存储式超声流量计在配注井分层流量测试中的应用

      0 引言

      存储式超声流量计采用坐封测量，可同时测量温度、压力、流量等3个参数，具有启动排量低、测量精度高、节流损失小、量程比大、过流通道顺畅、无卡堵等特点。既适用于渗透率高、注入排量大的地层，也适用于渗透率低、注入排量小的地层，能够满足油田注水井流量测试的需要。存储式超声流量计采用电池供电，钢丝下井。测量结束后，将仪器内的存储卡拔下，插到地面回放接口上，通过计算机对流量数据进行回放，完成测试资料的显示、处理和打印等功能。

      1 仪器结构与测量原理

      1.1 机械结构

      存储式超声流量计由绳帽、存储卡、电路外筒、电路板、密封短节、压力传感器、上超声传感器、下超声传感器、工具接头等9部分组成（见图1）。温度传感器内置于电路板上，用于压力、流量的温度校正。超声传感器信号线经密封塞引入电路筒内，存储卡内置电池、存储器和指示灯，与电路筒插接联接。测试密封段与工具接头相联。上下超声传感器间形成测量流道，坐封集流
后，该层段（含当前层段）以下的全部液体经流道后分层下注，从而实现流量的集流分层测量。

      1.2 测量原理与方法

      采用检测灵敏度高的相位差法，即测量顺、逆2个方向接收波的相位差△Φ。时间差△t和△Φ的关系为

      △Φ=2πf_t△t             （1）

      式中，f_t是超声波的频率。从本质上讲相位差法和时间差法原理是相同的。通过相位差可求出时间差，再根据式（2）可求出液体的流速v

      式中，L表示上、下传感器间距；v表示被测液体的流速；C表示声速。通常C是温度、压力和介质的函数。

      2 仪器的主要技术特点

      2.1 仪器的优点

      （1）超声流量计无可动部件，无卡堵现象产生，测试成功率高；
      （2）仪器精度高，量程比宽，可达1:300，适用范围广；
      （3）仪器的稳定性高，刻度周期长；
      （4）传感器采用双发双收结构，克服了液体物性对测量精度的影响；
      （5）流道空间大，集流压损小；
      （6）仪器的数据存储量大、功耗低、工作时间长；
      （7）地面回放软件操作方便，数据加密性好。

      2.2 应用超声原理测量流量的局限性

      （1）受气体影响较大。当液体中含有气体时，由于气体与液体密度相差较大，在气液界面处声波存在较大反射，影响测量精度。

      （2）仪器对混相液体需要刻度后才能进行测量。

      3 现场实验分析

      为验证存储式超声流量计的可靠性、实用性和准确性，在大庆油田各采油矿共进行了22口井的测试实验。选井方法是选择高压低注入井和低压高注入井。从以下2方面对实验情况加以分析和说明。

      3.1 与井口水表的对比

      井口水表的读数值代表注入井的注入水量值。它近似等于坐封式流量计在注入井偏段的测量值。表1是22口实验井的井口水表与超声流量计在偏堰段测量值的对比情况。

      表1 超声流量计偏I层段测量值与井口水表读数值对比

      3.2 与其它流量计的对比性实验

      首先与在用的浮子流量计做了对比试验。2003年6月3日在大庆油田北1-72-557注入井进行了实验，其全井及各层配注量为：偏I层段60m³/d；偏Ⅱ层段60m³/d；偏Ⅲ层段80m³/d，全井200m³/d。超声流量计在偏工层段时水表水量为215m³/d。仪器测出水量为210m³/d。浮子流量计坐偏段时测出水量为180m³/d。2种流量计与水表对应较好。超声流量计测量曲线见图2。

      2003年6月9日在大庆油田中丁8-水32注入井进行超声流量计与浮子流量计对比实验，其全井及各层配注量为：偏工层段80m³/d；偏Ⅱ层段30m³/d；全井110m³/d。水表水量为134m³/d。超声流量计在偏工层段时测出水量为130m³/d。浮子流量计在偏I层段时测出水量为133m³/d。2种流量计与水表对应较好。

      超声流量计与在用的电磁流量计也做了对比试验。中350-27井是1口分注井。其井口水表水量为95m³/d，井口压力为12.8MPa。2003年8月29日作了与电磁流量计的对比实验。2种仪器测量的流量曲线见图3和图4。

      图3中超声流量计在偏碾段处进行了2次坐封测量，第2次测量时压力不稳，流量比前一次略有下降。与图4相比2种仪器各层流量测量值比较接近（见表2）。

      表2 超声流量计测量值与电磁流量计测量值对比

     2003年9月12日在大庆龙17-16分注井做了与电磁流量计的对比实验。其偏I层段深度1434m；偏Ⅱ层段深度1462m；偏Ⅲ层段深度1526m；偏Ⅳ层段深度为1539m。井口水表水量为43m3/d，井口压力为2.3MPa。测得的层位水量见表3。2种仪器各层流量测量值也比较接近。

      表3 超声流量计测量值与电磁流量计测量值对比情况

      从以上实验资料可看出，超声流量计在注入井偏I层段的测量值与该井井口水表的水量读数基本符合，误差较小。考虑到在注入井口与偏I层段之间存在着可能的水量漏失和仪器操作坐封不严的情况存在，可认为超声流量计测量井口注入量的准确度是较高的。

      与浮子流量计、电磁流量计做对比实验的中发现，浮子流量计的机械式测量方法明显落后于超声与电磁流量计的测量方法，相比之下超声流量计的测试成功率、测量精度都较高，且无卡堵现象产生。与电磁流量计对比，超声流量计的现场测试结果与实际情况吻合较好，两者误差在±5%的范围内，测量结果的符合率达90% 以上。

      4 结论

存储式超声流量计采用超声原理对注水井分层流量进行测试。由于仪器内无可动部件，解决了传统的浮子流量计易卡堵的问题，提高了测试成功率。仪器的各项技术指标达到了设计要求，与国内同类先进测试仪器相比处于同一技术水平。地面回放软件功能齐全，操作简单，数据加密性好，适合现场应用。现场实验证明该仪器适用于大庆油田注水井分层测试。

      参考文献：

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      [2] 林加恩.实用试井分析方法[M].北京：石油工业出版社，1996
      [3] 蔡武昌，等.流量测量方法和仪表的选用[M].北京：化学工业出版社，2001
      [4] 陆大卫，谢荣华.油田开发测试技术新进展[M].北京：石油工业出版社，2002