超声波流量计在分层注水井中的应用

超声波流量计在分层注水井中的应用

发表时间：2019-05-06T16:06:40.217Z 来源：《防护工程》2019年第1期作者：李军[导读] 存储式仪器不存在任何可活动的机械部件，因此安装方便，可靠性高。既可测试注水井，也可以测试注聚合物井。

中国石油化工股份有限公司中原油田分公司技术监测中心文留测试项目部河南濮阳 457171 摘要：非集流存储式超声流量计的应用彻底摒弃原来的密封聚流测试方式，从根本上杜绝密封件的损坏和仪器的遇阻、遇卡现象，提高了测试成功率。测量时，扶正器使仪器位于液体中央，通过连续测量井筒内流体沿轴向运动速度的变化，从而确定井筒内的注入剖面。同时，通过压力、温度的同步测试以及井筒任意深度的测试，可以及时判断油管的漏失位置。因此，在指导油田动态分析，提高油田注水

开发效果方面有着重要的指导意义关键词：超声波流量计；中心流速测试；安全准确节能

一、测试现状及选题原由

以往分注水井的测试有两类方法。一是空芯分注工艺的投球测试法；二是偏心分注工艺的井下流量计测试方法。目前中原油田采用的分注工艺基本上均为偏心测试。长久以来一直使用集流式井下流量计测试方法。井下测试过程中，需要用井下密封段坐封在测试层，以达到聚流的目的，才能准确测出各级配水层位的水量。测试成功率直接受到密封段的影响，如果密封段的人字皮腕过大，则流量计无法通过工作筒；人字皮腕尺寸过小，达不到聚流的目的，导致流量计测试水量误差大，造成测试失败。而且测试工艺只能是从最下一层向上逐层测试。针对原测试工艺存在的问题，近年来，我们做了大量的思考和改革：如改变人字盘根的结构形状和材质，利用棘轮提拉机构取代井下时钟，缩小记录筒传动杆的直径等等，虽然提高了测试成功率，缓解了测试矛盾，但是没有从根本上解决矛盾。最后，我们与井岗山仪表厂密切合作，联合研制出了全新的中心流速式流量计，即存储式非集流超声流量计。该仪器测试时，将仪器各组件连接好，下入井中，不需坐封，测试工艺可由上向下或从下向下测试，成功率较高。非集流存储式超声流量计的应用彻底摒弃原来的密封聚流测试方式，以期从根本上杜绝密封件的损坏和仪器的遇阻、遇卡现象，提高测试成功率。测量时，扶正器使仪器位于液体中央，通过连续测量井筒内流体沿轴向运动速度的变化，从而确定井筒内的注入剖面。同时，通过压力、温度的同步测试以及井筒任意深度的测试，可以及时判断油管的漏失位置。因此，在指导油田动态分析，提高油田注水开发效果方面有着重要的指导意义。

二、仪器简介

结构：

其数学表达式如下：

t1＝L/c+v （1）

t2＝L/c-v （2）

由（1）、（2）式得

v=L×?t/(2t1 ×t2) （3）由于?φ＝ω?t＝2π??t

（3）式可换算为

v=(l/4π?) ×(?φ/ t1 ×t2) ( 4 )

因为?t<< t1 ，t2，则t1 ，t2近似相等，设t1＝t，则v=?（χ）＝?（?φ/ t1 ×t2）＝?（?φ/ t2）式中：

t1————声波下行时间，s

t2————声波上行时间，s

L——上下换能器的距离，m

c————超声波水中传播速度,m/s v————流体速度,m/s

?φ————相位移,

?————换能器发射频率,Hz

电路原理：存储式超声波流量计电路原理框图如下图所示。仪器供电后，由发射电路激必上下换能器产生超声信号民，再由放大电路把接收电路同时接收到的两路信号放大，并通过整形、鉴相后，通过f/v转换，最后得到一个和流体流量有关的频率信号。

电路原理框图

在油管直径、测速和流体粘度一定的条件下，在单相流体中，流量Q与油管截面积S，流速V的关系是：Q＝SV。所以，非集流超声波流量计测取到中心流速V，便可确定分层吸水量。

技术指标：

流量：0－300m3/d，精度：2%FS 压力：0-80Mpa，精度：0.5%FS

温度：0-125℃，精度：±1℃

外型尺寸：?42×1620mm

抗冲击能力：50g

三、技术改进与创新

1、优化了测试工艺

存储式超声波电子流量计的使用，既可采用由下向上测试、也可采用由上向下测试，改变了原有集流式流量计只能上测，不能下测的水井测试工艺。使分注井井下测试更灵活，由于测试时，不需坐封于配水器，更有利于录取到不同深度的流量。

2、有效避免了仪器卡、阻现象

使用存储式超声电子流量计测试，是依靠上下扶正器将仪器置于井筒内测取流体的中心流速进行流量转换的，不需将仪器坐封在配水器上测试，减少了由于密封皮腕过大，造成仪器卡、阻的现象，提高了水井测试安全性。

四、成果应用情况

1、与水表计算结果的对比分析

为了验证非集流存储式超声波流量计测试水量的准确性，我们利用其能够在任意深度测试的特点，将其置于井口10米处，进行流量测试，并与地面水表计算的流量进行了对比。如下表: 与水表计算结果的对比分析表

由上表可以看出，与井口水表计量的流量相比，视流量误差最大的是27.5Mpa下的测试流量，误差为2.5%；误差最小的是26.5Mpa下的测试流量，误差为1.4%；在25.5Mpa下的测试误差为2.0%。三个压力下的测试误差为1.96%。因此表明：在三个注水压力条件下测得的全井流量与水表计量的结果基本相同。

2、提供调配依据，实现有效注水

及时做好分注井的分层测试、分层调配工作，合理地搞好动态调水，对高含水期油藏的控水稳油具有极其重要的意义。井例1：文10－8井为一口二级三段的分注井，2017年8月份的测试分析为三层注水均不合格，偏1吸水量为9.8m3/d、偏3吸水量为10.1 m3/d，这两层接近不吸水，而偏2超注50.2 m3/d，该井注水达不到配注要求。根据分析结果，对偏2水嘴进行调配，由Φ6.0调到Φ4.2注水一段时间后，9月份复测，偏2、偏3注水合格，偏1（无嘴）欠注。（见下图）

通过对分注井测试资料的分析，指导调配各层水量（见附表：利用分层流量资料指导调配水嘴），以加强潜力层的注水，控制含水上升速度，有效改善吸水剖面，提高水驱动用程度。截止目前共测试分注井82井次，调配26 层次，增注水量控制储量12.26万吨。

3、验证油管漏失，减少无效注水

由于非集流存储式流量计在井下测试时，不受井下管柱结构限制，可以测取任意深度的流量、压力、温度值。我们利用这一优点，从井口至井底每隔300米测取一个流量值，对比其流量变化，以达到验证管柱的目的。

新文101-12井是2009年3月份分注的一口注水井，该井为二级三段注水。在2016年9月19号的测试中，发现测试偏1（全井）水量为50m3/d，而地面水表计量为178 m3/d。测试水量误差128方，初步判断偏1以上管柱漏失。为此，我们利用存储式流量计从100米处每隔300米测一个流量，仪器下到偏1（2329.72米）上2300米处，共测试9个流量值，测试曲线如下：

由测试曲线分析，可知：从100米到2100米的平均流量值为176方，与地面水量一至，但流量计在2300米处测得的流量为54.6m3/d。可判断2100－2300米处管柱漏失。

4、开展高压分注井测试工艺

针对部分分注井常压注水不能达到配注要求，采油一厂开展了高压（≥25Mpa）注水工艺，现有高压分注井28口，占分注井的54%。利用非集流存储式超声波流量计的不需坐封测试的特点，我们开展了高压分注井测试工艺。

井例：文13－132是2015年6月分注的，注水泵压为33.5Mpa，井口油压为28 Mpa。2006年3月17日，我们用非集流式超声波流量计首次对这口井进行了测试。测试曲线如下图。对测试曲线计算分析认为，在28Mpa注水压力下，偏1（停注层）注水量为0，偏2（加强层）注水量为108 m3/d ，两层注水均合格。

5、开展空心配水管柱测试，适应新的井下管具

针对近期在分注井中开展的空心配水管柱新工艺，采油一厂现有空心配水管柱井2口(文10-77，文13-88)，我们近期用非集流存储式超声波流量计顺利测试了文13-88井。该测试还在进一步试验中。

五、济效益分析

投入费用：仪器购置费用3.6万元/支×1支/3年＝1.2万元（按3年折旧）

增加效益：年创效益8000元/井次×60=48万元

年净效益：产出-投入=48-1.2=46.8万元。

同时，由于快速及时地提供分层注水量资料，给油藏动态分析和措施调整提供了依据，具有较大隐性效益。

六、结论

1、非集流存储式超声波流量计的使用，改变了传统的只能由下向上的集流式测试工艺，是分注井测试工艺的一种改进，为分注井测试提供了一种新方法。

2、存储式超声波流量计测试时，无须坐封于配水器，避免了流量计测试过程中的卡、阻现象，提高了测试安全系数。

3、使用非集流存储式超声波流量计测试时，可以在井口测试，与地面水表计量流量对比性强，增强了水井测试资料的可信度，提高了测试效率及测试层段合格率。

4、存储式超声波流量计配有压力、温度传感器，在测试分层水量的同时可测得注水压力和温度，便于资料分析。

5、存储式仪器不存在任何可活动的机械部件，因此安装方便，可靠性高。既可测试注水井，也可以测试注聚合物井。