注水井洗井质量监控技术探讨

张广卿 （中石化胜利石油管理局采油工程处，山东 东营257001）

注水井洗井质量监控技术探讨

张广卿 （中石化胜利石油管理局采油工程处，山东 东营257001）

目前的洗井作业大多缺乏配套洗井监控技术，现场工作人员无法知道洗井的出入口排量变化情况和水质情况，也不能实时有效地控制洗井排量大小，导致洗井作业的有效率低，甚至造成地层堵塞。针对不同注水井的工况要求，采用双探头高精度超声波流量计准确控制洗井进出排量，根据出口水质的变化情况控制时间，能解决有效洗井问题。

洗井作业；洗井排量；水质；超声波流量计量；分光光度计量

1 现阶段洗井作业存在的问题

目前，洗井现场的入口排量通过配水间安装的流量计可以测得，出口排量则往往通过计量站或排污站的计量结果推算，这一结果不能及时和准确的提供给洗井现场；如果在现场出口安装流量计，由于井口环境的约束，流量计易损和不易检定，资源浪费过大。而通过洗井车的流量测试设备获取出入口排量虽然可靠，但设备庞大，成本过于高昂，不能满足节能降耗的要求［1，2］。所以，有必要找到一种低成本方便的监控技术来实现洗井时出入口排量的监控。

2 洗井质量监控技术探讨

随着新技术的发展和微电子技术的进步，注水井洗井质量控制技术也具备了不断提高的条件。超声波流量测试技术近几年有了很大的发展，采用双探头高精度超声波流量计在线监测和控制被洗井井口入水出水排量，并用水质对比分光光度计在线监测出水水质是有效解决注水井洗井质量监控问题的低成本方案。

2.1 洗井质量监测控制技术构成

通常的测量方法，是直接将超声探头装在管道上，由于管道生锈，污垢较多，每次需要测量探头距离，测量过程比较繁琐，测量精度较差。仪器不能存储测量数据。现改进为先在管道上焊一标准直管段，标准直管段已进行特殊处理，不易生锈。仪器能存储测量数据，并能通过RS485接口电路传送。通过对洗井的进水流量测量和出水流量测量，来判断洗井质量。

采用双探头高精度超声波流量测试和水质对比分光光度技术来监控洗井质量的主要优点有：①测量结果稳定，能够满足绝大多数清水和污水以及多种化学液体的流量测量需求，甚至含有大量悬浮物的液体也可以测量；②使用了电气隔离的直流电源供电，使主机可靠性和抗干扰性大大提高。在变频和高压条件下可以更稳定地工作；③构成简单，便于安装和携带；④现场及时对比洗井水质，把握洗井结果。

2.2 双探头高精度超声波流量计测量原理

超声波流量测量原理是，利用双探头双频超声信号，采用称为传输时间法测量液体流量。每路超声信号由安装在管路一侧的第一个传感器发出，经过对面侧的反射，由第二个传感器接收。这些信号是选择顺或逆流动方向发出的。

当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，其传播时间的变化正比于液体的流速。零流量时，2个传感器发射和接收声波所需的时间完全相同 （这是唯一可实际测量零流量的技术）；液体流动时，逆流方向的声波传输时间大于顺流方向的声波传输时间。其关系符合下面表达式：

式中，θ为声束与液体流动方向的夹角，（°）；M 为声束在液体的直线传播次数；D 为管道内径，m；Tup为声束在正方向上的传播时间，s；Tdown为声束在逆方向上的传播时间，s；ΔT＝Tup－Tdown为时差，s。

通过推导得出以下公式：

式中，F 为瞬时流量，m3/s；D 为管道的内径，m；V 为流速，m/s。

工作时，探头1、2检测到流量信号放大整形后，送单片机处理，计算瞬时流量和累计流量，送LCD显示，RS485接口电路加光电隔离电路和浪涌电路，还加测量数据存储电路。

因为信号是在流动的介质中传播，声信号的传播在顺流动方向上的传输时间将短于逆流动方向上的传输时间。传输时间差ΔT是可以测量到的，从而可以确定超声信号传播路径上的平均流速。根据管路的横截面对所获得的平均流速进行轮廓修正，就能得到与管路中体积流速成正比的数据。利用其特殊的电子技术测试引入的超声信号测量的有效性，并评估测量值的合理性。通过综合的微处理器控制整个测量周期，利用统计信号处理技术消除干扰信号。

超声波流量计具有精度高、可靠性高、压力损失小的特点，并且结构简单，安装方便。

2.3 双通道水质对比分光光度计在线监测原理

洗井水质对比分光光度计在线监测仪的主要作用是及时准确检测对比进水和出水水质浊度变化。其基本原理依据是朗伯－比耳定律，原理公式为：

式中，T为透射比；I0为入射光强度；I为透射光强度；A为吸光度；K为吸收系数；C为溶液的浓度；L为溶液的光径长度。

从以上公式可以看出，当入射光强度、吸收系数和溶液的光径长度不变时，透射比是根据溶液的浓度而变化的，分光光度计的基本原理是根据上述之物理光学现象而设计的［2］。分光光度计由磁饱和稳压器、光源、单色分光器和测光机构、光电接收器，信号处理电路，智能主板3大部分组成。

3 洗井质量监测控制技术的现场应用

典型井例：胜采st3－6xn231注水井，洗井前先关井降压扩散压力，待油套压平衡且低于注水系统压力，然后用25m3/h排量冲洗地面管线，直至进出口水质一致。倒流程，按照洗井过程：微喷阶段、平衡阶段、稳定阶段洗井。微喷阶段排量应控制在15m3/h，洗井2h，喷量不大于3m3/h。若喷量大于3m3/h，应加大排量使喷量控制在3m3/h内。平衡阶段排量应控制在25m3/h，洗井2h。稳定阶段排量应控制在30m3/h，进出口排量、水质一致，稳定2h，进出口水质一致，再投注。

洗井时，利用现场仪器的实时监测数据，可以有效地控制进出口排量，调整返还水喷量，实现洗井质量的控制。

［1］彭仁田.石油开发工程 ［M］.东营：中国石油大学出版社，2006.

［2］兰承露.创新洗井方式方法 ［J］.黑龙江科技信息，2009，24 （10）：48.

TE252

A

1000－9752（2011）06－0262－02

2011－04－11

张广卿 （1960－），男，1994年大学毕业，高级工程师，现主要从事油田开发管理工作。

［编辑］ 苏开科