil WF32，深度精制环烷基油，凝固点和絮点极低，具有好的化学稳定性，热安定性和介电性）。

4 结语

目前，放射性密度仪由于使用放射源，在作业施工过程中存在较大的风险。已逐渐减少使用。使用压差密度仪比较安全，但是受井斜、管柱内径及磨阻等因素的影响，测井响应的准确性会受到一定影响。音叉密度仪由于其高精度、高稳定性，一定会在油田后期开发中发挥越来越大的作用。

参考文献

[1] Sondex FDI001 user manual

[2] Sondex Warrior software user manual

[3] 陈卫东，樊玉明，任俊峰，等.谐振式液体密度传感器的结构设计.电子测量技术，2006，29（3）：175-176

[4] 陈莹梅，陆申龙.音叉的共振频率与双臂质量的关系研究及其应用.物理实验，2006，26（7）：6-9

作者简介

王友春，1982年出生，男，汉族，籍贯：江台，毕业于中国石油大学，学士学位，现工作于中海油田服务股份有限公司，助理工程师，主要从事生产测井工作。