技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明屬于電子儀器技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

油田采油期間，要向儲(chǔ)油地層注入大量清水，增加地層壓力。把原油驅(qū)替出來。因?yàn)榇蟛糠钟吞锏叵掠卸鄠€(gè)含油地層。注水井也要向多個(gè)油層注水。要了解井下各地層吸水量，需在井下各層深度進(jìn)行流量測量。由于井內(nèi)有油管和套管存在，地層和井眼被隔離開。常規(guī)流量儀(渦輪流量計(jì)等)不能用來測量地層吸水量。幾十年來，國內(nèi)外油田井下地層吸水量測量一直采用放射性物質(zhì)示蹤測量法。即把含有放射γ射線的同位素ba¹³¹或i¹³¹的固體微球(直徑0.1～1㎜)隨水注入井下。進(jìn)入地層后，濾積在地層表面。然后用γ射線儀器測量各地層γ射線強(qiáng)度確定吸水量。此方法雖然解決了油管隔離測量問題，但存在以下方面缺點(diǎn)。一是γ射線源是對人體有害物質(zhì)，對施工人員健康不利。二是對固體微球制造要求嚴(yán)格，其密度與水差異＜±1％。否則在水中會(huì)上浮或下沉，造成測量誤差。三是地層空隙大小不一，大到毫米以上，小到微米以下。微球直徑很難適應(yīng)各種地層，經(jīng)常造成微球進(jìn)入地層深處，測不到γ射線，不能確定地層吸水量。后來國外發(fā)展了用高能快中子源活化水中氧原子，使它釋放γ射線，然后用時(shí)差法測量水流速度的方法，雖然克服了上述問題。但由于儀器造價(jià)昂貴，一套要三百多萬元。而且活化氧壽命只有六秒多。測量小流量不準(zhǔn)確。儀器關(guān)鍵部件中子發(fā)生器壽命短，國產(chǎn)只有六十小時(shí)。施工成本高，測量范圍小，不易大量推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明專利采用了超聲波多譜勒效應(yīng)測量物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度的原理。因?yàn)槌暡纱┩笍椥怨腆w和液體，所以可用于井下地層吸水量測量。

本發(fā)明要解決的問題是油田注水井油管內(nèi)部測量管外水的流速。測量方法如圖1所示。超聲波發(fā)射探頭和接收探頭貼靠在油管內(nèi)壁，兩探頭軸線與油管軸線的夾角分別為α和β。發(fā)射探頭發(fā)射頻率為f0的超聲波，波束穿過油管壁進(jìn)入流速為v的水流中。水中微小顆粒雜質(zhì)(幾微米左右)對聲波產(chǎn)生散射。部分散射聲波被接收探頭接收。根據(jù)聲波的多譜勒理論。接收到的流體散射聲波的頻率f與水流速度有關(guān)。

可寫為：

其中：f0—超聲波發(fā)射頻率；f—超聲波接收頻率；fd—頻率偏差

c—超聲波在水中傳播速度；±v—水流速度和方向

在(2)式中，f0、α、β、c是測量裝置的已知量。因此，只要能測量f的數(shù)值，即可計(jì)算水流速v。

圖1是本發(fā)明的測量原理圖；

圖2是井下測量裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖3是信號處理電路流程圖。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)：

圖2是本發(fā)明井下測量裝置結(jié)構(gòu)圖。由于是在圓型油管內(nèi)進(jìn)行測量，所以本裝置也加工成圓柱狀，直徑小于油管內(nèi)徑。圖2中從上至下①為裝置不銹鋼外殼；②為電子線路室，通過電插頭與電纜鏈接；③⑤為驅(qū)動(dòng)探頭總成貼靠管壁的彈簧片；④為收發(fā)探頭總成；⑥為驅(qū)動(dòng)彈簧片的柱塞；⑦為驅(qū)動(dòng)柱塞的熱膨脹液。

測量裝置通過一根鎧裝電纜送入井下預(yù)定地層深度。通過電纜送電，給熱液⑦加熱，液體升溫膨脹，推動(dòng)活塞上行，帶動(dòng)彈簧片③⑤變形，把探頭④貼靠在油管內(nèi)壁上。

裝置電路工作流程如圖3所示；裝置供電后首先由頻率震蕩電路①產(chǎn)生頻率為f0的正弦電壓，經(jīng)功率放大器②放大后激勵(lì)發(fā)射探頭③發(fā)射頻率f0的超聲波。接收探頭④接收水流頻率f的散射聲波并轉(zhuǎn)換為同頻率電壓，經(jīng)放大電路⑤放大后與①中的頻率為f0的正弦電壓一起送入⑥。在⑥中進(jìn)行差頻轉(zhuǎn)換。再經(jīng)選頻率電路⑦選出差頻電壓，放大后經(jīng)電纜送到地面。地面裝置用fd計(jì)算出水流速和流量。測量完成后經(jīng)裝置斷電，熱液降溫收縮，探頭收回,通過上提或下放電纜改變裝置深度，進(jìn)行下一地層測量。

應(yīng)用前景

全國油田注水井在十萬口以上，每年用于測量的費(fèi)用在十億元以上。目前90％以上用放射微球示蹤法測量，其余用快中子氧活化法測量。如推廣使用超聲多譜勒法測量不僅可提高測量精度還可降低成本，估計(jì)新方法比放射性新蹤法降低成本30％。比快中子氧活化降低十倍成本。而且避免了放射性帶來的環(huán)境污染和人身傷害。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
油田注水井井下分層收水量測量幾十年來都采用放射性γ射線測量。缺點(diǎn)是對人體健康有傷害，對環(huán)境有污染。測量精度差。本發(fā)明提出用起聲波多譜勒效應(yīng)測量井下分層的水量。免除了上述缺點(diǎn)，降低了測量成本，提高了測量精度，有很好的市場推廣前量。

技術(shù)研發(fā)人員：王金鐘
受保護(hù)的技術(shù)使用者：王金鐘
技術(shù)研發(fā)日：2017.01.18
技術(shù)公布日：2017.08.22