抽油井液位测量深度与精度方法探讨

2013-04-29谢欢

中国石油和化工标准与质量 2013年9期

谢欢

【摘要】液位值在抽油井测试过程中十分重要，它是了解抽油井供液情况和确定抽油井深度状况的重要指标。在抽油井的实际测量工作之中，对于液位测量的尝试与精度仍然存在着误差大，不方便等弊端。本文则围绕这一问题探讨有效的提高抽油井液位测量深度与精度的方法。

【关键词】抽油井液位测量深度精度

液位值在抽油井测试过程中十分重要，它是了解抽油井供液情况和确定抽油井深度状况的重要指标。在抽油井的实际测量工作之中，对于液位测量的尝试与精度仍然存在着误差大，不方便等弊端。本文则围绕这一问题探讨有效的提高抽油井液位测量深度与精度的方法。

1 抽油井液位测量存在的主要问题分析

我国许多油田使用声波反射法进行液位测量，所使用的探测仪称为回声仪，它是根据回声测距原理工作的，测量距离一般不超过两千米。从现场使用情况看，该方法主要存在如下几个问题。

1.1 液位测量深度较低

因为时间很短，不容易控制，而不是通过增加脉冲宽度来提高测量的深度；此外，由于壳体声饱和，这是不可能改善声音的强度，同时，由于油管接箍套的存在，由于声波的反射和衰减快的多因此，这种方法一般是二千米范围内的液位测量。特别是当时出现泡沫段时，将不会有明显的界面，声波是泡沫吸收，此时如果表面深度只有几百米，不能准确测量。

1.2 液位测量精度较低

声音的速度是根据回音标或耦合的回波信号，计算是近似的，只有从附近的一个节点可以接收反射波井口。因为套管环形空间气相介质的压力，温度和密度与深度不同，所以通过实际速度的平均速度更换将带来较大的误差，从而降低测量误差精度，有时几十米。随着油井深度的增加，回波信号越来越弱，最后液面以上的水平从最近的耦合回波和面信号消失的噪声，容易造成的错误。更大的深度，误差值增加。

1.3 脉冲信号（枪声信号）能量利用不足

如果信号为矩形脉冲信号，正弦函数的频率分布。脉冲频率分布更广泛，更集中向低频率；脉冲频率分布更窄，向高频率色散。根据气体中声传播的规律，声波，声波频率气体吸收系数的平方成正比。套管井，由于截面配筋的固有频率相对密集，振动及其各阶固有频率的声管耦合，相似成分容易刺激钢管对应的频率，也使声能损失。

脉冲信号，特别是信号的持续时间很短，频谱分布较宽，脉冲能量是在高频率分布的一个重要组成部分，并随着传播距离的增加，这些高频声波的能量会迅速衰减，即脉冲能量已经不在位置，充分利用。

1.4 低频信号的接收、检测和处理方法灵敏度低

由于高频成分被衰减掉了，所以，深度越大，返回声波的频率就越低，强度也越弱。因此需要高灵敏度的低频信号接收装置。套管井内部情况复杂，背景噪声较大，即使有回波信号也可能淹没在背景噪声中。显然，提高测量仪器的接收灵敏度和信噪比可扩大回声法的量程，高灵敏度仪器的研制、使用意义重大。

2 提高抽油井液位测量深度与精度的方法探讨

2.1 提高测量深度的方法

提高测量深度必须从以下几个方面考虑。这是改善声源性能，减少声音传输损耗，提高辐射强度，提高灵敏度和分辨率的接收。套管和油管形成声波导之间的环形空间。根据声学理论，在波导色散的理想平面波，不衰减。但在套管威尔斯的实际情况，许多因素可以引起声衰减的存在，包括耦合的反射，吸收，散射和耦合振动的管壁吸收的介电弛豫。套管威尔斯，只有在声学特性的声传播损失。

为了提高测量深度的增加传输距离。为了寻找声源的合适的分析功能，对激励强度，形式，频率的影响，对声传播距离和ANSYS的声衰减时间等因素的影响，在低频声波频率注射套管，零点六兆帕的喷射压力（低压），0.3秒的持续时间，在半开放式六十毫米直径的阀门，从井口阀门三百米的外壳可以超过六千帕压力。压力和开放程度更大，更强的声功率的喷注生产能力更强，传播得更加深远。无论是高压或低压的状况，开口小（半开）喷注生产，由于小孔节流作用是相对稳定的，可产生高强度宽脉冲压力波在套管，传播距离，非常适合用于回声测距。零点六兆帕的注射压力，在油田的八毫米的喷嘴直径，从井上与枪壳分别采用声学和射流声学测量深度当接收到的信号可以看出，回波信号强度产生射流的声源是高于的回波信号源，更有利于在后期的识别和处理。显然，该喷射源的使用能提高回波法的范围。

2.2 提高测量精度的方法

提高测量精度的关键是要准确地获得套管井内的声速。所以，要利用自相关函数周期识别性的特点，对接收信号进行分帧短时处理。目前普遍采用的声速确定方法是，首先对接收到的回波进行带通滤波以凸现接箍波，然后根据一段清晰可辨的连续规则接箍波对应的距离和声波传播时间计算该段的平均声速，以此作为整个油井套管环隙内的声速。然而，实际应用中清晰可辨的连续规则接箍波的个数有限，甚至有时根本无法找出一段清晰可辨的规则接箍波以至于无法确定声速。况且，以上方法均以较短距离内的平均声速作为整个套管环隙内的声速，忽略了声速的变化，容易引起较大的测量误差。

2.3 采用适宜的科学仪器提高测量的精度和深度

采用油井检测专用仪器仪表工具可以很好地提高抽油井液位测量的深度和精度。以油井液位示功图综合测试仪为例。

该仪器在测量时有如下优点：其一、测液面不用打子弹。本设备只需操作人员用手轻轻敲击放气阀，瞬间释放套管气体，便可发出声音信号传输到油井液面，通过敏感回音接收器处理信号后直接在手持器液晶上显示液位深度，并可直接显示套压值。没有套压的油井，配有专用空气压缩工具。

其二、测示功图不用卸载荷。本设备只需将光杆传感器直接卡固在抽油机光杆上，光杆传感器测量光杆直径变化率和自身位置的变化，并转换成相应的负荷变化，便可测出示功图、载荷值、位移和冲次等参数。

其三、携带便利。手持器自备液晶加热装置，工作环境温度：零下40℃～零上50℃。采用四节五号充电电池供电。可连续测量存储五十口油井数据。

其四、测量数据可传输到计算机存储、分析、打印。

其五、有效测试深度三千米以上；测试过程无需任何材料费用；测试数据重复性好；配有计算机分析软件，对疑难井液面分析具有很好的帮助作用。

3 结束语

综上所述，在抽油井测试过程中液位值是了解抽油井供液情况和确定抽油井深度状况的重要指标。通过采用低频高强度单色次声波作为测量载体可提高测量深度，使用高压喷注声源结合信号短时处理技术能有效提高测量的深度和精度。希望本文的浅显论述能对这一问题的解决起到积极推动作用。

参考文献

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[2] 吴新杰，王鲁川，孙定源，张建成，王师.油井液面深度测量仪的研制[J].自动化仪表，2010，（02）