沙偉國 王勇（中石化勝利油田分公司油藏動態(tài)監(jiān)測中心孤東監(jiān)測大隊，山東 東營257237）

0 引言

油井液面測試為油田生產(chǎn)智能化的重要內(nèi)容，采用回聲法對油井液面進(jìn)行監(jiān)測，已經(jīng)在在“三高”油田開發(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)形空間次聲波運行速度的充數(shù)化，動液面反射回波時間、油井實際情況等都會對液面測試產(chǎn)生影響，需要結(jié)合回聲測試儀原理結(jié)構(gòu)等多個方面對測試影響因素進(jìn)行分析，制定出切實可行的應(yīng)對策略。

1 油井動液面回聲法測試原理

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后上傳到接收處理裝置，從而實現(xiàn)對油井動液面的持續(xù)監(jiān)測。如果滿足監(jiān)測時間設(shè)定值或接收測試指令，套壓低于0.25MPa，油井液面測試儀氣爆模塊控制氣泵進(jìn)行加壓，通過電磁閥放氣來生成次聲波。如果套壓值超過0.25MPa，氣爆模塊利用套壓和電磁閥來建立起次聲波，會順著油套空間向油井底部傳播，碰到接箍、液面時會形成反射聲波，拾波器會接收到聲波信號進(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)過通信網(wǎng)絡(luò)傳給計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)解壓和計算，利用油管接箍回波來對環(huán)形空間中的聲速進(jìn)行計算，液面回波利用數(shù)學(xué)模型和算法來得到回波時間，這樣就可以得到油井液面的實際深度。

2 油井動液面監(jiān)測影響因素

2.1 監(jiān)測原理影響因素

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為次聲波至選擇點所需的時間。再結(jié)合次聲波回波時間t，通過可以計算得到液面深度值。聲波運行速度和回波時間對動液面測試結(jié)果會產(chǎn)生影響。在聲波測試過程中，油套環(huán)形空間內(nèi)每處聲波運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，在識別聲波時把初始聲波當(dāng)作均速，則會對測試結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。而且，油井現(xiàn)實情況十分復(fù)雜，很多油管接箍回波不會以周期性進(jìn)行改變，采集到的接箍數(shù)存在著一定的誤差。油井液面回波時間的影響方面，如果沒有噪聲干擾，可更為清楚地識別出油井液面，準(zhǔn)確地得到液面回波時間。

2.2 監(jiān)測儀器因素

微音器是對聲波信號進(jìn)行采集的重要器件，油井液面測試時發(fā)揮著重要作用，油井內(nèi)環(huán)境十分復(fù)雜，溫度、壓力等因素會對微音器靈敏度產(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，會對測試的可靠性產(chǎn)生影響。而且，每個油井的深度也不相同，微音器獲取到的聲波信號幅度有著很大的差異，針對深度較大的油井，如果信號幅度過低則無法準(zhǔn)確識別出油管接箍波、液面波，這就會對測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確產(chǎn)生影響。油井液面測試儀通過控制電磁閥來驅(qū)動閥門開閉，氣體流動時會形成次聲波，不同規(guī)格的電磁閥對應(yīng)不同的油井套壓，如果套壓太高或氣泵加壓長，就會導(dǎo)致電磁閥不能正常開啟，會對液面監(jiān)測儀可靠性產(chǎn)生影響。

2.3 油井井況因素

油、套環(huán)管壁雜物會對液面測試產(chǎn)生影響，次聲波會在雜物部位產(chǎn)生反射，這樣就會減小聲波傳輸時的能量，而且會在油井液面形成假的反射流，而真實液面卻不能形成有效的反射波形。主要是因為油管結(jié)蠟等原因?qū)е碌?，油液從井底部提升到井口過程中，隨著深度不斷減小會出現(xiàn)溫度降低現(xiàn)象，當(dāng)油井溫度和壓力達(dá)到蠟質(zhì)點時，注入到油管和套管壁中，在進(jìn)行液面測試時會出現(xiàn)假液面信號。清蠟劑的應(yīng)用也會對液面測試產(chǎn)生影響，針對結(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在某個部位產(chǎn)生環(huán)空液柱，假液在的存在會使液面測試數(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，通過套壓、大氣壓差形成次聲波，在壓力低小的油井中不會產(chǎn)生較大的聲波能量，次聲波在油套環(huán)形空間傳輸時會存在衰減，就會存在著微音器無法獲取到反射波的問題，液面測試作業(yè)則會受到很大的影響。這是由于在油井采用過程中，為了提高油井產(chǎn)量在放壓操作后沒有及時將球閥關(guān)好，套壓則無法建立起來。套管漏氣也是影響因素之一，油井液面的聲波測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。聲波會在傳輸過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小而無法使用。油井加藥也會對液面測試產(chǎn)生影響，為了有效清除掉油套空間的雜物，會定期對油井中加藥，就會使得油井套壓不斷變小，聲波測試儀則不能利用套壓來生成次聲波。抽油機(jī)等人工舉升設(shè)備的振動或桿管偏磨出會產(chǎn)生影響，抽油機(jī)在運行時會形成周期性的震動，桿管偏磨出會導(dǎo)致井口部位存在震動，應(yīng)激波會對油井動液面測試產(chǎn)生影響，使得采集到的回波曲線變得零亂。

3 油井動液面監(jiān)測對策

3.1 監(jiān)測原理因素解決對策

針對聲速獲取因素的影響，可結(jié)合油管接箍回波特性，對回波信號采用帶通濾波處理，可以得到更為清楚完整的回波，選擇更多的接箍回波來對聲波均速進(jìn)行計算，這樣可以降低計算誤差。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，這樣就可以計算油井套管每個位置處的聲波運行速度，可以更好地保證油井液面測試的準(zhǔn)確性。短時自相關(guān)函數(shù)計算法，也可以提高液面測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有用自相關(guān)函數(shù)具備的數(shù)據(jù)識別能力，可以對油管接箍聲波數(shù)據(jù)分幀處理，經(jīng)過首個峰值點來得到計算此接箍聲波的是時間差，再結(jié)合采樣周期、油管長度來對聲波運行速度進(jìn)行計算，利用提高采樣頻率和數(shù)據(jù)幀長的方式來提升測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

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

3.2 監(jiān)測儀器因素解決對策

選用測井作業(yè)應(yīng)用的微音器來對動液面聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，有著更高的靈敏度、耐高溫等性能，可在油井腐蝕物環(huán)境正常運行，應(yīng)用的壓力范圍更寬。針對深度大的油井，如果微音器獲取到的回波信號幅度不夠，可通過提高放大倍數(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。針對電壓閥的影響因素，需要根據(jù)油井套管壓力來選擇合適的壓力范圍的電磁閥型號。對運行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，合理延長外接氣泵加壓時間，使經(jīng)過電磁閥的氣體壓力變小，提升油井液面測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.3 油井井況因素解決對策

針對油套空間雜物問題，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)重則需要對油井定期投入清蠟劑。針對“環(huán)形液柱”，可采用加壓泵對套管中注入一定數(shù)量的液體來破壞液柱。針對套壓變化的影響，需要在放壓完成后及時將球閥關(guān)閉，使油井套壓保持在2.0-2.5兆帕。如果發(fā)現(xiàn)套管存在漏氣問題，需要組織維修人員進(jìn)行處理，在壓力滿足測試要求后再進(jìn)行聲波測試。如果油井沒有壓力，可采用外接氣泵加壓到足夠壓力后再進(jìn)行液面測試。針對人工舉升設(shè)備的震動和桿管偏磨，需要暫停設(shè)備20分鐘左右時間，再開展液面測試，對桿管偏磨的油井有用扶正器的裝置來降低偏磨，再對油井液面進(jìn)行測試。

4 結(jié)語

回聲法對油井動液面進(jìn)行測試是比較常用的方法，受到油井實際運行情況的影響，油井液面信息的準(zhǔn)確性和可靠性會受到一定程度的影響，應(yīng)該深入了解回聲波測試原理，針對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試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。