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电导传感器测量注水井流量应用的方法实验与研究

电导传感器测量注水井流量应用的方法实验与研究

注入剖面测井的注入流体通常为水、蒸汽、聚合物溶液，此外还有CO2、N2等[1]。目前应用于注入剖面流量测量的主要有同位素示踪方法、涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、流速仪、脉冲中子氧活化仪。但目前仍然需要低成本、无放射性污染、适用于低流量注入井的流量测量方法。

1 电导传感器测量水流量测量原理[5-6]

图1　注入井电导相关流量测量原理图

实验的测量原理如图1所示。在沿流动通道安装2个相距为L、通道特性相同的电导传感器，即上、下游电导传感器。它们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），2路信号经解调、放大和滤波等处理后，就可检测出2路流动噪声信号x（t）和y（t）。当2个传感器相距较近时，可以认为流体的流动近似满足“凝固”模型。在此条件下，2个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τ₀，将2个信号进行相关处理，则可得到以时间延迟τ为变量的互相关函数Rxy（τ）

（1）

　　Rxy（τ）峰值所对应的时间延迟τ_o为流体从1个传感器流到另1个传感器的时间，称为渡越时间。此时可认为相关流速u_c等于被测流体平均流速u_a，即

（2）

　　设管道的横截面积为A，则被测流体的流量为

（3）

相关流量计应用于产出剖面油水两相流测量时，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。在注水井中，流道内流体为单相流，电导率均匀分布，电导传感器无法检测流动噪声进行相关流量测量。通过人为对流体加入外部扰动进行测量，利用释放器向水中释放高电导率的标记溶液（NaCl溶液），标记溶液随着水一起流动经上、下游电导传感器，上、下游传感器上所产生的流动噪声信号随时间变化的趋势具有很好的相似性，从而可以采用互相关的方法来确定注入水的流量。

2 在流动装置中的低流量动态实验

实验装置见图2。敏感元件由镶嵌在绝缘管壁的环形电极构成，4个环形电极构成了上游传感器和下游传感器，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。

　　上、下游电导传感器产生的电压信号经解调、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uc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。

3 实验结果及分析

图3列出了所记录的其中4组电导传感器检测出的上、下游标记溶液的流动噪声信号，图3（a）、（b）、（c）、（d）对应的标定流量分别为11.2、8.4、6.9和1.3m³/d的信号。从图3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3 上、下游实测流动噪声信号

图4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。从图4可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。经式（2）、式（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。

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