摘 要： 文章介紹了超聲波流量計(jì)的測(cè)井原理、儀器特點(diǎn)、施工工藝及解釋方法，分析了該技術(shù)在識(shí)別大孔道地層、檢查井下管柱情況、判斷套管漏失、提高注水剖面解釋精度等方面的應(yīng)用情況，大量的實(shí)際測(cè)井資料表明，超聲波流量計(jì)解決了注水剖面測(cè)井的許多疑難問題。
關(guān)鍵字： 注水剖面 流量計(jì) 超聲波 生產(chǎn)測(cè)井 測(cè)井技術(shù)
0 引言
通過分析近幾年國內(nèi)注水開發(fā)油田的三參數(shù)注水剖面測(cè)井資料，表現(xiàn)出來的主要問題是：伽馬本底高、沾污嚴(yán)重、測(cè)試遇阻情況多、地層大孔道、井筒及管柱漏失等等，另外，由于注水管柱復(fù)雜，井下水流方面認(rèn)識(shí)不清，無法分析配水器、封隔器等工具的工作狀況，影響了資料的應(yīng)用情況[1、2]。針對(duì)復(fù)雜的注水井，必須開展多參數(shù)、多樣化的吸水部面測(cè)井技術(shù)，滿足油田的開發(fā)需要。
1 超聲波流量計(jì)測(cè)井技術(shù)
1.1 測(cè)量原理
采用超聲波相位差原理，設(shè)計(jì)了A、B兩個(gè)特征相似的超聲波傳感器，距離為L(zhǎng)，如圖1所示，設(shè)超聲波頻率為f，波長(zhǎng)為λ，則聲速V=f×λ，波數(shù)N=L/λ=L×f/V，由于L、f為常量，則N與V成反比。
圖1 流量傳感器的測(cè)量模型示意圖
當(dāng)流體沿A→B方向以速度U流動(dòng)時(shí)，順流聲速Va=V+U，逆流聲速Vb=V-U，則順流時(shí)波數(shù)Na=V×n/（V+U），逆流時(shí)波數(shù)Nb=V×n/（V-U），則順、逆流發(fā)射超聲波時(shí)，L距離內(nèi)正逆流波數(shù)差為：△n=Nb-Na=n×2U×V/（V2-U2），其中n=L×f/V，則△n=2L×f×U/（V2-U2）。
相位差△b=△n×360o=720oL×f×U/（V2-U2），因?yàn)閂>>U，則△b?720oL×f×U/V2，由于L、f、V為常量，則相位差△b和流體流速U之間為近似線性關(guān)系。
因此測(cè)出超聲波相位差△b，即可計(jì)算出流體流速U，進(jìn)而可以計(jì)算出已知管子內(nèi)徑的流量。
1.2 儀器特點(diǎn)
測(cè)井項(xiàng)目：磁定位、伽馬、井溫、壓力和超聲波流量計(jì)五參數(shù)組合測(cè)井。
儀器指標(biāo)：外徑38mm，總長(zhǎng)度4.5m，耐溫150°C，耐壓70MPa，在2.5in（1in=25.4mm）的油管內(nèi)測(cè)量范圍0~370m3/d左右，在5.5in的套管內(nèi)測(cè)量范圍0~1800m3/d左右。
適用范圍：適用管柱內(nèi)徑大于40mm的分層注水井、空井筒及喇叭口在射孔層段上部的籠統(tǒng)注水井。
1.3 施工方法
將超聲波流量計(jì)與磁定位、伽馬、井溫、壓力組合后下入井內(nèi)，關(guān)井2h~4h左右，測(cè)量注水井相對(duì)靜止時(shí)的井溫、伽馬、磁定位、壓力，然后恢復(fù)正常注水，穩(wěn)定后在射孔層上部200m左右釋放同位素，待同位素分配好后，測(cè)量至少兩條重復(fù)性較好的同位素、井溫、壓力、磁定位以及超聲波連續(xù)曲線；再根據(jù)測(cè)量的超聲波連續(xù)曲線以及注水管柱，分別在距離井口200m左右、在各配水器的上、下10m左右、超聲波連續(xù)曲線有異常的井段上、下10m左右、射孔層段上、下2m左右、遇阻點(diǎn)上5m左右等測(cè)量超聲波定點(diǎn)流量，定點(diǎn)測(cè)量時(shí)間不少于120s。如果超聲波定點(diǎn)流量曲線有明顯波動(dòng)，或者根據(jù)超聲波定點(diǎn)流量值查圖版計(jì)算的水流量出現(xiàn)異常情況，要重復(fù)定點(diǎn)驗(yàn)證。
2 解釋方法
2.1 解釋圖版
在儀器出廠投入使用前，在規(guī)范的油管和套管中進(jìn)行流量刻度和標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)定值制作解釋圖版，并用最小二乘法回歸流量與相位差之間的計(jì)算公式，如圖2所示。如果儀器使用時(shí)間過長(zhǎng)，出現(xiàn)零漂和誤差較大時(shí)，要重新進(jìn)行刻度和標(biāo)定。
圖2 超聲波流量計(jì)在2.5in油管內(nèi)標(biāo)定圖版
2.2 計(jì)算評(píng)價(jià)井段內(nèi)的流量
根據(jù)測(cè)量超聲波定點(diǎn)流量相或連續(xù)流量的相位差值，代入如圖2中的回歸公式均可計(jì)算該處流量，根據(jù)定點(diǎn)相位差計(jì)算的流量不含測(cè)井速度的影響，計(jì)算出來的流量直接反應(yīng)定點(diǎn)深度處管子內(nèi)流體的實(shí)際流量；而根據(jù)連續(xù)相位差計(jì)算的流量包含測(cè)井速度的影響，需要減去測(cè)速相同時(shí)在死水區(qū)連續(xù)相位差計(jì)算的流量，才能反應(yīng)該深度處管子內(nèi)流體的實(shí)際流量。
2.3 計(jì)算分層吸水量[3]
首先選出射孔層上下、配水器上下等評(píng)價(jià)井段，再根據(jù)超聲波定點(diǎn)或連續(xù)相位差，按3.2的方法計(jì)算各評(píng)價(jià)井段管子內(nèi)的流量，其上下評(píng)價(jià)井段內(nèi)流量的差值就是射孔層的吸水量或配水器的進(jìn)水量。
對(duì)于分層注水井，若封隔器密封完好，按配注井段將各射孔層分為若干個(gè)解釋單元，先根據(jù)超聲波流量曲線計(jì)算各配水器實(shí)際注水量的大小，然后將其按同位素吸水面積的大小，精確評(píng)價(jià)各小層的吸水量。其特點(diǎn)：可以檢查并精確計(jì)算各配水器的實(shí)際配注情況；結(jié)合多參數(shù)分析，可以準(zhǔn)確判斷封隔器的密封情況。
對(duì)于籠統(tǒng)注水井，若射孔層之間的間隔較大（一般大于2m），超聲波流量曲線在層間有明顯的變化，可直接根據(jù)流量計(jì)曲線進(jìn)行定量解釋。若射孔層之間的間隔較小，流量計(jì)曲線在層間變化不明顯，則可將這些射孔層劃分為一個(gè)解釋單元，根據(jù)流量曲線計(jì)算該單部分同位素沿大孔道進(jìn)行地層元的總吸水量，然后將其按同位素吸水面積的大小，精確評(píng)價(jià)各小層的吸水量。對(duì)于有竄槽現(xiàn)象的，將竄槽井段內(nèi)各層劃分為一個(gè)解釋單元，用流量曲線計(jì)算該單元總的吸水量，再將其按同位素吸水面積的大小，精確評(píng)價(jià)各小層的竄吸量。
3 應(yīng)用實(shí)例分析
1）識(shí)別大孔道地層
當(dāng)?shù)貙哟嬖诖罂椎罆r(shí)，常規(guī)的同位素載體粒徑比孔道直徑小，會(huì)隨注入水進(jìn)入地層深部，導(dǎo)致測(cè)量同位素曲線與伽馬本底對(duì)比時(shí)差異較小甚至沒有差異，僅依據(jù)同位素曲線解釋小層吸水量，會(huì)得出與實(shí)際情況相差較大的結(jié)論。如果結(jié)合超聲波流量計(jì)，則能很好地反映地層的真實(shí)吸水情況。如GX110-7井2009年10月21日測(cè)的吸水剖面如圖3所示，該井的注水層段為13號(hào)層，射孔井段1886.0m~1902.0m，厚度16.0m，注水管柱下至1859.4m，注水油壓9.0MPa，注水量約100m3/d，所用同位素載體粒徑300μm~600μm，粒密度1.02g/cm3。從圖中可以看出，同位素示蹤曲線在13號(hào)層頂部（1885.3m~1887.3m）有較弱吸水顯示，解釋的吸水量占23.52%，但是超聲波流量曲線在此處有大幅度異常，解釋的吸水量占68.98%，說明此處存在大孔道，大深部。
圖3 GX110-7井超聲波流量計(jì)注水剖面成果圖
2）檢查封隔器的封隔效果
在分層配注井中，測(cè)量超聲波流量計(jì)曲線，可以準(zhǔn)確判斷封隔器的封隔效果。如L15-**井是一口注水井，注水層位Es33，注水井段3079.6m~3082.3m，40.0m/8層。該井為一級(jí)兩段分注，上段投80m3/d的定量水嘴，下段未投水嘴。2010年4月9日進(jìn)行超聲波流量計(jì)注水剖面測(cè)井，如圖4所示，從同位素曲線分析，封隔器上下兩段均有吸水顯示，與設(shè)計(jì)的配注情況基本吻合。但超聲波流量曲線顯示，注入水全部從上段水嘴進(jìn)入，一部分水進(jìn)入封隔器上部的射孔層，另一部分水通過封隔器進(jìn)入下部射孔層，下段水嘴未進(jìn)水，充分驗(yàn)證了封隔器失效。
圖4 L15-**井超聲波流量計(jì)注水剖面成果圖
3）提高遇阻井注水剖面解釋精度
在長(zhǎng)期的注水剖面測(cè)井施工中，常常會(huì)遇到套管變形、油管未下到位、井下工具堵塞、井底有落物或沉砂等現(xiàn)象，同位素注水剖面測(cè)井解釋時(shí)，有些井不能定性分析遇阻層是否吸水，更無法定量解釋遇阻層的吸水量，常規(guī)處理方法是：定量解釋時(shí)不考慮遇阻層的吸水量，從而影響本井吸水層的定量解釋精度。如果進(jìn)行超聲波流量計(jì)測(cè)井，不僅能準(zhǔn)確分析遇阻層的吸水情況，而且能提高該井的定量解釋精度。
L90-**井是一口注水井，注水層位Es2+3，注水井段2629.0m~2666.8m，13.2m/4層。該井為籠統(tǒng)注水，全井日配注量100m3/d。2010年4月11日對(duì)該井進(jìn)行了同位素注水剖面測(cè)井，施工過程中測(cè)井儀器在2662.0m遇阻，最后一個(gè)層未測(cè)出，從監(jiān)測(cè)曲線分析遇阻層吸水。于是，現(xiàn)場(chǎng)施工人員及時(shí)與地質(zhì)人員聯(lián)系，改用超聲波流量計(jì)測(cè)井，如圖5，根據(jù)超聲波流量曲線計(jì)算的遇阻層吸水量占全井注水量的95.49%，充分發(fā)揮了超聲波流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)，為采油廠提供了可靠的測(cè)井資料。
圖5 L90-**井超聲波流量計(jì)注水剖面成果圖
4）檢查配水器的實(shí)際配注情況
在分層配注井中，對(duì)不同的層系設(shè)計(jì)了不同大小的配水器水嘴希望按計(jì)劃注水，如果想檢查各配水器的實(shí)際注水情況，可進(jìn)行超聲波流量計(jì)測(cè)井。L1-*井是一口注水井，注水層位Es32+3，注水井段2516.0m~2646.8m，目前注水方式為兩級(jí)三段分注，有三個(gè)配水器和兩個(gè)封隔器，井口注水量為106m3/d左右，設(shè)計(jì)配水器1為死嘴，配水器2未投水嘴，配水器3投60m3/d的水嘴。2010年4月11日進(jìn)行超聲波流量計(jì)測(cè)井，配水器1不吸水，配水器2進(jìn)水量為58.27m3/d，配水器3進(jìn)水量為48.00m3/d，測(cè)試結(jié)果與實(shí)際配注情況基本吻合。
4 結(jié)束語
超聲波流量計(jì)在注水剖面測(cè)井中，能識(shí)別大孔道及微裂縫地層、揭示層間矛盾、檢查井下注水管柱工作情況、判斷淺部套管漏失、提高自然伽馬本底高的井測(cè)井成功率及遇阻井注水剖面解釋精度等，解決了普通的同位素注水剖面測(cè)井技術(shù)存在的諸多難題。
參考文獻(xiàn)
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