CN103939086A - 超声波多普勒-相关法测量配注井管外流量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波多普勒-相关法测量配注井管外流量方法。主要解决现有的测量配注井油管与套管之间流体流量的方法对施工人员有放射性伤害及成本高的问题。其特征在于包括以下步骤：(一)、先将仪器下放到测量层配注水嘴上方，上游超声探头和下游超声探头同时向井内发射连续超声波，反射液仓内的反射液在动力驱动下向井内释放；移动仪器至测量点，反射液滴流经超声探头所发射的超声波区域时，声波在反射液滴表面形成反射，部分反射波被上游超声探头和下游超声探头接收；将超声探头接收到的反射波做信号处理；(二)、单个探头完成超声波多普勒流速测量；(三)、双探头完成超声波相关流速测量。该方法成本低、无放射性污染、环保。

Description

超声波多普勒-相关法测量配注井管外流量方法

技术领域

本发明涉及油田测井领域，具体的说是一种超声波多普勒-相关法测量配注井管外流量方法。

背景技术

由于油田精细开发的不断推进，注水井的注水方式逐渐由分层配注转向笼统注，每个配注层又由多个小层构成，了解配注层内每个小层注入情况，即测量油管与套管之间的流体流量是注入剖面需要解决的问题。国内、外解决配注井管外流的主力技术是同位素吸水剖面技术、放射性示踪相关技术和中子氧活化能谱水流技术。同位素吸水剖面技术和放射性示踪相关技术均对施工人员和仪器维修人员具有放射性伤害，同时放射性的环境污染问题也不容忽视。尽管氧活化能谱水流技术只有在地面仪器调试时才存在放射性污染，但高价的中子管及其有限的使用寿命，导致其成本过高。

发明内容

为了克服现有的测量配注井油管与套管之间流体流量的方法对施工人员有放射性伤害及成本高的不足，本发明提供一种超声波多普勒-相关法测量配注井管外流量方法，该方法成本低、无放射性污染、环保。

本发明的技术方案是：一种超声波多普勒-相关法测量配注井管外流量方法，其特征在于：

(一)、先将仪器下放到测量层配注水嘴上方，上游超声探头和下游超声探头同时向井内发射连续超声波，声波透过油管进入油管和套管之间，反射液仓内的反射液在动力驱动下向井内释放，且反射液滴随水流动；移动仪器至测量点，反射液滴流经超声探头所发射的超声波区域时，声波在反射液滴表面形成反射，部分反射波被上游超声探头和下游超声探头接收；将超声探头接收到的反射波做信号处理，得到因多普勒效应而产生的频差信号；

(二)、单个探头完成超声波多普勒流速测量

设C是声波在水中的传播速度，f₀是声波发射频率，Δf是反射声波与发射声波的频率差，θ是声波发射角，则据多普勒效应，流体流速是： $v=\frac{c}{2f_0\cos \left(\mathrm{\θ}\right)}\mathrm{\Δf}$

设S₁是套管内径截面积，S₂是油管外径截面积，则流体流量是：

Q＝v·(S₁-S₂)

(三)、双探头完成超声波相关流速测量

反射液滴先后流经上、下游超声探头所发射的声束区域，当上、下游超声探头距离固定时，记录上、下游超声探头所接收反射波的渡越时间，即可测得流体流速，设L是上、下游探头间距；T是渡越时间，则流体流速：

$v=\frac{L}{T}$

流体流量：Q＝v·(S₁-S₂)

本发明具有如下有益效果：由于多普勒流速测量和相关流速测量都是成熟的流速测量方法，通过采用本方法，只需发射超声波能够透过油管，透过油管后的超声波能够在反射液滴表面发生反射，并且反射波能够重新透过油管被探头接收，就可实现超声波多普勒-相关法测量配注井管外流量。通过调制密度与水相同的有机混合物作为声波反射液，上、下游超声探头同时以45度入射角发射声波，当反射液滴经上、下游超声探头所发射的声束区域时，探头分别接收到较发射声波频率发生偏移的反射波，实现了超声波多普勒-相关法测量配注井管外流量。该方法由于省去了价格高昂的中子管，大大降低了成本，并且无放射性污染，环保。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图中1-套管，2-油管，3-反射液仓，4-上游超声探头，5-下游超声探头，6-反射液滴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

一种超声波多普勒-相关法测量配注井管外流量方法，采用如图1所示的装置，该装置置于油套2内部，装置主体内部设有反射液仓3，反射液仓3内盛装反射液，当经喷嘴喷出时形成液滴，称为声波反射液滴6。主体上固定有上游超声探头4和下游超声探头5，超声探头是收发一体结构，每个均能独自发射和接收。

该方法包括以下步骤：

(一)、选用超声波多普勒-相关流量测井仪串，仪器上带有反射液释放器，反射液释放器内盛装有反射液，所述的反射液为密度是1g/ml的重油。先将仪器下放到测量层配注水嘴上方，上游超声探头4和下游超声探头5同时向井内发射连续超声波，声波透过油管进入油管和套管之间。反射液仓3内的反射液在微电机动力驱动下向井内释放，形成液滴，液滴与水同速移动，经配注水嘴进入油管2和套管1之间，随水流动，并成为声波反射液滴6；移动仪器至测量点，当随水流动的反射液滴6流经上、下游超声探头所发射的超声波区域时，声波在反射液滴6表面形成反射，部分反射波被上游超声探头4和下游超声探头5接收；将超声探头接收到的反射波做信号频谱分析处理，得到因多普勒效应而产生的频差信号。

(二)、单个探头完成超声波多普勒流速测量

当随水流动的反射液滴流经超声探头所发射的声束区域时，声波在反射液滴表面形成发射，反射波的频率较发射波的频率发生偏移，偏移量与液滴的速度有关，液滴与水同速，测量频率偏移量即可测得水流速度。

设C是声波在水中的传播速度，f₀是声波发射频率，Δf是反射声波与发射声波的频率差，θ是声波发射角，则据多普勒效应，流体流速是：

$v=\frac{c}{2f_0\cos \left(\mathrm{\θ}\right)}\mathrm{\Δf}$

设S₁是套管内径截面积，S₂是油管外径截面积，则流体流量是：

Q＝v·(S₁-S₂)

(三)、双探头完成超声波相关流速测量

随水流动的反射液滴先后流经上、下游超声探头所发射的声束区域，因此上、下游超声探头所接收的反射波存在时差(渡越时间)，当上、下游超声探头距离固定时，记录上、下游超声探头所接收反射波的渡越时间，即可测得流体流速，设L是上、下游探头间距；T是渡越时间，则流体流速：

$v=\frac{L}{T}$

流体流量：Q＝v·(S₁-S₂)

上述的多普勒流速测量用于流量较高情况；相关流速测量用于流量较低情况。

该方法通过图1所示的装置，调制密度同于水的有机混合物作为声波反射液，上、下游超声探头同时以45度入射角发射声波，当反射液滴经上、下游超声探头所发射的声束区域时，探头分别接收到较发射声波频率发生偏移的反射波，实现了超声波多普勒-相关法测量配注井管外流量。

Claims (1)

1.一种超声波多普勒-相关法测量配注井管外流量方法，其特征在于： 

(一)、先将带有反射液释放器的超声波多普勒-相关流量测井仪串下放到测量层配注水嘴上方，上游超声探头和下游超声探头同时向井内发射连续超声波，声波透过油管进入油管和套管之间，反射液仓内的反射液在动力驱动下向井内释放，且反射液滴随水流动；移动仪器至测量点，反射液滴流经超声探头所发射的超声波区域时，声波在反射液滴表面形成反射，部分反射波被上游超声探头和下游超声探头接收；将超声探头接收到的反射波做信号处理，得到因多普勒效应而产生的频差信号； 

(二)、单个探头完成超声波多普勒流速测量 

设C是声波在水中的传播速度，f₀是声波发射频率，Δf是反射声波与发射声波的频率差，θ是声波发射角，则据多普勒效应，流体流速是：

设S₁是套管内径截面积，S₂是油管外径截面积，则流体流量是： 

Q＝v·(S₁-S₂) 

(三)、双探头完成超声波相关流速测量 

反射液滴先后流经上、下游超声探头所发射的声束区域，当上、下游超声探头距离固定时，记录上、下游超声探头所接收反射波的渡越时间，即可测得流体流速，设L是上、下游探头间距，T是渡越时间，则流体流速： 

流体流量。Q＝v·(S₁-S₂) 。