钻井过程中，若可实时的测量原油各项特性指标，如原油的组分含量，油气比，粘度，密度，电导率等，可及时得知地层原油的种类，污染程度等，进而快速调整钻井方案。其中，粘度和密度是原油的物理特性，对原油开采，油藏储量估计起重要作用。传统的粘度和密度测量方法虽精度高，但仪器体积大，实时性差，无法用于井下。因此，设计一种能用于井下在线测量流体粘度和密度的传感器可有效的解决问题。在石油钻井领域中，需要对原油的各项特性指标进行测量，如气油比(GOR)，荧光吸收特性，密度，粘度，介电常数，流体组分(CH4, C2, C3-C5, C6+, CO2)，游离气体和液体相位等[1]。若能在井下实时的测量地层流体的特性，即可高效的分析地层环境和原油属性，调整钻井方案，有助于钻井效率的提升。目前，国内对井下流体特性的测量主要是把流体抽上地面后再进行各项特性的分析。但是，来自不同区域储层的流体已经混合并失去了其个体特征和井下性质，这限制了诊断特定储层原油特性的能力。而且流体在地表的化学性质也不能代表在井下储层时的特性。虽然样品可以从井下采集并在实验室中分析，但该过程需要高度专业化的工具，这使得测量耗时较长且成本高。国外油田服务公司已经研发了井下流体测量设备，但仅提供租借及技术服务，价格高昂。不仅如此，对于测量数据的分析和解释，也进行了技术垄断。因此，为提高地层环境的分析效率，提高钻井效率，进而提升我国石油钻井行业的综合水平以及具备核心竞争力，自主研发井下测量设备迫在眉睫。目前，用于井下的粘密度传感器，有振动弦传感器，声表面波传感器和音叉传感器。其中振动弦传感器结构复杂，仅测量粘度，声表面波传感器只能测量粘度和密度的乘积，音叉传感器结构简单，可同时测量粘度和密度。音叉通常由石英晶体制成，石英音叉品质因数高，谐振点稳定，数据重复性高，本研究针对石英音叉传感器，通过对石英音叉传感器测量流体的原理和方法的研究，设计了针对井下流体实时测量粘度和密度的传感器。本研究完成了石英音叉传感器的样机研制，并在润滑油，井下原油等场景下进行了测量实验，同时针对高温、高压环境提出了测量算法的修正，为下一步井下随钻流体分析装置的研发提供了基础。井下流体分析技术(Downhole Fluid nalysis technology)是一项针对地层流体取样，压力保持，流体特性测量，流体分析的全方位高精尖技术。近年来，斯伦贝谢公司提供了SpectraSphere随钻流体测绘服务。该技术共有三个模块，包括预测试探头，可高精度测量地层压力和流体环境，用于分析油藏的最佳测试点；流体测绘模块，主要是井下流体分析仪，通过光谱技术分析流体；样品载体模块，用于获取多种温度、压力条件下的样品。该技术已经在墨西哥，马来西亚，中东等地区获得了成功的实验。除此之外，哈里伯顿GeoTap随钻地层测试器，探路者公司的DFT测试仪，以及贝克休斯公司的TesTrink地层流体分析仪都是基于DFA技术生产的成熟产品。我国也于2012年研制了模块式动态地层测试器的设备样机，但尚未完成产品化。本研究的石英音叉传感器是井下流体分析仪的重要组成部分，目前国内尚未研制成功类似的产品。

哈尔滨工业大学

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