超聲波流量計在注水剖面中的應(yīng)用
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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]。針對復(fù)雜的注水井，必須開展多參數(shù)、多樣化的吸水部面測井技術(shù)，滿足油田的開發(fā)需要。
1 超聲波流量計測井技術(shù)
1.1 測量原理
采用超聲波相位差原理，設(shè)計了A、B兩個特征相似的超聲波傳感器，距離為L，如圖1所示，設(shè)超聲波頻率為f，波長為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 流量傳感器的測量模型示意圖
相位差△b=△n×360o=720oL×f×U/（V2-U2），因為V>>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。
因此測出超聲波相位差△b，即可計算出流體流速U，進(jìn)而可以計算出已知管子內(nèi)徑的流量。
1.2 儀器特點(diǎn)
測井項目：磁定位、伽馬、井溫、壓力和超聲波流量計五參數(shù)組合測井。
儀器指標(biāo)：外徑38mm，總長度4.5m，耐溫150°C，耐壓70MPa，在2.5in（1in=25.4mm）的油管內(nèi)測量范圍0~370m3/d左右，在5.5in的套管內(nèi)測量范圍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，測量注水井相對靜止時的井溫、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左右等測量超聲波定點(diǎn)流量，定點(diǎn)測量時間不少于120s。如果超聲波定點(diǎn)流量曲線有明顯波動，或者根據(jù)超聲波定點(diǎn)流量值查圖版計算的水流量出現(xiàn)異常情況，要重復(fù)定點(diǎn)驗證。
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算公式，如圖2所示。如果儀器使用時間過長，出現(xiàn)零漂和誤差較大時，要重新進(jìn)行刻度和標(biāo)定。
圖2 超聲波流量計在2.5in油管內(nèi)標(biāo)定圖版
根據(jù)測量超聲波定點(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算該處流量，根據(jù)定點(diǎn)相位差計算的流量不含測井速度的影響，計算出來的流量直接反應(yīng)定點(diǎn)深度處管子內(nèi)流體的實際流量；而根據(jù)連續(xù)相位差計算的流量包含測井速度的影響，需要減去測速相同時在死水區(qū)連續(xù)相位差計算的流量，才能反應(yīng)該深度處管子內(nèi)流體的實際流量。
2.3 計算分層吸水量[3]
首先選出射孔層上下、配水器上下等評價井段，再根據(jù)超聲波定點(diǎn)或連續(xù)相位差，按3.2的方法計算各評價井段管子內(nèi)的流量，其上下評價井段內(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解釋單元，先根據(jù)超聲波流量曲線計算各配水器實際注水量的大小，然后將其按同位素吸水面積的大小，精確評價各小層的吸水量。其特點(diǎn)：可以檢查并精確計算各配水器的實際配注情況；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)流量計曲線進(jìn)行定量解釋。若射孔層之間的間隔較小，流量計曲線在層間變化不明顯，則可將這些射孔層劃分為一個解釋單元，根據(jù)流量曲線計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，精確評價各小層的吸水量。對于有竄槽現(xiàn)象的，將竄槽井段內(nèi)各層劃分為一個解釋單元，用流量曲線計算該單元總的吸水量，再將其按同位素吸水面積的大小，精確評價各小層的竄吸量。
3 應(yīng)用實例分析
1）識別大孔道地層
當(dāng)?shù)貙哟嬖诖罂椎罆r，常規(guī)的同位素載體粒徑比孔道直徑小，會隨注入水進(jìn)入地層深部，導(dǎo)致測量同位素曲線與伽馬本底對比時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，會得出與實際情況相差較大的結(jié)論。如果結(jié)合超聲波流量計，則能很好地反映地層的真實吸水情況。如GX110-7井2009年10月21日測的吸水剖面如圖3所示，該井的注水層段為13號層，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。
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