0 引言

      存儲式超聲流量計采用坐封測量，可同時測量溫度、壓力、流量等3個參數，具有啟動排量低、測量精度高、節流損失小、量程比大、過流通道順暢、無卡堵等特點。既適用于滲透率高、注入排量大的地層，也適用于滲透率低、注入排量小的地層，能夠滿足油田注水井流量測試的需要。存儲式超聲流量計采用電池供電，鋼絲下井。測量結束后，將儀器內的存儲卡拔下，插到地面回放接口上，通過計算機對流量數據進行回放，完成測試資料的顯示、處理和打印等功能。

      1 儀器結構與測量原理

      1.1 機械結構

      存儲式超聲流量計由繩帽、存儲卡、電路外筒、電路板、密封短節、壓力傳感器、上超聲傳感器、下超聲傳感器、工具接頭等9部分組成（見圖1）。溫度傳感器內置于電路板上，用于壓力、流量的溫度校正。超聲傳感器信號線經密封塞引入電路筒內，存儲卡內置電池、存儲器和指示燈，與電路筒插接聯接。測試密封段與工具接頭相聯。上下超聲傳感器間形成測量流道，坐封集流
后，該層段（含當前層段）以下的全部液體經流道后分層下注，從而實現流量的集流分層測量。

      1.2 測量原理與方法

      采用檢測靈敏度高的相位差法，即測量順、逆2個方向接收波的相位差△Φ。時間差△t和△Φ的關系為

      △Φ=2πf_t△t             （1）

      式中，f_t是超聲波的頻率。從本質上講相位差法和時間差法原理是相同的。通過相位差可求出時間差，再根據式（2）可求出液體的流速v

      式中，L表示上、下傳感器間距；v表示被測液體的流速；C表示聲速。通常C是溫度、壓力和介質的函數。

      2 儀器的主要技術特點

      2.1 儀器的優點

      （1）超聲流量計無可動部件，無卡堵現象產生，測試成功率高；
      （2）儀器精度高，量程比寬，可達1:300，適用范圍廣；
      （3）儀器的穩定性高，刻度周期長；
      （4）傳感器采用雙發雙收結構，克服了液體物性對測量精度的影響；
      （5）流道空間大，集流壓損小；
      （6）儀器的數據存儲量大、功耗低、工作時間長；
      （7）地面回放軟件操作方便，數據加密性好。

      2.2 應用超聲原理測量流量的局限性

      （1）受氣體影響較大。當液體中含有氣體時，由于氣體與液體密度相差較大，在氣液界面處聲波存在較大反射，影響測量精度。

      （2）儀器對混相液體需要刻度后才能進行測量。

      3 現場實驗分析

      為驗證存儲式超聲流量計的可靠性、實用性和準確性，在大慶油田各采油礦共進行了22口井的測試實驗。選井方法是選擇高壓低注入井和低壓高注入井。從以下2方面對實驗情況加以分析和說明。

      3.1 與井口水表的對比

      井口水表的讀數值代表注入井的注入水量值。它近似等于坐封式流量計在注入井偏段的測量值。表1是22口實驗井的井口水表與超聲流量計在偏堰段測量值的對比情況。

      表1 超聲流量計偏I層段測量值與井口水表讀數值對比

      3.2 與其它流量計的對比性實驗

      首先與在用的浮子流量計做了對比試驗。2003年6月3日在大慶油田北1-72-557注入井進行了實驗，其全井及各層配注量為：偏I層段60m³/d；偏Ⅱ層段60m³/d；偏Ⅲ層段80m³/d，全井200m³/d。超聲流量計在偏工層段時水表水量為215m³/d。儀器測出水量為210m³/d。浮子流量計坐偏段時測出水量為180m³/d。2種流量計與水表對應較好。超聲流量計測量曲線見圖2。

      2003年6月9日在大慶油田中丁8-水32注入井進行超聲流量計與浮子流量計對比實驗，其全井及各層配注量為：偏工層段80m³/d；偏Ⅱ層段30m³/d；全井110m³/d。水表水量為134m³/d。超聲流量計在偏工層段時測出水量為130m³/d。浮子流量計在偏I層段時測出水量為133m³/d。2種流量計與水表對應較好。

      超聲流量計與在用的電磁流量計也做了對比試驗。中350-27井是1口分注井。其井口水表水量為95m³/d，井口壓力為12.8MPa。2003年8月29日作了與電磁流量計的對比實驗。2種儀器測量的流量曲線見圖3和圖4。

      圖3中超聲流量計在偏碾段處進行了2次坐封測量，第2次測量時壓力不穩，流量比前一次略有下降。與圖4相比2種儀器各層流量測量值比較接近（見表2）。

      表2 超聲流量計測量值與電磁流量計測量值對比

     2003年9月12日在大慶龍17-16分注井做了與電磁流量計的對比實驗。其偏I層段深度1434m；偏Ⅱ層段深度1462m；偏Ⅲ層段深度1526m；偏Ⅳ層段深度為1539m。井口水表水量為43m3/d，井口壓力為2.3MPa。測得的層位水量見表3。2種儀器各層流量測量值也比較接近。

      表3 超聲流量計測量值與電磁流量計測量值對比情況

      從以上實驗資料可看出，超聲流量計在注入井偏I層段的測量值與該井井口水表的水量讀數基本符合，誤差較小。考慮到在注入井口與偏I層段之間存在著可能的水量漏失和儀器操作坐封不嚴的情況存在，可認為超聲流量計測量井口注入量的準確度是較高的。

      與浮子流量計、電磁流量計做對比實驗的中發現，浮子流量計的機械式測量方法明顯落后于超聲與電磁流量計的測量方法，相比之下超聲流量計的測試成功率、測量精度都較高，且無卡堵現象產生。與電磁流量計對比，超聲流量計的現場測試結果與實際情況吻合較好，兩者誤差在±5%的范圍內，測量結果的符合率達90% 以上。

      4 結論

存儲式超聲流量計采用超聲原理對注水井分層流量進行測試。由于儀器內無可動部件，解決了傳統的浮子流量計易卡堵的問題，提高了測試成功率。儀器的各項技術指標達到了設計要求，與國內同類測試儀器相比處于同一技術水平。地面回放軟件功能齊全，操作簡單，數據加密性好，適合現場應用。現場實驗證明該儀器適用于大慶油田注水井分層測試。

      參考文獻：

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