抽油井液位測(cè)量深度與精度方法探討

謝歡

【摘要】液位值在抽油井測(cè)試過程中十分重要，它是了解抽油井供液情況和確定抽油井深度狀況的重要指標(biāo)。在抽油井的實(shí)際測(cè)量工作之中，對(duì)于液位測(cè)量的嘗試與精度仍然存在著誤差大，不方便等弊端。本文則圍繞這一問題探討有效的提高抽油井液位測(cè)量深度與精度的方法。

【關(guān)鍵詞】抽油井 液位測(cè)量 深度精度

液位值在抽油井測(cè)試過程中十分重要，它是了解抽油井供液情況和確定抽油井深度狀況的重要指標(biāo)。在抽油井的實(shí)際測(cè)量工作之中，對(duì)于液位測(cè)量的嘗試與精度仍然存在著誤差大，不方便等弊端。本文則圍繞這一問題探討有效的提高抽油井液位測(cè)量深度與精度的方法。

1 抽油井液位測(cè)量存在的主要問題分析

我國許多油田使用聲波反射法進(jìn)行液位測(cè)量，所使用的探測(cè)儀稱為回聲儀，它是根據(jù)回聲測(cè)距原理工作的，測(cè)量距離一般不超過兩千米。從現(xiàn)場(chǎng)使用情況看，該方法主要存在如下幾個(gè)問題。

1.1 液位測(cè)量深度較低

因?yàn)闀r(shí)間很短，不容易控制，而不是通過增加脈沖寬度來提高測(cè)量的深度；此外，由于殼體聲飽和，這是不可能改善聲音的強(qiáng)度，同時(shí)，由于油管接箍套的存在，由于聲波的反射和衰減快的多因此，這種方法一般是二千米范圍內(nèi)的液位測(cè)量。特別是當(dāng)時(shí)出現(xiàn)泡沫段時(shí)，將不會(huì)有明顯的界面，聲波是泡沫吸收，此時(shí)如果表面深度只有幾百米，不能準(zhǔn)確測(cè)量。

1.2 液位測(cè)量精度較低

聲音的速度是根據(jù)回音標(biāo)或耦合的回波信號(hào)，計(jì)算是近似的，只有從附近的一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以接收反射波井口。因?yàn)樘坠墉h(huán)形空間氣相介質(zhì)的壓力，溫度和密度與深度不同，所以通過實(shí)際速度的平均速度更換將帶來較大的誤差，從而降低測(cè)量誤差精度，有時(shí)幾十米。隨著油井深度的增加，回波信號(hào)越來越弱，最后液面以上的水平從最近的耦合回波和面信號(hào)消失的噪聲，容易造成的錯(cuò)誤。更大的深度，誤差值增加。

1.3 脈沖信號(hào)（槍聲信號(hào)）能量利用不足

如果信號(hào)為矩形脈沖信號(hào)，正弦函數(shù)的頻率分布。脈沖頻率分布更廣泛，更集中向低頻率；脈沖頻率分布更窄，向高頻率色散。根據(jù)氣體中聲傳播的規(guī)律，聲波，聲波頻率氣體吸收系數(shù)的平方成正比。套管井，由于截面配筋的固有頻率相對(duì)密集，振動(dòng)及其各階固有頻率的聲管耦合，相似成分容易刺激鋼管對(duì)應(yīng)的頻率，也使聲能損失。

脈沖信號(hào)，特別是信號(hào)的持續(xù)時(shí)間很短，頻譜分布較寬，脈沖能量是在高頻率分布的一個(gè)重要組成部分，并隨著傳播距離的增加，這些高頻聲波的能量會(huì)迅速衰減，即脈沖能量已經(jīng)不在位置，充分利用。

1.4 低頻信號(hào)的接收、檢測(cè)和處理方法靈敏度低

由于高頻成分被衰減掉了，所以，深度越大，返回聲波的頻率就越低，強(qiáng)度也越弱。因此需要高靈敏度的低頻信號(hào)接收裝置。套管井內(nèi)部情況復(fù)雜，背景噪聲較大，即使有回波信號(hào)也可能淹沒在背景噪聲中。顯然，提高測(cè)量?jī)x器的接收靈敏度和信噪比可擴(kuò)大回聲法的量程，高靈敏度儀器的研制、使用意義重大。

2 提高抽油井液位測(cè)量深度與精度的方法探討

2.1 提高測(cè)量深度的方法

提高測(cè)量深度必須從以下幾個(gè)方面考慮。這是改善聲源性能，減少聲音傳輸損耗，提高輻射強(qiáng)度，提高靈敏度和分辨率的接收。套管和油管形成聲波導(dǎo)之間的環(huán)形空間。根據(jù)聲學(xué)理論，在波導(dǎo)色散的理想平面波，不衰減。但在套管威爾斯的實(shí)際情況，許多因素可以引起聲衰減的存在，包括耦合的反射，吸收，散射和耦合振動(dòng)的管壁吸收的介電弛豫。套管威爾斯，只有在聲學(xué)特性的聲傳播損失。

為了提高測(cè)量深度的增加傳輸距離。為了尋找聲源的合適的分析功能，對(duì)激勵(lì)強(qiáng)度，形式，頻率的影響，對(duì)聲傳播距離和ANSYS的聲衰減時(shí)間等因素的影響，在低頻聲波頻率注射套管，零點(diǎn)六兆帕的噴射壓力（低壓），0.3秒的持續(xù)時(shí)間，在半開放式六十毫米直徑的閥門，從井口閥門三百米的外殼可以超過六千帕壓力。壓力和開放程度更大，更強(qiáng)的聲功率的噴注生產(chǎn)能力更強(qiáng)，傳播得更加深遠(yuǎn)。無論是高壓或低壓的狀況，開口小（半開）噴注生產(chǎn)，由于小孔節(jié)流作用是相對(duì)穩(wěn)定的，可產(chǎn)生高強(qiáng)度寬脈沖壓力波在套管，傳播距離，非常適合用于回聲測(cè)距。零點(diǎn)六兆帕的注射壓力，在油田的八毫米的噴嘴直徑，從井上與槍殼分別采用聲學(xué)和射流聲學(xué)測(cè)量深度當(dāng)接收到的信號(hào)可以看出，回波信號(hào)強(qiáng)度產(chǎn)生射流的聲源是高于的回波信號(hào)源，更有利于在后期的識(shí)別和處理。顯然，該噴射源的使用能提高回波法的范圍。

2.2 提高測(cè)量精度的方法

提高測(cè)量精度的關(guān)鍵是要準(zhǔn)確地獲得套管井內(nèi)的聲速。所以，要利用自相關(guān)函數(shù)周期識(shí)別性的特點(diǎn)，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行分幀短時(shí)處理。目前普遍采用的聲速確定方法是，首先對(duì)接收到的回波進(jìn)行帶通濾波以凸現(xiàn)接箍波，然后根據(jù)一段清晰可辨的連續(xù)規(guī)則接箍波對(duì)應(yīng)的距離和聲波傳播時(shí)間計(jì)算該段的平均聲速，以此作為整個(gè)油井套管環(huán)隙內(nèi)的聲速。然而，實(shí)際應(yīng)用中清晰可辨的連續(xù)規(guī)則接箍波的個(gè)數(shù)有限，甚至有時(shí)根本無法找出一段清晰可辨的規(guī)則接箍波以至于無法確定聲速。況且，以上方法均以較短距離內(nèi)的平均聲速作為整個(gè)套管環(huán)隙內(nèi)的聲速，忽略了聲速的變化，容易引起較大的測(cè)量誤差。

2.3 采用適宜的科學(xué)儀器提高測(cè)量的精度和深度

采用油井檢測(cè)專用儀器儀表工具可以很好地提高抽油井液位測(cè)量的深度和精度。以油井液位示功圖綜合測(cè)試儀為例。

該儀器在測(cè)量時(shí)有如下優(yōu)點(diǎn)：其一、測(cè)液面不用打子彈。本設(shè)備只需操作人員用手輕輕敲擊放氣閥，瞬間釋放套管氣體，便可發(fā)出聲音信號(hào)傳輸?shù)接途好?，通過敏感回音接收器處理信號(hào)后直接在手持器液晶上顯示液位深度，并可直接顯示套壓值。沒有套壓的油井，配有專用空氣壓縮工具。

其二、測(cè)示功圖不用卸載荷。本設(shè)備只需將光桿傳感器直接卡固在抽油機(jī)光桿上，光桿傳感器測(cè)量光桿直徑變化率和自身位置的變化，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的負(fù)荷變化，便可測(cè)出示功圖、載荷值、位移和沖次等參數(shù)。

其三、攜帶便利。手持器自備液晶加熱裝置，工作環(huán)境溫度：零下40℃～零上50℃。采用四節(jié)五號(hào)充電電池供電?？蛇B續(xù)測(cè)量存儲(chǔ)五十口油井?dāng)?shù)據(jù)。

其四、測(cè)量數(shù)據(jù)可傳輸?shù)接?jì)算機(jī)存儲(chǔ)、分析、打印。

其五、有效測(cè)試深度三千米以上；測(cè)試過程無需任何材料費(fèi)用；測(cè)試數(shù)據(jù)重復(fù)性好；配有計(jì)算機(jī)分析軟件，對(duì)疑難井液面分析具有很好的幫助作用。

3 結(jié)束語

綜上所述，在抽油井測(cè)試過程中液位值是了解抽油井供液情況和確定抽油井深度狀況的重要指標(biāo)。通過采用低頻高強(qiáng)度單色次聲波作為測(cè)量載體可提高測(cè)量深度，使用高壓噴注聲源結(jié)合信號(hào)短時(shí)處理技術(shù)能有效提高測(cè)量的深度和精度。希望本文的淺顯論述能對(duì)這一問題的解決起到積極推動(dòng)作用。

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