注入剖面测井中超声流量测量精度分析

2013-03-14李德彬

中国新技术新产品 2013年11期

李德彬

（大庆油田测试技术服务分公司第一大队，黑龙江大庆 163000）

随着大庆油田开发时间的推移，为了更好地获得各个层段的吸水量，测取流量参数的传感器也在不断地改进。一大队所用的九方和仪器厂仪器都采用了超声流量传感器，它优于涡轮流量计和电磁流量计，流量测量准确度受被测流体温度、压力、粘度等物性参数影响较小。

1 超声流量计的工作原理

超声波流量测定原理是多样的，本文中所涉及的超声波流量计采用的是超声波传输时间差法。超声波在流体中传输时，在静止流体和流动流体中的传输速度是不同的，利用这一特点可求出流体的速度，再根据管道流体的截面积便可知道流体的流量。在流量短接的两端各安装一个超声波传感器，它们既可以发射超声波又可以接收超声波，一个装在上游，一个装在下游，其距离为L。

设顺流方向的传播时间为t1，逆流方向的传播时间为t2，流体静止时的超声波传播速度为c，流体流动速度为v，则

一般来说，流体的流速远小于超声波在流体中的传播速度，因此超声波传播时间差为：由于c>>v从上式便可得到流体的流速为：

超声流量计的设计只采用了两个简单的超声波传感器，不同于涡轮流量计测量过程中叶片产生磨损的情况，当流体流经两个传感器之间时，均是流畅地通过，不会对传感器造成堵塞、沾污和磨损等伤害。从原理上看超声波具有方向性好穿透能力强，在流体中的传播速度远远大于流体本身的流速，这就使得超声波不受流体粘度密度等物性的影响可以畅通地发射和接收。

具备了先进的测量原理，还应经受得住实践的考验。本文接下来通过不同流量计之间和同种流量计之间的对比分析来研究流量计的性能。

2 超声流量计性能的对比和分析

在仪器使用过程中，由于操作不合理、仪器自然老化等原因使得仪器稳定性出现相应的变化，使用一定时间后都需要对其进行流量标定。下面就从流量标定方面对目前测试一大队在用的九方制造五参数组合测井仪和仪器厂制造五参数组合测井仪、西安思坦同位素五参数组合测井仪的稳定性和相关系数对比分析。

2.1 三种仪器进行流量标定分析

任意取九方制造五参数组合测井仪、仪器厂制造五参数组合测井仪和西安思坦同位素五参数组合测井仪各一支，进行室内流量标定。根据实际流量和计数之间的对应关系，拟合回归出一条直线，即流量与计数的关系曲线，通过它可以确定出斜率和截距进而得到一直线方程，然后再将每个流量下对应的计数代入方程，求出线性方程的理论流量，和实际流量比较计算，求得相对误差和平均相对误差。

表1 三种仪器流量标定结果

从表1相对误差和平均相对误差的计算结果明确显示出九方仪器在稳定性方面比其他两种仪器更稳定更有优势，应用到实际测得的流量更加准确。实验中可以看出随着流量的增加，各仪器的相对误差都有不同程度的降低，这说明高流量情况下测得的数据相比低流量下测得的数据更加准确更加可信。

2.2 影响仪器稳定性因素分析

由于超声波也是声波，声速与温度有关，随着仪器在井下的深入，超声波穿行的环境温度也在不断的升高，这就会造成测量的差异，下面就这一因素进行探讨。

任意取一支九方制造注入剖面五参数组合测井仪，放入可控温度的水箱内，分别设定温度为 15℃、25℃、30℃、40℃、50℃。在这几个不同温度的静水环境下进行室内流量标定，通过计数地稳定性对比温度对测量结果的影响。测量结果见表2，我们可以看出：在各个温度下流量计的读数基本稳定，说明此流量计性能良好。同时还观察到随着温度的升高，流量计的读数呈降低趋势，到40至50℃时，读数基本稳定在2100～2200之间。考虑到注入剖面组合测井仪是用于注入井，井内温度应该不会很高，加之在室内测试时长时间的高温有可能对仪器内部电路或是传感器结构造成破坏，因此没有再继续升高温度测试。

表2 六种温度下流量计计数统计表

在实验过程中我们发现超声流量计存在一个固定的或宽或窄的稳定工作电流区间，当供电电流稍微高于或低于此电流区间时，尽管仪器其它短接仍然正常工作，但超声流量短接的显示计数会出现很大的毫无规律的波动，当电流重新恢复到此电流区间时，流量短接又可以正常工作。对于每支仪器的超声流量计短接来说，它们的稳定工作电流区间是各不相同的。只要在实际测井过程中多注意观察就可以确定各仪器超声流量短接的稳定工作电流，这对现场操作具有一定的指导意义。