基于油井液面測試影響因素及對策的探討

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

0 引言

油井液面測試為油田生產智能化的重要內容，采用回聲法對油井液面進行監測，已經在在“三高”油田開發和成本管理中得到了廣泛應用。油井的生產環境十分復雜，油套環形空間次聲波運行速度的充數化，動液面反射回波時間、油井實際情況等都會對液面測試產生影響，需要結合回聲測試儀原理結構等多個方面對測試影響因素進行分析，制定出切實可行的應對策略。

1 油井動液面回聲法測試原理

采用次聲波技術在在油管與套管建立起的環形空間中傳播，碰到油液面生成反射信號后上傳到接收處理裝置，從而實現對油井動液面的持續監測。如果滿足監測時間設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行處理并傳輸到控制器。處理后的聲波數據與套壓等參數共同經過通信網絡傳給計算機進行數據解壓和計算，利用油管接箍回波來對環形空間中的聲速進行計算，液面回波利用數學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 油井動液面監測影響因素

2.1 監測原理影響因素

采用回聲技術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 是油管接箍回波數量，h 可取9.6，t1為次聲波至選擇點所需的時間。再結合次聲波回波時間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果會產生影響。在聲波測試過程中，油套環形空間內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系紗，在識別聲波時把初始聲波當作均速，則會對測試結果的準確性產生影響。而且，油井現實情況十分復雜，很多油管接箍回波不會以周期性進行改變，采集到的接箍數存在著一定的誤差。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，準確地得到液面回波時間。

2.2 監測儀器因素

微音器是對聲波信號進行采集的重要器件，油井液面測試時發揮著重要作用，油井內環境十分復雜，溫度、壓力等因素會對微音器靈敏度產生不利影響，使得回波不能準確接收到油管接箍波、液面波信號，會對測試的可靠性產生影響。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確識別出油管接箍波、液面波，這就會對測試數據的準確產生影響。油井液面測試儀通過控制電磁閥來驅動閥門開閉，氣體流動時會形成次聲波，不同規格的電磁閥對應不同的油井套壓，如果套壓太高或氣泵加壓長，就會導致電磁閥不能正常開啟，會對液面監測儀可靠性產生影響。

2.3 油井井況因素

油、套環管壁雜物會對液面測試產生影響，次聲波會在雜物部位產生反射，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。主要是因為油管結蠟等原因導致的，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溫度降低現象，當油井溫度和壓力達到蠟質點時，注入到油管和套管壁中，在進行液面測試時會出現假液面信號。清蠟劑的應用也會對液面測試產生影響，針對結蠟嚴重的油井多利用化學清蠟劑進行處理，由于該物質有著一定的黏稠性，從套管向油井注入會在某個部位產生環空液柱，假液在的存在會使液面測試數據產生很大的偏差。

井口套管壓力變化產生的影響方面，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生較大的聲波能量，次聲波在油套環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，為了提高油井產量在放壓操作后沒有及時將球閥關好，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。抽油機等人工舉升設備的振動或桿管偏磨出會產生影響，抽油機在運行時會形成周期性的震動，桿管偏磨出會導致井口部位存在震動，應激波會對油井動液面測試產生影響，使得采集到的回波曲線變得零亂。

3 油井動液面監測對策

3.1 監測原理因素解決對策

針對聲速獲取因素的影響，可結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行計算，這樣可以降低計算誤差。相同地質區域套管聲波均速規律基本相同，得到該地區域前十節油管聲波均速，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確性。短時自相關函數計算法，也可以提高液面測試數據的準確性，有用自相關函數具備的數據識別能力，可以對油管接箍聲波數據分幀處理，經過首個峰值點來得到計算此接箍聲波的是時間差，再結合采樣周期、油管長度來對聲波運行速度進行計算，利用提高采樣頻率和數據幀長的方式來提升測試數據的準確性。

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

3.2 監測儀器因素解決對策

選用測井作業應用的微音器來對動液面聲波數據進行監測，有著更高的靈敏度、耐高溫等性能，可在油井腐蝕物環境正常運行，應用的壓力范圍更寬。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和曲線幅度，可以更為準確地接受到油井接箍數量和油井液面值。針對電壓閥的影響因素，需要根據油井套管壓力來選擇合適的壓力范圍的電磁閥型號。對運行參數進行設置，合理延長外接氣泵加壓時間，使經過電磁閥的氣體壓力變小，提升油井液面測試數據的準確性。

3.3 油井井況因素解決對策

針對油套空間雜物問題，可采用熱洗法進行作業，可有效清除掉管壁蠟質和其它雜物，如果油井結蠟嚴重則需要對油井定期投入清蠟劑。針對“環形液柱”，可采用加壓泵對套管中注入一定數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閉，使油井套壓保持在2.0-2.5兆帕。如果發現套管存在漏氣問題，需要組織維修人員進行處理，在壓力滿足測試要求后再進行聲波測試。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行液面測試。針對人工舉升設備的震動和桿管偏磨，需要暫停設備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，再對油井液面進行測試。

4 結語

回聲法對油井動液面進行測試是比較常用的方法，受到油井實際運行情況的影響，油井液面信息的準確性和可靠性會受到一定程度的影響，應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據準確性。