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摘  要： 文章介紹了超聲波流量計的測井原理、儀器特點、施工工藝及解釋方法，分析了該技術在識別大孔道地層、檢查井下管柱情況、判斷套管漏失、提高注水剖面解釋精度等方面的應用情況，大量的實際測井資料表明，超聲波流量計解決了注水剖面測井的許多疑難問題。
關鍵字： 注水剖面 流量計 超聲波 生產測井 測井技術

0 引言

通過分析近幾年國內注水開發油田的三參數注水剖面測井資料，表現出來的主要問題是：伽馬本底高、沾污嚴重、測試遇阻情況多、地層大孔道、井筒及管柱漏失等等，另外，由于注水管柱復雜，井下水流方面認識不清，無法分析配水器、封隔器等工具的工作狀況，影響了資料的應用情況[1、2]。針對復雜的注水井，必須開展多參數、多樣化的吸水部面測井技術，滿足油田的開發需要。

1 超聲波流量計測井技術

1.1 測量原理

采用超聲波相位差原理，設計了A、B兩個特征相似的超聲波傳感器，距離為L，如圖1所示，設超聲波頻率為f，波長為λ，則聲速V=f×λ，波數N=L/λ=L×f/V，由于L、f為常量，則N與V成反比。

圖1 流量傳感器的測量模型示意圖

當流體沿A→B方向以速度U流動時，順流聲速Va=V+U，逆流聲速Vb=V-U，則順流時波數Na=V×n/（V+U），逆流時波數Nb=V×n/（V-U），則順、逆流發射超聲波時，L距離內正逆流波數差為：△n=Nb-Na=n×2U×V/（V2-U2），其中n=L×f/V，則△n=2L×f×U/（V2-U2）。

相位差△b=△n×360o=720oL×f×U/（V2-U2），因為V>>U，則△b?720oL×f×U/V2，由于L、f、V為常量，則相位差△b和流體流速U之間為近似線性關系。

因此測出超聲波相位差△b，即可計算出流體流速U，進而可以計算出已知管子內徑的流量。

1.2 儀器特點

測井項目：磁定位、伽馬、井溫、壓力和超聲波流量計五參數組合測井。

儀器指標：外徑38mm，總長度4.5m，耐溫150°C，耐壓70MPa，在2.5in（1in=25.4mm）的油管內測量范圍0~370m3/d左右，在5.5in的套管內測量范圍0~1800m3/d左右。

適用范圍：適用管柱內徑大于40mm的分層注水井、空井筒及喇叭口在射孔層段上部的籠統注水井。

1.3 施工方法

將超聲波流量計與磁定位、伽馬、井溫、壓力組合后下入井內，關井2h~4h左右，測量注水井相對靜止時的井溫、伽馬、磁定位、壓力，然后恢復正常注水，穩定后在射孔層上部200m左右釋放同位素，待同位素分配好后，測量至少兩條重復性較好的同位素、井溫、壓力、磁定位以及超聲波連續曲線；再根據測量的超聲波連續曲線以及注水管柱，分別在距離井口200m左右、在各配水器的上、下10m左右、超聲波連續曲線有異常的井段上、下10m左右、射孔層段上、下2m左右、遇阻點上5m左右等測量超聲波定點流量，定點測量時間不少于120s。如果超聲波定點流量曲線有明顯波動，或者根據超聲波定點流量值查圖版計算的水流量出現異常情況，要重復定點驗證。

2 解釋方法

2.1 解釋圖版

在儀器出廠投入使用前，在規范的油管和套管中進行流量刻度和標定，根據標定值制作解釋圖版，并用最小二乘法回歸流量與相位差之間的計算公式，如圖2所示。如果儀器使用時間過長，出現零漂和誤差較大時，要重新進行刻度和標定。

圖2 超聲波流量計在2.5in油管內標定圖版

2.2 計算評價井段內的流量

根據測量超聲波定點流量相或連續流量的相位差值，代入如圖2中的回歸公式均可計算該處流量，根據定點相位差計算的流量不含測井速度的影響，計算出來的流量直接反應定點深度處管子內流體的實際流量；而根據連續相位差計算的流量包含測井速度的影響，需要減去測速相同時在死水區連續相位差計算的流量，才能反應該深度處管子內流體的實際流量。

2.3 計算分層吸水量[3]

首先選出射孔層上下、配水器上下等評價井段，再根據超聲波定點或連續相位差，按3.2的方法計算各評價井段管子內的流量，其上下評價井段內流量的差值就是射孔層的吸水量或配水器的進水量。

對于分層注水井，若封隔器密封完好，按配注井段將各射孔層分為若干個解釋單元，先根據超聲波流量曲線計算各配水器實際注水量的大小，然后將其按同位素吸水面積的大小，精確評價各小層的吸水量。其特點：可以檢查并精確計算各配水器的實際配注情況；結合多參數分析，可以準確判斷封隔器的密封情況。

對于籠統注水井，若射孔層之間的間隔較大（一般大于2m），超聲波流量曲線在層間有明顯的變化，可直接根據流量計曲線進行定量解釋。若射孔層之間的間隔較小，流量計曲線在層間變化不明顯，則可將這些射孔層劃分為一個解釋單元，根據流量曲線計算該單部分同位素沿大孔道進行地層元的總吸水量，然后將其按同位素吸水面積的大小，精確評價各小層的吸水量。對于有竄槽現象的，將竄槽井段內各層劃分為一個解釋單元，用流量曲線計算該單元總的吸水量，再將其按同位素吸水面積的大小，精確評價各小層的竄吸量。

3 應用實例分析

1）識別大孔道地層

當地層存在大孔道時，常規的同位素載體粒徑比孔道直徑小，會隨注入水進入地層深部，導致測量同位素曲線與伽馬本底對比時差異較小甚至沒有差異，僅依據同位素曲線解釋小層吸水量，會得出與實際情況相差較大的結論。如果結合超聲波流量計，則能很好地反映地層的真實吸水情況。如GX110-7井2009年10月21日測的吸水剖面如圖3所示，該井的注水層段為13號層，射孔井段1886.0m~1902.0m，厚度16.0m，注水管柱下至1859.4m，注水油壓9.0MPa，注水量約100m3/d，所用同位素載體粒徑300μm~600μm，粒密度1.02g/cm3。從圖中可以看出，同位素示蹤曲線在13號層頂部（1885.3m~1887.3m）有較弱吸水顯示，解釋的吸水量占23.52%，但是超聲波流量曲線在此處有大幅度異常，解釋的吸水量占68.98%，說明此處存在大孔道，大深部。

圖3 GX110-7井超聲波流量計注水剖面成果圖

2）檢查封隔器的封隔效果

在分層配注井中，測量超聲波流量計曲線，可以準確判斷封隔器的封隔效果。如L15-**井是一口注水井，注水層位Es33，注水井段3079.6m~3082.3m，40.0m/8層。該井為一級兩段分注，上段投80m3/d的定量水嘴，下段未投水嘴。2010年4月9日進行超聲波流量計注水剖面測井，如圖4所示，從同位素曲線分析，封隔器上下兩段均有吸水顯示，與設計的配注情況基本吻合。但超聲波流量曲線顯示，注入水全部從上段水嘴進入，一部分水進入封隔器上部的射孔層，另一部分水通過封隔器進入下部射孔層，下段水嘴未進水，充分驗證了封隔器失效。

圖4 L15-**井超聲波流量計注水剖面成果圖

3）提高遇阻井注水剖面解釋精度

在長期的注水剖面測井施工中，常常會遇到套管變形、油管未下到位、井下工具堵塞、井底有落物或沉砂等現象，同位素注水剖面測井解釋時，有些井不能定性分析遇阻層是否吸水，更無法定量解釋遇阻層的吸水量，常規處理方法是：定量解釋時不考慮遇阻層的吸水量，從而影響本井吸水層的定量解釋精度。如果進行超聲波流量計測井，不僅能準確分析遇阻層的吸水情況，而且能提高該井的定量解釋精度。

L90-**井是一口注水井，注水層位Es2+3，注水井段2629.0m~2666.8m，13.2m/4層。該井為籠統注水，全井日配注量100m3/d。2010年4月11日對該井進行了同位素注水剖面測井，施工過程中測井儀器在2662.0m遇阻，最后一個層未測出，從監測曲線分析遇阻層吸水。于是，現場施工人員及時與地質人員聯系，改用超聲波流量計測井，如圖5，根據超聲波流量曲線計算的遇阻層吸水量占全井注水量的95.49%，充分發揮了超聲波流量計的優勢，為采油廠提供了可靠的測井資料。

圖5 L90-**井超聲波流量計注水剖面成果圖

4）檢查配水器的實際配注情況

在分層配注井中，對不同的層系設計了不同大小的配水器水嘴希望按計劃注水，如果想檢查各配水器的實際注水情況，可進行超聲波流量計測井。L1-*井是一口注水井，注水層位Es32+3，注水井段2516.0m~2646.8m，目前注水方式為兩級三段分注，有三個配水器和兩個封隔器，井口注水量為106m3/d左右，設計配水器1為死嘴，配水器2未投水嘴，配水器3投60m3/d的水嘴。2010年4月11日進行超聲波流量計測井，配水器1不吸水，配水器2進水量為58.27m3/d，配水器3進水量為48.00m3/d，測試結果與實際配注情況基本吻合。

4 結束語

超聲波流量計在注水剖面測井中，能識別大孔道及微裂縫地層、揭示層間矛盾、檢查井下注水管柱工作情況、判斷淺部套管漏失、提高自然伽馬本底高的井測井成功率及遇阻井注水剖面解釋精度等，解決了普通的同位素注水剖面測井技術存在的諸多難題。

參考文獻
[1]李俊舫，夏竹君.復雜注水井吸水剖面流量計測井技術[J].石油儀器，2005，19（6）
[2] 王祥，夏竹君.利用注水剖面測井資料識別大孔道的方法研究[J].測井技術，2002，26（2）
[3]夏竹君.利用脈沖中子氧活化測井技術評價管外竄槽[J].天然氣技術，2008，23（2）