沙偉國(guó) 王勇（中石化勝利油田分公司油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中心孤東監(jiān)測(cè)大隊(duì)，山東 東營(yíng)257237）

0 引言

油井液面測(cè)試為油田生產(chǎn)智能化的重要內(nèi)容，采用回聲法對(duì)油井液面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，已經(jīng)在在“三高”油田開(kāi)發(fā)和成本管理中得到了廣泛應(yīng)用。油井的生產(chǎn)環(huán)境十分復(fù)雜，油套環(huán)形空間次聲波運(yùn)行速度的充數(shù)化，動(dòng)液面反射回波時(shí)間、油井實(shí)際情況等都會(huì)對(duì)液面測(cè)試產(chǎn)生影響，需要結(jié)合回聲測(cè)試儀原理結(jié)構(gòu)等多個(gè)方面對(duì)測(cè)試影響因素進(jìn)行分析，制定出切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)策略。

1 油井動(dòng)液面回聲法測(cè)試原理

采用次聲波技術(shù)在在油管與套管建立起的環(huán)形空間中傳播，碰到油液面生成反射信號(hào)后上傳到接收處理裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油井動(dòng)液面的持續(xù)監(jiān)測(cè)。如果滿足監(jiān)測(cè)時(shí)間設(shè)定值或接收測(cè)試指令，套壓低于0.25MPa，油井液面測(cè)試儀氣爆模塊控制氣泵進(jìn)行加壓，通過(guò)電磁閥放氣來(lái)生成次聲波。如果套壓值超過(guò)0.25MPa，氣爆模塊利用套壓和電磁閥來(lái)建立起次聲波，會(huì)順著油套空間向油井底部傳播，碰到接箍、液面時(shí)會(huì)形成反射聲波，拾波器會(huì)接收到聲波信號(hào)進(jìn)行處理并傳輸?shù)娇刂破?。處理后的聲波?shù)據(jù)與套壓等參數(shù)共同經(jīng)過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)解壓和計(jì)算，利用油管接箍回波來(lái)對(duì)環(huán)形空間中的聲速進(jìn)行計(jì)算，液面回波利用數(shù)學(xué)模型和算法來(lái)得到回波時(shí)間，這樣就可以得到油井液面的實(shí)際深度。

2 油井動(dòng)液面監(jiān)測(cè)影響因素

2.1 監(jiān)測(cè)原理影響因素

采用回聲技術(shù)獲取到清晰的油管接箍回波，可以得到次聲波的均速為公式中的N 是油管接箍回波數(shù)量，h 可取9.6，t1為次聲波至選擇點(diǎn)所需的時(shí)間。再結(jié)合次聲波回波時(shí)間t，通過(guò)可以計(jì)算得到液面深度值。聲波運(yùn)行速度和回波時(shí)間對(duì)動(dòng)液面測(cè)試結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響。在聲波測(cè)試過(guò)程中，油套環(huán)形空間內(nèi)每處聲波運(yùn)行速度都存在著差異，與油井溫度、壓力等因素有著直接的關(guān)系紗，在識(shí)別聲波時(shí)把初始聲波當(dāng)作均速，則會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。而且，油井現(xiàn)實(shí)情況十分復(fù)雜，很多油管接箍回波不會(huì)以周期性進(jìn)行改變，采集到的接箍數(shù)存在著一定的誤差。油井液面回波時(shí)間的影響方面，如果沒(méi)有噪聲干擾，可更為清楚地識(shí)別出油井液面，準(zhǔn)確地得到液面回波時(shí)間。

2.2 監(jiān)測(cè)儀器因素

微音器是對(duì)聲波信號(hào)進(jìn)行采集的重要器件，油井液面測(cè)試時(shí)發(fā)揮著重要作用，油井內(nèi)環(huán)境十分復(fù)雜，溫度、壓力等因素會(huì)對(duì)微音器靈敏度產(chǎn)生不利影響，使得回波不能準(zhǔn)確接收到油管接箍波、液面波信號(hào)，會(huì)對(duì)測(cè)試的可靠性產(chǎn)生影響。而且，每個(gè)油井的深度也不相同，微音器獲取到的聲波信號(hào)幅度有著很大的差異，針對(duì)深度較大的油井，如果信號(hào)幅度過(guò)低則無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別出油管接箍波、液面波，這就會(huì)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確產(chǎn)生影響。油井液面測(cè)試儀通過(guò)控制電磁閥來(lái)驅(qū)動(dòng)閥門(mén)開(kāi)閉，氣體流動(dòng)時(shí)會(huì)形成次聲波，不同規(guī)格的電磁閥對(duì)應(yīng)不同的油井套壓，如果套壓太高或氣泵加壓長(zhǎng)，就會(huì)導(dǎo)致電磁閥不能正常開(kāi)啟，會(huì)對(duì)液面監(jiān)測(cè)儀可靠性產(chǎn)生影響。

2.3 油井井況因素

油、套環(huán)管壁雜物會(huì)對(duì)液面測(cè)試產(chǎn)生影響，次聲波會(huì)在雜物部位產(chǎn)生反射，這樣就會(huì)減小聲波傳輸時(shí)的能量，而且會(huì)在油井液面形成假的反射流，而真實(shí)液面卻不能形成有效的反射波形。主要是因?yàn)橛凸芙Y(jié)蠟等原因?qū)е碌?，油液從井底部提升到井口過(guò)程中，隨著深度不斷減小會(huì)出現(xiàn)溫度降低現(xiàn)象，當(dāng)油井溫度和壓力達(dá)到蠟質(zhì)點(diǎn)時(shí)，注入到油管和套管壁中，在進(jìn)行液面測(cè)試時(shí)會(huì)出現(xiàn)假液面信號(hào)。清蠟劑的應(yīng)用也會(huì)對(duì)液面測(cè)試產(chǎn)生影響，針對(duì)結(jié)蠟嚴(yán)重的油井多利用化學(xué)清蠟劑進(jìn)行處理，由于該物質(zhì)有著一定的黏稠性，從套管向油井注入會(huì)在某個(gè)部位產(chǎn)生環(huán)空液柱，假液在的存在會(huì)使液面測(cè)試數(shù)據(jù)產(chǎn)生很大的偏差。

井口套管壓力變化產(chǎn)生的影響方面，通過(guò)套壓、大氣壓差形成次聲波，在壓力低小的油井中不會(huì)產(chǎn)生較大的聲波能量，次聲波在油套環(huán)形空間傳輸時(shí)會(huì)存在衰減，就會(huì)存在著微音器無(wú)法獲取到反射波的問(wèn)題，液面測(cè)試作業(yè)則會(huì)受到很大的影響。這是由于在油井采用過(guò)程中，為了提高油井產(chǎn)量在放壓操作后沒(méi)有及時(shí)將球閥關(guān)好，套壓則無(wú)法建立起來(lái)。套管漏氣也是影響因素之一，油井液面的聲波測(cè)試需要保證井筒處于良好的密封條件，可以降低聲波在井口部位的損耗。聲波會(huì)在傳輸過(guò)程中隨著油井深度的變大而減小，聲波能量在井口部位存在較大的損失，油井液面反射波則很難獲取到，即便接到反射波也由于能量過(guò)小而無(wú)法使用。油井加藥也會(huì)對(duì)液面測(cè)試產(chǎn)生影響，為了有效清除掉油套空間的雜物，會(huì)定期對(duì)油井中加藥，就會(huì)使得油井套壓不斷變小，聲波測(cè)試儀則不能利用套壓來(lái)生成次聲波。抽油機(jī)等人工舉升設(shè)備的振動(dòng)或桿管偏磨出會(huì)產(chǎn)生影響，抽油機(jī)在運(yùn)行時(shí)會(huì)形成周期性的震動(dòng)，桿管偏磨出會(huì)導(dǎo)致井口部位存在震動(dòng)，應(yīng)激波會(huì)對(duì)油井動(dòng)液面測(cè)試產(chǎn)生影響，使得采集到的回波曲線變得零亂。

3 油井動(dòng)液面監(jiān)測(cè)對(duì)策

3.1 監(jiān)測(cè)原理因素解決對(duì)策

針對(duì)聲速獲取因素的影響，可結(jié)合油管接箍回波特性，對(duì)回波信號(hào)采用帶通濾波處理，可以得到更為清楚完整的回波，選擇更多的接箍回波來(lái)對(duì)聲波均速進(jìn)行計(jì)算，這樣可以降低計(jì)算誤差。相同地質(zhì)區(qū)域套管聲波均速規(guī)律基本相同，得到該地區(qū)域前十節(jié)油管聲波均速，再利用曲線擬合的處理辦法，可以得到聲速變化規(guī)律擬合公式，這樣就可以計(jì)算油井套管每個(gè)位置處的聲波運(yùn)行速度，可以更好地保證油井液面測(cè)試的準(zhǔn)確性。短時(shí)自相關(guān)函數(shù)計(jì)算法，也可以提高液面測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有用自相關(guān)函數(shù)具備的數(shù)據(jù)識(shí)別能力，可以對(duì)油管接箍聲波數(shù)據(jù)分幀處理，經(jīng)過(guò)首個(gè)峰值點(diǎn)來(lái)得到計(jì)算此接箍聲波的是時(shí)間差，再結(jié)合采樣周期、油管長(zhǎng)度來(lái)對(duì)聲波運(yùn)行速度進(jìn)行計(jì)算，利用提高采樣頻率和數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)的方式來(lái)提升測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

針對(duì)液面回波時(shí)間的影響，通過(guò)對(duì)油套環(huán)形空間內(nèi)的噪聲進(jìn)行深入分析，再結(jié)合小涌上變換時(shí)具有更多分辨率的特點(diǎn)，對(duì)液面測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲處理，可以更為準(zhǔn)確的動(dòng)液面的高度。對(duì)回波信號(hào)、噪聲頻譜間的差別進(jìn)行深度分析，采用窗函數(shù)對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波，強(qiáng)化回波信號(hào)后可以更為清晰地得到液面高度。

3.2 監(jiān)測(cè)儀器因素解決對(duì)策

選用測(cè)井作業(yè)應(yīng)用的微音器來(lái)對(duì)動(dòng)液面聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有著更高的靈敏度、耐高溫等性能，可在油井腐蝕物環(huán)境正常運(yùn)行，應(yīng)用的壓力范圍更寬。針對(duì)深度大的油井，如果微音器獲取到的回波信號(hào)幅度不夠，可通過(guò)提高放大倍數(shù)和曲線幅度，可以更為準(zhǔn)確地接受到油井接箍數(shù)量和油井液面值。針對(duì)電壓閥的影響因素，需要根據(jù)油井套管壓力來(lái)選擇合適的壓力范圍的電磁閥型號(hào)。對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，合理延長(zhǎng)外接氣泵加壓時(shí)間，使經(jīng)過(guò)電磁閥的氣體壓力變小，提升油井液面測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.3 油井井況因素解決對(duì)策

針對(duì)油套空間雜物問(wèn)題，可采用熱洗法進(jìn)行作業(yè)，可有效清除掉管壁蠟質(zhì)和其它雜物，如果油井結(jié)蠟嚴(yán)重則需要對(duì)油井定期投入清蠟劑。針對(duì)“環(huán)形液柱”，可采用加壓泵對(duì)套管中注入一定數(shù)量的液體來(lái)破壞液柱。針對(duì)套壓變化的影響，需要在放壓完成后及時(shí)將球閥關(guān)閉，使油井套壓保持在2.0-2.5兆帕。如果發(fā)現(xiàn)套管存在漏氣問(wèn)題，需要組織維修人員進(jìn)行處理，在壓力滿足測(cè)試要求后再進(jìn)行聲波測(cè)試。如果油井沒(méi)有壓力，可采用外接氣泵加壓到足夠壓力后再進(jìn)行液面測(cè)試。針對(duì)人工舉升設(shè)備的震動(dòng)和桿管偏磨，需要暫停設(shè)備20分鐘左右時(shí)間，再開(kāi)展液面測(cè)試，對(duì)桿管偏磨的油井有用扶正器的裝置來(lái)降低偏磨，再對(duì)油井液面進(jìn)行測(cè)試。

4 結(jié)語(yǔ)

回聲法對(duì)油井動(dòng)液面進(jìn)行測(cè)試是比較常用的方法，受到油井實(shí)際運(yùn)行情況的影響，油井液面信息的準(zhǔn)確性和可靠性會(huì)受到一定程度的影響，應(yīng)該深入了解回聲波測(cè)試原理，針對(duì)不同的影響因素采取有效的解決措施，更好地保證油井液面測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。