天津大港油田第五采油厂
摘要：发展石油分层开采技术是为了调整已开发油田和投产新油田实现的一项应用技术。为了解决分层采油过程中出现的复杂问题，针对这类问题提出更具科学性的处理方案，我国致力于研究分层开采技术，提高油田开采领域的科研水平、生产管理水平和经济效益。有测井和岩芯资料显示，分层开采技术就是针对我国独特的陆相沉积油田地质发展出来的，我国大多数陆相沉积油藏都具有非均质性，油藏空间在纵向和横向上都存在着不平衡性，横向是原油成分的浓度梯度上，纵向是原油物性密度梯度上。分层开采就是为了改善上述现象，解决陆相沉积油藏的非均质性，使分层开采时各个地质层之间互相不干扰。
关键词：分层采油；超声波；时差法；流量测量
引言
我国油田目前处于高含水后期，在高含水阶段把握油井内的原油量并进行开采是非常重要的，往往采用油田注水来实现分层开采，油田注水只能在油藏含水层是20%到60%的阶段进行，而我国的油井含水量正在快速增加，在这种情况下，只有不断地对高含水后期油藏进行研究，才能够为我国的油藏开采提供有利支撑，得到一份完整的理论和技术。油田开采的技术有：（1）重复压裂技术，把关注点从原油产量（结果）转到压裂技术（过程），这样做的好处是控制油井中的水含量，在现有的油藏基础上增加原油的开采量。我国大部分的注水开采，随着注水量增加油井的开采周期也会变长，开采效率会受到影响。（2）裂缝深部暂堵酸化工艺技术，在注酸时通过暂堵剂堵住高渗层，酸化低渗层，实现纵向均匀布酸，改善纵向吸水剖面。通过这两种方法，结合我国当时的地质情况，石油采出量有了明显提高。
1 非接触式测量方法
1.1 容积式流量计
流体的流量越大，容积式流量计的测量次数越多，流量计的输出频率越高越容易测量，对高粘度和低雷诺数的流体测量较为准确。优点是操作方便，安装条件不受影响，精度高。缺点是结构复杂，体积庞大，对于被测液体的介质条件要求非常高。容易产生高强度的噪声和震动，不适用于高、低温场景。
1.2 叶轮式流量计
工作原理是将叶轮放置在被测流体中，流体的流动出现涡流路，叶轮旋转的速度反映流量的大小。优点是结构简单，可靠性强，安装简单，维护和更换都十分方便，并且检测传感器不直接接触被测介质，性能稳定测量范围宽，量程比可达1:10。正因如此，其缺点也十分明显，叶轮式流量计测量准确度低，不适合精确测量。
1.3 差压式流量计
差压式流量计分为一次装置和二次装置，由于产生压力差也称为变压降式流量计。一次装置的节流件是差压式流量计的测量部分，二次装置的差压变送器和流量显示仪是显示部分。其优点是测量方法历史悠久，比较成熟。发电厂的蒸汽、供水、结露水等流量测量都首先采用该测量方法。但是不适合用于测量井下高温流体。
1.4 电磁流量计
电磁流量计的原理是，管道内的导体在管道多相磁场的作用下，产生的闭合电路感应电动势，根据电磁感应现象可知感应电动势与流量大小成正比，电磁流量计通过检测感应电动势得到管道内的流体流量。
优点是测量精度和灵敏度都较高，因其测量精度高，维护频次低，可以减少人工作业。缺点是造价太高，而且测量时容易受外界电磁干扰，对环境要求较高，仅适合测量导电的液体，应用范围受限。
超声波流量计是基于流速、相分率等物理量进行测量的。在流体流动过程中，流体作用于超声脉冲，通过捕捉脉冲进行测量。因此更加适用于对工作环境和测量精度要求高，管道内复杂因素多变的流体进行测量。在不接触到被测流体的情况下，超声波流量计测量时不影响流体的正常流动，不易破坏流体流动状态，通常适用于测量粘度较高、导电性较差的流体，相对于其他流量计来说成本较低。因此，本文采用的是超声波流量计来完成分层采油井下流量测量实验。虽然超声波流量计相对于机械流量计起步较晚，但是由于市场前景好且发展迅速，促使超声波流量计被广泛应用到各个领域。
2 分层采油超声波时差法井下流量测量
调节螺杆泵的频率为20Hz、30Hz、40Hz、50Hz、60Hz对流体流速信息进行记录，实验流量计的参照为双叶轮式质量流量计，在实验过程中能够准确测得油水混合流体的流速，通过与超声波流量计的测量结果进行对比，经过大量实验得出数据，设定所有数据都是在管道内流体充满管道时测量，因此除去流体未充满时的误差数据。
在油水比例为1:9时，当螺杆泵设置的频率越低，测量误差相对越大，例如20Hz时测量的数据误差较大，此时实验误差相对较大，试验数据不可靠。同时也说明本系统不适合小频率的流量测量。螺杆泵的频率越高，测量误差越小，例如60Hz时测量的数据误差较小。
在油水比例为3:7时，频率越低，测量误差越大，例如20Hz时实验误差相对较大，试验数据不可靠。同时也说明本系统不适合频率非常小时的流量测量。螺杆泵的频率越高，测量误差越小例如60Hz时测量的数据误差较小。对于此实验中40Hz误差变小，分析后可知此时测量数据可信度较低，但是处于测量误差范围内。
经过研究表明，频率越高，相对误差越小，当20Hz时的误差保持在20%左右，两个流量计的测量数据相差较大，此时小频率状态下不适合使用超声波流量计进行测量。当频率逐渐调整到60Hz时，误差会随之降低到10%以下，此时两个流量计的测量数据相差较小。理论上讲，螺杆泵的频率升高，转速增大，流体流速也变大，所以流体的流速与螺杆泵的频率成正比。流体流速与频率成正比。在油水混合流体对比仿真实验可知：当水的含量较大时，混合流体的流速较高，当水的含量较小时，混合流体的流速较低，说明超声波时差流量计符合测量需求。
3 结论
总结上述结论，在流量小且流速小的测量情况下，超声波时差法流量计的测量值与质量流量计的测量值相差较大，原因是超声波时差法流量计测量的是时间差值，当管内的流体流速较低时，顺流与逆流的时间差较小，经过计算后的流速误差变大，所以测量时应该在流速较高的环境，此时误差也相对减小。与实际油井情况对比发现，分层采油过程中的油水混合流体流速最低为0.5m/s，流速最高可达10m/s，经过实验验证可知本系统可应用在分层采油流量测量。
参考文献：
[1]党晓丽,张正平,陈学辉等.机械分层采油技术研究[J].中国石油和化工标准与质量,2019(12).
[2]裴鹏飞,廖凯,徐佳,等.浅论高含水后期分层采油技术在石油工程中的运用[J].化工管理,2019,000(018):112-113.