泵下聲波管傳直讀測試技術(shù)及其應(yīng)用

何寅（遼河油田鉆采工藝研究院，遼寧 盤錦 124010）

泵下聲波管傳直讀測試技術(shù)及其應(yīng)用

何寅（遼河油田鉆采工藝研究院，遼寧 盤錦 124010）

本文介紹了泵下聲波管傳直讀測試技術(shù)及其應(yīng)用，該技術(shù)主要是利用聲波傳導(dǎo)、地面接收及濾波處理技術(shù)，將井下測試儀器隨油管下至泵下，采用壓電電聲換能器，通過功率放大及高壓變換，將壓力、溫度傳感器采集的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號，沿油管傳播到地面。地面采用加速度型聲波傳感器接收井下聲通訊信號，應(yīng)用WVD分布理論及TFPF算法，在強(qiáng)噪聲條件下提取有效信號，還原成井下溫度壓力數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)油井下壓力溫度數(shù)據(jù)采集的目的。

泵下聲波管傳；壓電電聲換能器；WVD分布理論；TFPF算法

遼河油田自投入開發(fā)以來，機(jī)采井所占比例越來越大，而相當(dāng)一部分的機(jī)采井需要定期進(jìn)行測試，了解油層的壓力溫度參數(shù)，以掌握井下地質(zhì)資料，實(shí)施新的開發(fā)工藝。目前，對機(jī)采井的監(jiān)測有很多方法，但常用的有以下三種：

（1）用鋼絲或電纜將壓力計(jì)下入油層進(jìn)行測試，但對于機(jī)采井來說這種方法很難完成。

（2）用油管帶拖筒將存儲式壓力計(jì)下入油層進(jìn)行測試。但這種測試不能實(shí)時(shí)監(jiān)測油層溫度壓力數(shù)據(jù)，需要起出管柱作業(yè)取出儀器才能錄取油層溫度壓力數(shù)據(jù)，缺少機(jī)動性，不能及時(shí)根據(jù)油層壓力溫度變化情況采取相應(yīng)的措施。

（3）用電纜捆綁油管方式將直讀式壓力計(jì)下入油層中進(jìn)行測試。這種方法雖然能實(shí)時(shí)監(jiān)測油層溫度壓力變化情況，但作業(yè)費(fèi)用較高，且施工起來較為繁瑣。

我們總結(jié)以往的測試方法和現(xiàn)有的測試手段研制出泵下聲波管傳直讀測試技術(shù)。該技術(shù)成功克服以上測試技術(shù)存在的問題，就是將儀器隨管柱作業(yè)下入泵下，油層溫度壓力數(shù)據(jù)通過聲波油管傳輸方式到地面接收器中，經(jīng)過聲音解碼就能獲取對應(yīng)的油層溫度壓力數(shù)據(jù)。

1 泵下聲波管傳直讀測試技術(shù)的工作原理

聲波沿貫通上下的井內(nèi)油管傳輸?shù)囊?guī)律可用下述公式表達(dá)：

公式1：聲振動一維波動方程：

公式2：聲能量衰減方程：

式中：δ—衰減系數(shù)，是一個(gè)與聲震動頻率、周圍環(huán)境、介質(zhì)、密度及形狀有關(guān)的系數(shù)：

P—聲壓；

C0—鋼鐵介質(zhì)油管中的聲速；

L—井下聲波發(fā)射器至井口的距離；

J0—井下聲波發(fā)射器處的聲強(qiáng)度；

J—距聲波發(fā)射器L遠(yuǎn)處的聲強(qiáng)度。

從經(jīng)典聲學(xué)理論可知，聲波信號在連續(xù)介質(zhì)中傳播時(shí)，其衰減幅度不大，特別是在聲速度很高的鋼鐵介質(zhì)中，并且其周圍環(huán)繞的是密度較低的油水氣介質(zhì)時(shí)。針對井內(nèi)油管柱而言，要考慮聲波信號通過連接每根油管的接箍時(shí)，會發(fā)生聲波的反射與折射。如果用R表示聲波反射系數(shù)，T表示折射系數(shù)，則它們可以分別用下式表示：反射系數(shù)和折射系數(shù)

式中，m是與油管及接箍材料有關(guān)的系數(shù)，α、β分別為聲信號在接箍處的反射角與折射角。

結(jié)論：油管與接箍旋緊及間隙處無雜質(zhì)，可增大聲波折射系數(shù)T，減少聲波反射系數(shù)R，可使聲能量傳輸更遠(yuǎn)。測試儀器采用壓電換能器，工作無方向性，適合水平井測試。

2 泵下聲波管傳直讀測試技術(shù)的優(yōu)越性

測試儀器隨作業(yè)管柱下井，測試工藝安全可靠，無需電纜捆綁油管施工起來簡單方便且測試費(fèi)用較低，可實(shí)時(shí)監(jiān)測井下油層溫度壓力變化數(shù)據(jù)，為油井下一步實(shí)施工藝措施提供可靠依據(jù)。該項(xiàng)技術(shù)達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)的水平。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

（1）測試目的：

通過對xxx井進(jìn)行無纜聲導(dǎo)測試，實(shí)時(shí)錄取該井的壓力、溫度變化，了解無纜聲導(dǎo)測試儀井下工作狀態(tài)。

（2）測試井基本情況：

該井于2015年11月15日關(guān)井，關(guān)井前日產(chǎn)液量8.4m3，日產(chǎn)油量7t。

（3）測試簡況：

2015年11月19日開始下入測試儀器，儀器下深2612.0m（垂深：2257.28m）。

（4）測試主要成果：

本次測試共歷時(shí)162h，其中壓力恢復(fù)時(shí)間為124.58h。壓力變化8.228MPa降到1.204MPa，關(guān)井后壓力由2.512上升到6.164MPa；

（5)現(xiàn)場測試結(jié)果：

下井儀在井下測試層位共采集溫度壓力數(shù)據(jù)87組，其中發(fā)送數(shù)據(jù)82組，地面接收儀共接收數(shù)據(jù)82組，全部接收。井下發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)值與地面接收儀接收數(shù)據(jù)數(shù)值完全吻合。證明井下壓力溫度采集系統(tǒng)測試精度達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

4 應(yīng)用前景

該項(xiàng)技術(shù)能夠利用油管實(shí)現(xiàn)井下溫度壓力測試數(shù)據(jù)的無電纜傳輸，測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠，測試費(fèi)用較低且施工簡單方便，在油井測溫測壓儀器的信號傳輸方式上取得重大突破，應(yīng)用前景廣闊。

[1]張建軍，張寶輝。油井無纜傳輸測試工藝技術(shù)。《油井測試》，2007.

[2]喬文孝，鞠曉東，車小花，盧俊強(qiáng)。聲波測井技術(shù)研究進(jìn)展。《中國油氣論壇-石油測井專題研討會》，2010.

何寅（1986-），男，工程師，現(xiàn)在遼河油田鉆采工藝研究院從事油田測試工作。