专利名称：：一种应用于注入井流量测量的电导示踪相关方法一种应用于注入井流量测量的电导示踪相关方法
技术领域：
-本发明涉及油田测井领域中的一种流量测量方法，具体地说涉及一种利用互相关流量测量技术实现注入井内流量测量的方法。
背景技术：
：目前应用于注入井流量测量主要有同位素示踪法、同位素示踪相关法、涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、脉冲中子氧活化仪等。这些方法与仪器已经广泛地应用于笼统注入井和分层注入井的注入剖面测量，适应于水、聚合物溶液等介质。但同位素示踪法和同位素示踪相关法存在着放射性污染；涡轮流量计有可动部件和阻流元件容易被井内流砂或污物卡住；电磁流量计、超声波流量计、脉冲中子氧活化仪等成本较高或流量下限较高，难以满足在低注入井中的应用。也就是说，现有技术中的这些测井方法都存在着一定的局限性，那么能否找到一种适用于低流量注入井的流量测量方法，并且应用这种方法时需要无可动部件和阻流元件、低成本、无放射性污染，这己经成为注入井流量测量领域中需要解决的一个技术难题。
发明内容为了解决注入井流量测量领域中现有的测量方法都具有一些应用上的局限性的问题，本发明提供一种应用于注入井流量测量的电导示踪相关方法，该方法实施后，在集流条件下可实现对低注入量的测量，具有造价低廉、无可动部件和阻流元件、启动排量低、无放射性污染、重复性和一致性好等特点。本发明的技术方案是该种应用于注入井流量测量的电导示踪相关方法，由下列步骤构成(1)将标记溶液释放器与电导式相关流量传感器顺次连接后，坐封于注入井液流通道中，所述电导式相关流量传感器具有六个电极，分别称为电极A、B、C、D、E、F，其中首尾两个电极为激励电极，外接恒流源电路，中间四个电极为信号采集电极，其中一对电极B、C构成上游传感器，另一对电极D、E构成下游传感器，分别连接两路信号处理电路，所述信号处理电路具有放大、解调、滤波功能，分别输出两路信号S1、S2;(2)将具有高电导率的溶液作为标记溶液注入标记溶液释放器；(3)将上述两路信号处理电路的信号输出端连接至35670A万能波形分析仪的信号输入端；(4)启动标记溶液释放器，将标记溶液推入电导式相关流量传感器内；(5)由所述35670A万能波形分析仪进行数据采集和利用公式(1)自动进行互相关运算，求得渡越时间T。，通过公式(2)、(3)转换为流量，从而实现对流过传感器内流体流量的测量；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(3)其中，Rxy(T)为互相关函数；Vx(t)、Vy(t+T)分别为上、下游传感器采集的流动噪声的电压信号；v。。为流体的流动噪声的运移速度；L为上、下游传感器的间距，"为渡越时间；A是管道的横截面积；Q为被测流体的流量。本发明具有如下有益效果本方法将互相关流量测量技术与电导式相关流量传感器、标记溶液释放器结合后，首先应用在了注入井流量测量领域，具有无可动部件和阻流元件、启动排量低、无放射性污染及造价低廉等特点，并且应用这种方法其测量下限可达lm7d，上限可达200m7d，具有广泛的应用领域，可适用于各种流量的注入井图1是本发明中所示方法的原理图。图2是本发明中所涉及的标记溶液释放器与电导式相关流量传感器连接后的结构剖视图。图3是本发明中为激励电极提供激励电源的恒流源电路的电路原理图。图4是与上游传感器对相连接的信号处理电路的电路原理图。图5是与下游传感器对相连接的信号处理电路的电路原理图。图6是互相关流量测量技术基本测量原理示意图。图7是验证本发明的实验模拟注入井装置示意图。图8是实验中标定流量为11.2m7d时的传感器检测出的上、下游标记溶液的流动噪声信号。图9是实验中标定流量为8.4m7d时的传感器检测出的上、下游标记溶液的流动噪声信号。图10是实验中标定流量为6.9m7d时的传感器检测出的上、下游标记溶液的流动噪声信号。图11是实验中标定流量为1.3m3/d时的传感器检测出的上、下游标记溶液的流动噪声信号。图12是实验中标定流量为11.2m7d时的上、下游标记溶液流动噪声信号x(t)、y(t)经35670A互相关运算后得到的互相关函数。图13是实验中标定流量为8.4m7d时的上、下游标记溶液流动噪声信号x(t)、y(t)经35670A互相关运算后得到的互相关函数。图14是实验中标定流量为6.9m7d时的上、下游标记溶液流动噪声信号x(t)、y(t)经35670A互相关运算后得到的互相关函数。图15是实验中标定流量为1.3mVd时的上、下游标记溶液流动噪声信号x(t)、y(t)经35670A互相关运算后得到的互相关函数。图16是本发明实施例中电导示踪的标准流量和相关流量图版。图中l-电机，2-电机行程开关，3-推杆，4-柱塞，5-压力平衡腔，6-标记溶液释放器，7-标记溶液喷管，8-平衡腔进液口，9-标记溶液装填口，10-进液口。具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明本发明中所述的这种应用于注入井流量测量的电导示踪相关方法，其主要利用了互相关流量测量技术来实现，该方法由下列步骤构成首先，将标记溶液释放器与电导式相关流量传感器顺次连接后，坐封于注入井液流通道中，所述电导式相关流量传感器具有六个电极A、B、C、D、E、F，其中首尾两个电极为激励电极，外接恒流源电路，中间四个电极为信号采集电极，其中一对构成上游传感器对，另一对构成下游传感器对，分别连接两路信号处理电路，所述信号处理电路具有放大、解调、滤波功能，分别输出两路信号Sl、S2。上、下游传感器对相连接的信号处理电路的电路原理图分别如图4、图5所示。信号处理电路主要是对所采集到电压信号进行放大和滤除高频的外界噪声信号，图3、4、5中的A、B、C、D、E、F端分别和电导式相关流量传感器中的A、B、C、D、E、F相对应连接。其次，将具有高电导率的溶液作为标记溶液注入标记溶液释放器；然后，将上述两路信号处理电路的信号输出端连接至35670A万能波形分析仪的信号输入端；之后，启动标记溶液释放器，在电机带动推杆、柱塞后，将标记溶液推入电导式相关流量传感器内；最后，由所述35670A万能波形分析仪进行数据采集和利用公式(1)自动进行互相关运算，求得渡越时间t。，通过公式(2)、(3)转换为流量，从而实现对流过传感器内流体流量的测量。最后一步中大量数据的计算是可以通过计算机的运算来实现的。(1)vcc=L/t。(2)Q=VccA(3)其中，Rxy(T)为互相关函数；Vx(t)、Vy(t+T)分别为上、下游传感器对采集的流动噪声的电压信号；v。。为流体的流动噪声的运移速度；L为上、下游传感器的间距，"为渡越时间；A是管道的横截面积；Q为被测流体的流量。下面介绍本发明的工作原理互相关流量测量技术是基于来自同一流道内上、下游传感器所检测到的流体内部的流动噪声的互相关函数的测量。在过去的几十年中，基于电容、电导、超声波、放射性、光等各种传感器的相关流量测量技术已经得到广泛研究，有些已经实现商业化应用。其基本原理如图6所示。在沿流动通道安装两个相距为L、通道特性相同的传感器，即上游传感器和下游传感器。两个传感器分别敏感于流过各自敏感区流体的电导。上、下游传感器分别输出信号Sx(t)、Sy(t)，两路信号经解调、放大和滤波等处理后，就可检测出两路流动噪声信号jc(0和:K0。当两个传感器相距较近时，例如在几倍管径范围之内，可以认为流体的流动近似满足"凝固"模型。在此条件下，两传感器的输出信号波形是相似的，下游传感器输出的随机噪声信号较上游传感器的信号在时间上延迟了^，将两信号进行相关处理，则可得到以时间延迟r为变量的互相关函数^y(r)i^y(r)的峰值所对应的时间延迟^即为流体从一个传感器流到另一传感器的时间，称为渡越时间。此时，可认为相关流速M等于被测流体的平均流速船，艮P:Ma=Mc=一设管道的横截面积为A，则被测流体的流量为在以往的技术中，曾有过利用互相关流量测量技术将电导式相关流量传感器应用于产出剖面油水两相流测量的一些实际例子，传感器可以通过检测两相流体的各相空间分布不均匀性形成的本征流动噪声来测量流量。但是，在注水井中，由于流道内流体为单相流，电导式相关流量传感器无法检测出流动噪声进而进行相关流量测量，因此限制了互相关流量测量技术在注水井中的应用。本方法做出的重要改进之处就在于，通过人为对流体加入外部扰动，利用标记溶液释放器向流体内释放高电导率的标记溶液，标记溶液随着流体一起运动流经电导式相关流量传感器，在两个传感器对的敏感区内，传感器的流动噪声信号随时间变化的趋势就会具有很好的相似性，从而可以采用互相关流量测量的方法来确定注入水的流量。在应用本方法时所涉及到的一些装置中，电导式相关流量传感器是由99212952.4号专利文件所公开的现有技术，而标记溶液释放器是属于自行研制出的产品范畴。至于恒流源电路以及信号处理电路均属于电子领域内的常规电路。本发明的有效性，通过以下的实验来证实-图7是验证本发明的实验模拟注入井装置示意图，由带有进出水口的有机玻璃筒、标记溶液释放器、传感器、封隔塞组成。敏感元件由镶嵌在绝缘管壁的环形电极构成，四个环形电极构成了上游传感器对和下游传感器对，检测出流经其敏感区内标记溶液的流动噪声。实验时，把传感器置于有机玻璃井筒内，内直径为64.5mm，流道内置封隔塞，使全部流体流经上、下游传感器。实验中，保持有机玻璃筒内的液位不变，以保持压力稳定。通过调节出入闸门的直径大小从而来改变流量，采用体积法对流量进行标定。两路传感器对的电压信号经解调、放大、滤波之后，由35670A万能波形分析仪对流动噪声信号的采集、相关运算(求渡越时间)及数据存储。在每一种流量下，将测得的相关流速"c取平均，进而获得相关流速与标准流量的关系。实验流体采用的是矿化度为几百ppm的自来水，标记溶液采用的是具有一定浓度的盐水溶液，由释放器释放到流体中。具有较高电导率的标记溶液造成流过电导传感器流体电导率的随机波动，因而使电导传感器输出为具有随机特征的信号。图8到图11列出了所记录的四组电导传感器检测出的上、下游标记溶液的流动噪声信号，其对应的标定流量分别为11.2m7d、8.4m7d、6.9m7d、1.3mVd的信号。从图中可以看出，上、下游流动信号具有明显的相似性，峰值和谷值对应明显，且具有一时间延迟。图12到图15为实验中所得到的不同流量下的上、下游标记溶液流动噪声信号x(t)、y(t)经35670A互相关运算后得到的互相关函数。35670A的采样点数n=512、记录长度为2s。从图中可以看出各互相关函数主峰明显，形状规则，所求的渡越时间随流量的减小而增大，说明渡越时间和流量间存在对应关系。经公式(2)、(3)即可将渡越时间和流量间的对应关系转换为相关流速和流量间的对应关系。把测得的渡越时间转换为相关流速后取平均，进而获得相关流速与标准流量的关系，如图16所示，从图可知，相关流速和流量呈很好的线性关系。图17是相关流量和标准流量的关系图，依据下式可计算相关流量与对应标准流量的标准偏差o。E(Q相-Q标)2K(N-l)式中，Qs为相关流量，Cb为标准流量，N为所有测量点数。计算出的a为O.lm7d。对图17中的数据进行线形拟合，得到标准流量Qis和相关流量Q相之间的关系式Q标二0.9919Q相+0.031，线性相关系数R=0.9985，具有很好的线性度。将标准流量值代入上面的公式，就可得到平均相关流量与标准流量之差。如表1所示，从表中的数据可知，把电导示踪方法应用于注水井中的流量测量具有较高的精度，尤其是适用于低流<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表l经过对各种流量的雷诺数Re利用公式(4)进行计算，式中的^取25t:时的值为0.897e—6m2/s，得出各流量点的雷诺数如表2所示。用临界雷诺数Rec(2000沐判定流体的流态，大于Rec的流体可以基本判定流态为紊流，小于Re。的流体流态基本为层流，可以初步判定，本实验中流量为2mVd、1.3m7d的流体为层流，其余的为紊流，表l的结果显示，可以基本忽略流体是层流和紊流对流量测量的影响。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表2通过上述实验研究可得到如下结论-1)由标记溶液释放器向流道内释放高电导率的标记溶液，使得单相流体内部形成了电导传感器可以检测的流动噪声信号。通过检测标记溶液的运移状况，从而实现对流经传感器的流体的流量测量。2)实验结果显示，电导传感器的上、下游传感器相关性很好，通过电导传感器测量并转换而来的相关流速与注入量呈线性关系，并且该传感器在低流量下的响应特性很好，具有很好的流量分辨率。本发明所述方法具有低成本、无放射性污染、线性好、流量测量下限低等优点，将会为测量注入剖面的流量测量提供一个新思路。下面提供一个利用本发明具体实施的例子如图2所示，先将标记溶液释放器和电导式相关流量传感器连接好，置于注入井液流通道内，而后在电导式相关流量传感器下端接一集流器或坐封，迫使流体全部经电导式相关流量传感器的进液口流入。然后配比标记溶液。在这里作出特殊说明的是，本例中标记溶液的具体组成是通过大量实验和仿真后得出的优选结果。得出当选择盐水浓度为20万ppm、聚合物溶液浓度为2000ppm的混合溶液作为标记溶液时，在NaCl溶解度的范围内使盐水溶液得到最大的电导率，即测量效果最好。聚合物溶液浓度的选定的依据为在确保释放器能够通顺的喷射出标记溶液的条件下增大浓度，因为聚合物溶液随着浓度的增加其电导率、黏度也随之增加，所以，高浓度的聚合物溶液可以充分发挥作为阻扩散剂的作用并提高标记溶液的整体电导率，但是，过高的黏度会阻塞释放器的喷射口，故浓度不能无限制的增加，通过释放器喷射实验反复验证浓度定为2000ppm。这里所说的聚合物优选为聚丙烯酰胺。而后，通过标记溶液装填口释放器吸入标记溶液，再启动标记溶液释放器，释放器采用注射器的原理，通过电机带动推杆驱动柱塞把标记溶液通过喷管释放出进入电导式相关流量传感器内的液流通道内。最后，由注入流体携带标记溶液通过电导式相关流量传感器的上、下游传感器对，标记溶液的释放同时，通过信号处理电路处理的电信号送入35670A万能波形分析仪进行数据采集和利用公式(1)自动进行互相关运算，求得渡越时间T。，通过公式(2)、(3)转换为流量，从而实现对流过传感器内流体流量的测量。表3中列出了电导示踪方法侧得的标准流量和测量流量数据，图16为依此数据所得到的实验图版，相关流量为实验测得的流量，标准流量为经过标定的实际流量，从表3和图16中可以看出，相关流量和标准流量线性度好、数据离散性小，完全符合流量测量的要求，在集流条件下可实现对低注入量的测量，流量测量下限可达1.3m7d。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表4通过表4的数据可以看出，与其他应用于注入剖面的流量测量方法相比，本发明所列方法造价低廉，且比涡轮流量计和脉冲中子氧活化仪下限低，因为电导示踪相关方法所采用的标记溶液是高浓度盐水，和同位素示踪相关法相比无放射性污染。综上所述，本发明所列方法具有较大的实用性。权利要求1、一种应用于注入井流量测量的电导示踪相关方法，其特征在于该方法由下列步骤构成(1)将标记溶液释放器与电导式相关流量传感器顺次连接后，坐封于注入井液流通道中，所述电导式相关流量传感器具有六个电极(A，B，C，D，E，F)，其中首尾两个电极为激励电极，外接恒流源电路，中间四个电极为信号采集电极，其中一对构成上游传感器对，另一对构成下游传感器对，分别连接两路信号处理电路，所述信号处理电路具有放大、解调、滤波功能，分别输出两路信号(S1，S2)；(2)将具有高电导率的溶液作为标记溶液注入标记溶液释放器；(3)将上述两路信号处理电路的信号输出端连接至35670A万能波形分析仪的信号输入端；(4)启动标记溶液释放器，将标记溶液推入电导式相关流量传感器内；(5)由所述35670A万能波形分析仪进行数据采集和利用公式(1)自动进行互相关运算，求得渡越时间τ0，通过公式(2)、(3)转换为流量，从而实现对流过传感器内流体流量的测量；2、根据权利要求1所述的一种应用于注入井流量测量的电导示踪相关方法，其特征在于:所述标记溶液中氯化钠的浓度为20万ppm，聚丙烯酰胺的浓度为2000卯m。全文摘要一种应用于注入井流量测量的电导示踪相关方法。主要解决注入井流量测量领域中现有的测量方法都具有一些应用上的局限性的问题。其特征在于本方法通过人为对注入井内单相流体中加入外部扰动进行测量，利用标记溶液释放器向流体内释放高电导率的标记溶液，标记溶液随着流体一起运动流经上、下游传感器对，随流体运动过程中扩散的不均匀性即可形成可检测的流动噪声，在两个传感器对的敏感区内，传感器的流动噪声信号随时间变化的趋势具有很好的相似性，从而实现利用电导式相关流量传感器来测量注入水的流量。具有造价低廉、无可动部件和阻流元件、启动排量低、无放射性污染、重复性和一致性好等特点。文档编号E21B47/00GK101235714SQ20071014487公开日2008年8月6日申请日期2007年12月20日优先权日2007年12月20日发明者刘兴斌,军李,敏王,胡金海,兵蔡,马水龙申请人:大庆油田有限责任公司