注入剖面測井中超聲流量測量精度分析

李德彬

（大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司第一大隊(duì)，黑龍江 大慶 163000）

隨著大慶油田開發(fā)時間的推移，為了更好地獲得各個層段的吸水量，測取流量參數(shù)的傳感器也在不斷地改進(jìn)。一大隊(duì)所用的九方和儀器廠儀器都采用了超聲流量傳感器，它優(yōu)于渦輪流量計和電磁流量計，流量測量準(zhǔn)確度受被測流體溫度、壓力、粘度等物性參數(shù)影響較小。

1 超聲流量計的工作原理

超聲波流量測定原理是多樣的，本文中所涉及的超聲波流量計采用的是超聲波傳輸時間差法。超聲波在流體中傳輸時，在靜止流體和流動流體中的傳輸速度是不同的，利用這一特點(diǎn)可求出流體的速度，再根據(jù)管道流體的截面積便可知道流體的流量。在流量短接的兩端各安裝一個超聲波傳感器，它們既可以發(fā)射超聲波又可以接收超聲波，一個裝在上游，一個裝在下游，其距離為L。

設(shè)順流方向的傳播時間為t1，逆流方向的傳播時間為t2，流體靜止時的超聲波傳播速度為c，流體流動速度為v，則

一般來說，流體的流速遠(yuǎn)小于超聲波在流體中的傳播速度，因此超聲波傳播時間差為：由于c>>v從上式便可得到流體的流速為：

超聲流量計的設(shè)計只采用了兩個簡單的超聲波傳感器，不同于渦輪流量計測量過程中葉片產(chǎn)生磨損的情況，當(dāng)流體流經(jīng)兩個傳感器之間時，均是流暢地通過，不會對傳感器造成堵塞、沾污和磨損等傷害。從原理上看超聲波具有方向性好穿透能力強(qiáng)，在流體中的傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流體本身的流速，這就使得超聲波不受流體粘度密度等物性的影響可以暢通地發(fā)射和接收。

具備了先進(jìn)的測量原理，還應(yīng)經(jīng)受得住實(shí)踐的考驗(yàn)。本文接下來通過不同流量計之間和同種流量計之間的對比分析來研究流量計的性能。

2 超聲流量計性能的對比和分析

在儀器使用過程中，由于操作不合理、儀器自然老化等原因使得儀器穩(wěn)定性出現(xiàn)相應(yīng)的變化，使用一定時間后都需要對其進(jìn)行流量標(biāo)定。下面就從流量標(biāo)定方面對目前測試一大隊(duì)在用的九方制造五參數(shù)組合測井儀和儀器廠制造五參數(shù)組合測井儀、西安思坦同位素五參數(shù)組合測井儀的穩(wěn)定性和相關(guān)系數(shù)對比分析。

2.1 三種儀器進(jìn)行流量標(biāo)定分析

任意取九方制造五參數(shù)組合測井儀、儀器廠制造五參數(shù)組合測井儀和西安思坦同位素五參數(shù)組合測井儀各一支，進(jìn)行室內(nèi)流量標(biāo)定。根據(jù)實(shí)際流量和計數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，擬合回歸出一條直線，即流量與計數(shù)的關(guān)系曲線，通過它可以確定出斜率和截距進(jìn)而得到一直線方程，然后再將每個流量下對應(yīng)的計數(shù)代入方程，求出線性方程的理論流量，和實(shí)際流量比較計算，求得相對誤差和平均相對誤差。

表1 三種儀器流量標(biāo)定結(jié)果

從表1相對誤差和平均相對誤差的計算結(jié)果明確顯示出九方儀器在穩(wěn)定性方面比其他兩種儀器更穩(wěn)定更有優(yōu)勢，應(yīng)用到實(shí)際測得的流量更加準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)中可以看出隨著流量的增加，各儀器的相對誤差都有不同程度的降低，這說明高流量情況下測得的數(shù)據(jù)相比低流量下測得的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確更加可信。

2.2 影響儀器穩(wěn)定性因素分析

由于超聲波也是聲波，聲速與溫度有關(guān)，隨著儀器在井下的深入，超聲波穿行的環(huán)境溫度也在不斷的升高，這就會造成測量的差異，下面就這一因素進(jìn)行探討。

任意取一支九方制造注入剖面五參數(shù)組合測井儀，放入可控溫度的水箱內(nèi)，分別設(shè)定溫度為 15℃、25℃、30℃、40℃、50℃。在這幾個不同溫度的靜水環(huán)境下進(jìn)行室內(nèi)流量標(biāo)定，通過計數(shù)地穩(wěn)定性對比溫度對測量結(jié)果的影響。測量結(jié)果見表2，我們可以看出：在各個溫度下流量計的讀數(shù)基本穩(wěn)定，說明此流量計性能良好。同時還觀察到隨著溫度的升高，流量計的讀數(shù)呈降低趨勢，到40至50℃時，讀數(shù)基本穩(wěn)定在2100～2200之間?？紤]到注入剖面組合測井儀是用于注入井，井內(nèi)溫度應(yīng)該不會很高，加之在室內(nèi)測試時長時間的高溫有可能對儀器內(nèi)部電路或是傳感器結(jié)構(gòu)造成破壞，因此沒有再繼續(xù)升高溫度測試。

表2 六種溫度下流量計計數(shù)統(tǒng)計表

在實(shí)驗(yàn)過程中我們發(fā)現(xiàn)超聲流量計存在一個固定的或?qū)捇蛘姆€(wěn)定工作電流區(qū)間，當(dāng)供電電流稍微高于或低于此電流區(qū)間時，盡管儀器其它短接仍然正常工作，但超聲流量短接的顯示計數(shù)會出現(xiàn)很大的毫無規(guī)律的波動，當(dāng)電流重新恢復(fù)到此電流區(qū)間時，流量短接又可以正常工作。對于每支儀器的超聲流量計短接來說，它們的穩(wěn)定工作電流區(qū)間是各不相同的。只要在實(shí)際測井過程中多注意觀察就可以確定各儀器超聲流量短接的穩(wěn)定工作電流，這對現(xiàn)場操作具有一定的指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

3.1 通過對三種不同注入剖面五參數(shù)組合測井儀進(jìn)行流量標(biāo)定分析，得出在相關(guān)性方面三種儀器相差無幾，但在穩(wěn)定性方面九方制造儀器更具有優(yōu)勢更加穩(wěn)定。

3.2 隨著流量的增加各儀器的相對誤差都有不同程度的降低。

3.3 同種儀器在六個不同溫度靜水條件下對比其流量計數(shù)，結(jié)果顯示隨著溫度的升高流量計數(shù)呈下降趨勢，到達(dá)一定溫度計數(shù)趨于平緩穩(wěn)定在一定數(shù)值范圍內(nèi)。

3.4 在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)每支流量短節(jié)都有其各自的穩(wěn)定工作電流區(qū)間，超出此區(qū)間流量計數(shù)將會極度不穩(wěn)定。

[1]周旭.現(xiàn)代傳感器技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.