超声波流量计在吸水剖面测井中的应用

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1、超声波流量计在吸水剖面测井中的应用引言在石油开采过程中，随着油田注水开发时间的推移，注水层地质情况日益复杂，地下应力的各向异性及井内液体的腐蚀等原因会导致套管变形或损坏，加之采油工艺不当等原因，使得吸水剖面同位素曲线在吸水层出现异常显示，不能真实地反映地层吸水情况，严重影响资料解释的精度。如何准确评价各层位吸水量和查找套管破损位置，在油气井生产过程中是一项非常重要的工作。对此，本文提出应用超声波流量计测量的流量曲线与同位素吸水剖面测井资料进行综合分析，可以正确评价各层吸水量，根据超声波流量计测试套管内流量变化曲线的变化情况，可以迅速准确地找到套管破损处，为油气井的稳产、增产提供可靠保证。1.

2、超声波流量计的原理超声波在流体中传播时，将载上流体流速的信息。如顺流和逆流的传播速度由于叠加了流体速度而不同，因此通过接收到的超声波，就可以检测出被测流体的流速，然后转换成流量。利用超声波测量流量的方法很多，根据对信号的检测方式，主要分为传播速度法（时差法、相差法、频差法），多普勒法、相关法，波束偏移法等。生产测井采用的超声波流量计主要采用多普勒法和传播速度法。一多普勒法十流体图2-5-1超声多普勒流量计原理多普勒法是利用声学多普勒原理确定流体流量的。多普勒效应是当声源和目标之间有相对运动，会引起声波在频率上的变化，频率变化正比于运动的目标和静止的换能器之间的相对速度。图2-5-1是超声多普勒

3、流量计示意图。从发射晶体反射的超声波遇到流体中运动着的颗粒或气泡，再反射回来由接收晶体R接收。发射信号与接收信号的多普勒频率偏移与流体速度成正比，忽略管壁影响，假设流体没有速度梯度，以及粒子是均匀分布的，可得方程:(2-5-1)(f2-f1)CV式中V表示液体速度;压力棲嬉曙温度传感黙出口上声灌换能器議管1in下声粧换能器入口两个换能器交替发射和接收声波脉冲，仪器上下侧图2-5-2超声波流量计示意图fl、f2分别表示发射晶体T的频率和接收晶体R接收的频率；，表示发射超声波束与流体流向之间的夹角；C表示声速。二传播速度法根据在流动流体中超声波顺流与逆流传播速度之差与被测流体流速有关的原理检测出流

4、体流速的方法，称为传播速度法。根据具体测量参数的不同，又可分为时差法、相差法、频差法。传播速度法超声波流量计示意图如图2-5-2所示。有一个内径为4.2cm的流管，装有两个超声波换能器，间距为1.22m。入口在下，流体经超声波换能器从出口流出，出口上面是温度计和压力计，各加一个扶正器以便使其居中。管道中声波传播有四个通道，一个通道是经流管壁反射到接收器；第二个是沿流管壁传播的滑行波；第三个是在仪器和环管流体中传播的波；第四个是经流体直接传播的直达波。传播速度法是测量直达波到达探测器的时间。设两个换能器之间的距离为L，声波传播速度为C，仪器相对流体的速度为V，如果仪器静止测量，则声波向上传播的时

5、间为：tuL（2-5-2）VC向下传播的时间为：tdL，由于进行交替测量，因此C-VL11/、V（）（2-5-3）2tutd仪器运动时，V=VV1，式中V为流体速度，V1为电缆运动速度，此时，流体速度为(2-5-4)V=L(-Vl2tutd上测时V1为正，下测时V1为负同时还可求得测井条件下的流体声速Ct(2-5-5)L11Ct()2tutdCt与温度、压力及流体成份相关，把它校正到标准条件下表示为Ctsc=Ct()(2-5-6)TTsc表示标准状况下的温度，T表示井下测量温度，单位为R。由于时差tu、td的数量级很小(10-810-9s),测量较为复杂，因此也可采用相位差法，对于顺流方向相位

6、差为：1：tu，逆流方向：2fTtd则相位差为=-(t-td)由于CV，则2LV2LV-V-V因此2LV(2-5-7)(2-5-8)(2-5-9)(2-5-10)在时差法和相差法中，都含有声速C，而C与流体成分及温度有关，给测量结果带来较大误差，人们为此进行了大量研究，若把传播时间变为频率信号，令顺流方向传播时匚h.tu，逆流方向传播时f2=1.td；贝92V=f二匚-f2(2-5-11)LAfLV(2-5-12)2如果测得频差厶f，即能测得被测流体的流速，测量方法中消除了声速C的影响，这种方法叫频差法。得到仏、f2的方法有回鸣法及米用锁相技术的频差法3超声波流量计应用(1)各油田目前主要采用

7、Ba131微球固相载体测量注水井吸水剖面。对于大多数注水井而言，由于注水时间长，长期冲刷使得同位素微球并不象理想情况下那样滤积到地层表面，而是进入到冲刷带，因此仪器无法探测到同位素或测量结果严重失真。具体表现为在吸水剖面测井资料中各层的吸水能力与小层的已知物性出现明显的反差，也就是孔隙度、渗透率、厚度都较小的层其吸水能力较强；而孔隙度渗透率厚度比较大的层吸水能力弱或不吸水。其次由于活性悬浮液随注入水运移过程中受井下管柱油管套管偏心配水器封隔器等的同位素沾污的影响,大大影响其应用精度。传统方法采用测量关井井温曲线进行辅助判别,但是它只反映吸水层的大致的定性情况而且在实际测井过程中关井时间受注水工

8、作制度的限制一般选为24小时造成关井井温曲线分层能力很差。鉴于上述原因，同位素测得吸水剖面与地层真实的吸水量和流量计分层流量测试值偏差较大，而流量计却存在分层测量精度差的问题，因此无论依据哪种方法用户都不能得到一个完满的解决方案。根据上述两种测量方法的利弊下面提出一种兼顾两种方法优点的测量方法：利用流量计测量的准确性，我们将流量计测得的流量曲线和各点点测的注水量作为验证和校准同位素吸水剖面测井资料依据。在同位素吸水剖面测井资料解释的基础上,结合流量计曲线的特点,根据注水方式的不同,分为笼统注水井（正注井）和分层注水井对于笼统注水井,若射孔层之间的间隔较大（一般大于2m）,流量计曲线在层间有明显

9、的变化,可直接根据流量计曲线进行定量解释。若射孔层之间的间隔较小,流量计曲线在层间变化不明显,则可将这些射孔层划分为一个解释单元,根据流量计曲线计算该单元的总吸水量,然后将其按同位素吸水面积的大小,精确评价各小层的吸水量。对于有窜槽现象的,将窜槽井段内各层划分为一个解释单元,用流量计曲线计算该单元总的吸水量,再将其按同位素吸水面积的大小,精确评价各小层的窜吸量。对于分层注水井,若封隔器密封完好,按配注井段将各射孔层分为若干个解释单元,先根据流量计曲线计算各配水器实际注水量的大小,然后将其按同位素吸水面积的大小,精确评价各小层的吸水量，如图11（丘陵671井）。其特点:可以检查并精确计算各配水器

10、的实际配注情况;结合多参数分析,可以定性判断封隔器的密封情况。图1-1（丘陵6-71井）根据流量计测得的流量曲线与同位素吸水剖面测井资料结合分析，超声波流量测井方法的优点： 连续流量曲线在油管中变化明显，精度较高；可解决管柱上同位素粘污对吸水层的影响。有效解决长期注水冲刷造成伽玛基线高异常造成吸水剖面解释难的问题。 可解释大孔道、微裂缝造成同位素进层快，分层不明显的超高渗透层的吸水情况。（2）在石油开采过程中，地下应力的各向异性及井内液体的腐蚀等原因会导致套管变形或损坏如何查找破损位置，在油气井生产过程中是一项非常重要的工作。可以利用超声波流量计测试套管内流量变化的测试方法，可以迅速准确地找到

11、套管破损处，为油气井的稳产、增产提供可靠保证。当以稳定的流量向套管内注水时,由于管径没有变化,所以测得的流量应该是一个不变值。但当套管破裂时,液体在该处就会出现漏失,破损处上下点测得的流量值就会发生变化。利用这一原理就可判断套管是否有漏失。应用超声波检测套管，解决了困扰治理套损井多年的难题。如果能很好地解决井口密封问题，超声波流量计测试工艺可以用来检测套管封堵工具的封堵效果，如桥塞、丢手等，还可以准确地测出套损点，再配合超声波电视测井，可更加全面了解套损类型、程度，为下一步制定有效措施,提供更为全面详细的资料。4结束语超声波流量计具有无可动部件、灵敏度高、定位准确、不受流体性质影响等特点：是现有流量计中比较适合于同时在油、水井测量的工具。应用流量计测量的准确性，我们将流量计测得流量曲线和各点点测的注水量作为验证和校准同位素吸水剖面测井资料依据。还可以应用超声波检测套管，解决了困扰治理套损井多年的难题。