電導(dǎo)傳感器測(cè)量注水井流量應(yīng)用的方法實(shí)驗(yàn)與研究
注入剖面測(cè)井的注入流體通常為水、蒸汽、聚合物溶液，此外還有CO2、N2等[1]。目前應(yīng)用于注入剖面流量測(cè)量的主要有同位素示蹤方法、 渦輪流量計(jì) 、 電磁流量計(jì) 、 超聲波流量計(jì) 、流速儀、脈沖中子氧活化儀。但目前仍然需要低成本、無放射性污染、適用于低流量注入井的流量測(cè)量方法。
互相關(guān)流量測(cè)量技術(shù)是基于來自同**道內(nèi)上、下游傳感器所檢測(cè)到的流體內(nèi)部的流動(dòng)噪聲的互相關(guān)函數(shù)的測(cè)量，基于電容、電導(dǎo)、超聲波、放射性、光等各種傳感器的相關(guān)流量測(cè)量技術(shù)已經(jīng)得到廣泛研究[223]。1994年，劉興斌等人[426]提出了測(cè)量油井內(nèi)各個(gè)產(chǎn)層流量的相關(guān)流量計(jì)，并在大慶油田的高含水油井應(yīng)用。本文在上述研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了電導(dǎo)示蹤相關(guān)方法應(yīng)用于注入井注入剖面流量測(cè)量研究，搭建了測(cè)量系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)裝置并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
1 電導(dǎo)傳感器測(cè)量水流量測(cè)量原理[5-6]
圖1 注入井電導(dǎo)相關(guān)流量測(cè)量原理圖
實(shí)驗(yàn)的測(cè)量原理如圖1所示。在沿流動(dòng)通道安裝2個(gè)相距為L(zhǎng)、通道特性相同的電導(dǎo)傳感器，即上、下游電導(dǎo)傳感器。它們分別敏感于流過各自敏感區(qū)流體的電導(dǎo)。上、下游傳感器分別輸出信號(hào)Sx（t）、Sy（t），2路信號(hào)經(jīng)解調(diào)、放大和濾波等處理后，就可檢測(cè)出2路流動(dòng)噪聲信號(hào)x（t）和y（t）。當(dāng)2個(gè)傳感器相距較近時(shí)，可以認(rèn)為流體的流動(dòng)近似滿足“凝固”模型。在此條件下，2個(gè)傳感器的輸出信號(hào)波形是相似的，下游傳感器輸出的隨機(jī)噪聲信號(hào)較上游傳感器的信號(hào)在時(shí)間上延遲了τ0，將2個(gè)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，則可得到以時(shí)間延遲τ為變量的互相關(guān)函數(shù)Rxy（τ）
（1）
Rxy（τ）峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間延遲τo為流體從1個(gè)傳感器流到另1個(gè)傳感器的時(shí)間，稱為渡越時(shí)間。此時(shí)可認(rèn)為相關(guān)流速uc等于被測(cè)流體平均流速ua，即
（2）
設(shè)管道的橫截面積為A，則被測(cè)流體的流量為
（3）
相關(guān)流量計(jì)應(yīng)用于產(chǎn)出剖面油水兩相流測(cè)量時(shí)，傳感器可以通過檢測(cè)兩相流體的各相空間分布不均勻性形成的本征流動(dòng)噪聲來測(cè)量流量。在注水井中，流道內(nèi)流體為單相流，電導(dǎo)率均勻分布，電導(dǎo)傳感器無法檢測(cè)流動(dòng)噪聲進(jìn)行相關(guān)流量測(cè)量。通過人為對(duì)流體加入外部擾動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，利用釋放器向水中釋放高電導(dǎo)率的標(biāo)記溶液（NaCl溶液），標(biāo)記溶液隨著水一起流動(dòng)經(jīng)上、下游電導(dǎo)傳感器，上、下游傳感器上所產(chǎn)生的流動(dòng)噪聲信號(hào)隨時(shí)間變化的趨勢(shì)具有很好的相似性，從而可以采用互相關(guān)的方法來確定注入水的流量。
2 在流動(dòng)裝置中的低流量動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)裝置見圖2。敏感元件由鑲嵌在絕緣管壁的環(huán)形電極構(gòu)成，4個(gè)環(huán)形電極構(gòu)成了上游傳感器和下游傳感器，檢測(cè)出流經(jīng)其敏感區(qū)內(nèi)標(biāo)記溶液的流動(dòng)噪聲。實(shí)驗(yàn)時(shí)，把傳感器置于有機(jī)玻璃井筒內(nèi)（內(nèi)直徑為64.5mm），流道內(nèi)置封隔塞，使全部流體流經(jīng)上、下游傳感器。實(shí)驗(yàn)中，保持有機(jī)玻璃筒內(nèi)的液位不變，以保持壓力穩(wěn)定。通過調(diào)節(jié)出入閘門的直徑大小從而來改變流量，采用體積法對(duì)流量進(jìn)行標(biāo)定。
上、下游電導(dǎo)傳感器產(chǎn)生的電壓信號(hào)經(jīng)解調(diào)、放大、濾波之后，由35670A萬能波形分析儀對(duì)流動(dòng)噪聲信號(hào)的采集、相關(guān)運(yùn)算（求渡越時(shí)間）及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在每一種流量下，將測(cè)得的相關(guān)流速uc取平均，進(jìn)而獲得相關(guān)流速與標(biāo)準(zhǔn)流量的關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)流體采用的是自來水，標(biāo)記溶液采用的是具有一定濃度的鹽水溶液，由釋放器釋放到流體中。具有較高電導(dǎo)率的標(biāo)記溶液造成流過電導(dǎo)傳感器流體電導(dǎo)率的隨機(jī)波動(dòng)，因而使電導(dǎo)傳感器輸出為具有隨機(jī)特征的信號(hào)。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
圖3列出了所記錄的其中4組電導(dǎo)傳感器檢測(cè)出的上、下游標(biāo)記溶液的流動(dòng)噪聲信號(hào)，圖3（a）、（b）、（c）、（d）對(duì)應(yīng)的標(biāo)定流量分別為11.2、8.4、6.9和1.3m3/d的信號(hào)。從圖3可以看出，上、下游流動(dòng)信號(hào)具有明顯的相似性，峰值和谷值對(duì)應(yīng)明顯，且具有一時(shí)間延遲。
圖3 上、下游實(shí)測(cè)流動(dòng)噪聲信號(hào)
圖4為實(shí)驗(yàn)中所得到的不同流量下的上、下游標(biāo)記溶液流動(dòng)噪聲信號(hào)x（t）、y（t）經(jīng)35670A互相關(guān)運(yùn)算后得到的互相關(guān)函數(shù)。從圖4可看出各互相關(guān)函數(shù)主峰明顯，形狀規(guī)則，所求的渡越時(shí)間隨流量的減小而增大，說明渡越時(shí)間和流量間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。經(jīng)式（2）、式（3）即可將渡越時(shí)間和流量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換為相關(guān)流速和流量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
公安機(jī)關(guān)備案號(hào)：
