摘 要
井下存儲(chǔ)式電磁流量計(jì)可用于油田注水井井下水量的測(cè)試,用于分注水井或其它工藝井的井下管柱的找漏等,適用于50MPa,井溫小于90℃的注水井,解決了浮子式流量計(jì)難達(dá)到的問題。文中分析了該流量計(jì)的工作原理,儀器特點(diǎn)和技術(shù)要求,提出了在使用中應(yīng)掌握和注意的有關(guān)事項(xiàng)。
在多套層系的不均質(zhì)油田常規(guī)開采中,注水井的分層注水是解決縱向上注、采不平衡性較好的方法和有效途徑,開發(fā)出的分注工藝,成為油氣開采界共同關(guān)心的課題。
河分層測(cè)試工具主要以
浮子式流量計(jì)為主,分注測(cè)試精度和成功率較低,影響到動(dòng)態(tài)調(diào)配,1998年4月,引進(jìn)井下存儲(chǔ)式電磁流量計(jì),通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,取得較大成功,現(xiàn)已基本淘汰浮子式流量計(jì)。本文通過對(duì)儀器測(cè)試原理及測(cè)試應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析,找出影響儀器正常使用的因素和合理儀器的方法。
1 井下存儲(chǔ)式電磁流量計(jì)的工作原理及特點(diǎn)
1.1
電磁流量計(jì)的工作原理
當(dāng)橫切磁場(chǎng)流動(dòng)時(shí),流體中帶電粒子受羅侖茲力的作用而形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),其大小與流體流速成正比。
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):Ue= B°D°V= B°D(Q/π(D/)22)
亦即:Q=(πd/4B). Ue
式中:Q—流體的體積流量;B—磁感應(yīng)強(qiáng)度; V—含帶電粒子流體體的流速;D—管道直徑。
由上可知,儀器依據(jù)測(cè)量出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,即可推算出流體的流速和流量。
儀器制作是通過兩個(gè)探極將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)傳到運(yùn)算器,處理成串行數(shù)據(jù)在VRAM中,起出地面后回放到電腦中進(jìn)行處理。
1.2 儀器的特點(diǎn)
由工作原理可以得出:
(1)儀器的主板,探極和殼體在適用的溫度,壓力范圍內(nèi),測(cè)量出流量的數(shù)據(jù)不受溫度、壓力、密度、粘度、礦化度和電導(dǎo)率等因素的影響。
(2)Ue與Q有線性關(guān)系,有利于制作出精度佳的測(cè)試儀器。電磁流量計(jì)精度為2級(jí),而浮子式流量計(jì)的理論公式為:q= Ah1.5(1+ htg(0.5β)/2 R),流量q與彈簧伸長(zhǎng)h之間函數(shù)關(guān)系較為復(fù)雜,儀器制作和使用精度很難提高。
(3)靈敏度高:由于儀器本身無機(jī)械類運(yùn)動(dòng)件,可避免因摩擦力產(chǎn)生的工作死區(qū),決定了儀器啟動(dòng)流速較低,具有較高的靈敏度。
(4)可靠性高:由于儀器自身無機(jī)械活動(dòng)部,因而有高可靠性和長(zhǎng)壽性的特點(diǎn),具有較高的測(cè)試成功率。
(5)由于線性好,儀器有較寬的量程。
2 井下存儲(chǔ)式電磁流量計(jì)的技術(shù)要求
2.1 中心流速流量計(jì)技術(shù)性能
a.測(cè)量范圍:標(biāo)定滿量程:450m3/d～ 700m3/d;
b.流量精度(滿量程):± 2%(流量> 100m3/d),± 1(流量≤ 100m3/d)
c.零點(diǎn)漂移(溫度):≤ 1× 10- 3/10℃ ;
d.顯示分辯率:0.1m3/d;
e.連續(xù)測(cè)量時(shí)間:5h40min;
f.工作溫度:5℃ ～ 90℃ ;
g.最大耐壓:50MPa。
2.2 制定儀器的應(yīng)用卡片
儀器的標(biāo)準(zhǔn)卡片是出廠前建立的,其標(biāo)定介質(zhì)是清水,現(xiàn)在油田注入水多為污水,其成份與清水中帶電粒子大不相同,組份也不一樣,這都會(huì)影響測(cè)量精度:(1)流體內(nèi)溶有部分天然氣,這部分氣體在壓力、溫度變化時(shí),會(huì)引起流體流態(tài)的變化,對(duì)探極產(chǎn)生影響,使測(cè)試曲線出現(xiàn)鋸齒狀記錄,影響測(cè)試精度。(2)流體礦化度變化對(duì)流體流態(tài)變化也有影響。流態(tài)變化會(huì)引起儀器內(nèi)外分流比例的變化,儀器測(cè)量精度也就受到影響。因此現(xiàn)場(chǎng)使用前要建立適合于本地區(qū)的用戶卡片。
影響流態(tài)的因素假設(shè)流體為牛頓流體,那么流態(tài)的變化是根據(jù)雷諾數(shù)進(jìn)行判斷:Re=ρ V/μ
式中:ρ—流體密度;V—流體的流速;μ—流體的粘度。
若Re≤ 2 000則為層流,若2 000≤ Re≤ 59.7/ε7/8則為紊流區(qū)。由此,不同油田的水性(粘度、礦化度)對(duì)測(cè)量?jī)x表的測(cè)量精度是有影響的,在使用前須制定用戶卡片。
3 井下存儲(chǔ)式電磁流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
3.1 建立現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定裝置
3.1.1 使用精度的影響因素
最初在現(xiàn)場(chǎng)建立卡片都是選取一口正常注水井,將流量計(jì)下入井內(nèi)數(shù)十米處,調(diào)節(jié)地面水量,取點(diǎn)而建立用戶卡片,這樣有幾個(gè)缺點(diǎn):
(1)依靠高壓注水閘門來調(diào)節(jié)流量,很難得到一個(gè)恒定值,且流體流態(tài)不易掌握,在流量?jī)x表讀數(shù)上很難得到一個(gè)平直的臺(tái)階,測(cè)量不準(zhǔn)。
(2)用低精度高壓水表來標(biāo)定井下存儲(chǔ)式流量計(jì),可能使精度變?yōu)?級(jí),嚴(yán)重影響流量計(jì)使用精度。
(3)高壓供水壓力的波動(dòng)也影響流量的恒定。
(4)注水井井下管柱的彎曲、變形、腐蝕、結(jié)垢等影響油管內(nèi)徑一因素,也影響到流量計(jì)的使用精度。
(5)在進(jìn)行多支流量計(jì)標(biāo)定時(shí),需反復(fù)投下井,地面需用絞車,不十分靈活。
(6)受進(jìn)井路況影響。
3.1.2 建立標(biāo)定裝置
基于上述影響
流量計(jì)使用精度的因素,我廠部分油田,在低壓供水系統(tǒng)建立了標(biāo)定裝置,流程見下圖1。
取3m長(zhǎng)的? 62.5油管立放于注水站污水井中,用孔板封底。頂部連接防噴管防噴堵頭,水表選用干式高壓水表。操作方法:先將流量計(jì)用鐵絲懸掛于測(cè)量管內(nèi),控制排量,取點(diǎn)校對(duì),校對(duì)完成后,取出流量計(jì),將數(shù)據(jù)回放以計(jì)算機(jī)內(nèi),整理數(shù)據(jù),同時(shí)開污水回收泵回收污水。
通過對(duì)標(biāo)定數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn),在大流量下(流量≥150m3/d),臺(tái)階平直,校對(duì)曲線光滑連續(xù);當(dāng)調(diào)節(jié)排量在150m3/d以下時(shí),曲線出現(xiàn)劇烈跳波,流量顯示異常。分析其原因主要是由于小排量時(shí),測(cè)量管內(nèi)流體充不滿,導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)異常,因此,我們對(duì)標(biāo)定裝置進(jìn)行了改進(jìn),見圖2
3.1.3 改進(jìn)的主要內(nèi)容
(1)依靠控制測(cè)量管出口排量來取點(diǎn),能夠確保流體充滿整個(gè)測(cè)量管。
(2)將干式高壓水表取掉,換上精度佳型號(hào)為L(zhǎng)DZ的電磁流量計(jì)。
通過改造后,達(dá)到了較為理想的效果。
建立標(biāo)定裝置,①排除了因流量不易控制、壓力波動(dòng)、井下管柱變徑等諸多因素對(duì)流量計(jì)測(cè)量的影響,②用精度佳的儀表對(duì)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定建立用戶卡片,有利于在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中達(dá)到流量計(jì)本身的測(cè)量精度,這一點(diǎn)對(duì)于更好應(yīng)用存儲(chǔ)式流量計(jì),準(zhǔn)確的測(cè)量分層注水量有著十分重要的意義,③方便了現(xiàn)場(chǎng)操作。
3.2 井下存儲(chǔ)式流量計(jì)測(cè)試資料質(zhì)量
自1998年4月至11月,運(yùn)用ZDL— C43型(中心流速)流量計(jì)測(cè)試120次,除因儀器自身故障影響未取出數(shù)據(jù)外,測(cè)試成功率100%,錄取資料按Q/SL0980— 94合格卡片要求項(xiàng)目情況如表1。
表1流量計(jì)測(cè)試質(zhì)量表
| Q/SL0980- 94指標(biāo) |
井下存儲(chǔ)式流量計(jì)卡片 |
a:線條清晰,線寬不大于0.5 |
通過計(jì)算機(jī)整理完全達(dá)到要求 |
b:基線平直,流量線垂直于基線并且連續(xù)儀器量程適度。 |
c:日測(cè)起落點(diǎn)與基線重合 |
d:卡片整齊,清潔,卡片上標(biāo)明井號(hào),測(cè)試日期,測(cè)試壓力儀器號(hào)并在卡片臺(tái)階上注明層位。 |
計(jì)算機(jī)輸出測(cè)試成果達(dá)到以上要求。 |
e:井下流量計(jì)和地面儀表計(jì)量全井流量誤差為± 10%。 |
由于地面儀表精度低,故障率低,存儲(chǔ)流量計(jì)測(cè)出水量偏大。 |
f:卡片各層水量臺(tái)階寬度8mm |
完全達(dá)到 |
在Q/SL0980- 94中,注水井分層測(cè)試資料質(zhì)量,主要是為浮子式流量計(jì)制定的。井下存儲(chǔ)式流量計(jì)的測(cè)試結(jié)果是通過計(jì)算整理,打印輸出的,原測(cè)試卡片質(zhì)量要求中的a,b,c,d項(xiàng)得到較為徹底的解決。對(duì)于井下流量計(jì)和地面儀表計(jì)量全井流量誤差一項(xiàng),存在著地面儀表的定期檢定、日常維護(hù)和儀表本身內(nèi)在質(zhì)量等問題,一味的要求存儲(chǔ)式流量計(jì)與之相符合,也是很不確切和嚴(yán)格的。總的來說,井下存儲(chǔ)式流量計(jì)測(cè)試資料質(zhì)量遠(yuǎn)比浮子式流量計(jì)要高。
3.3 井下存儲(chǔ)式流量計(jì)與106浮子式流量計(jì)的應(yīng)用對(duì)比
3.3.1 下井前安裝
浮子式流量計(jì)下井前需組裝鐘機(jī)系統(tǒng)記錄測(cè)量部分,尤其是記錄紙筒需要轉(zhuǎn)動(dòng)錄活,調(diào)節(jié)彈簧處于適當(dāng)位置,彈簧錨在導(dǎo)向管內(nèi)滑動(dòng)靈活,時(shí)鐘在鐘筒內(nèi)不轉(zhuǎn)動(dòng),浮子位置在直管部分0～ 5mm等,而存儲(chǔ)式電磁流量計(jì)只需安裝好扶正器和電池。
3.3.2 下井測(cè)試
浮子式流量計(jì)需與測(cè)試密封段相配套,在偏心井測(cè)試時(shí),密封段與撞擊頭相撞,定位爪彈開撐起人字形皮碗后上提流量計(jì)分層測(cè)試,在空心井測(cè)試時(shí),需起下多次更換合適的密封段進(jìn)行測(cè)試,都排除不了密封段密封不嚴(yán)造成的測(cè)試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確電磁流量計(jì)只需一次起下即可完成整個(gè)測(cè)試工作,不用考慮密封問題。
3.3.3 資料質(zhì)量
浮子式流量計(jì)經(jīng)常出現(xiàn)由于記錄紙,彈簧浮子位置調(diào)節(jié)不當(dāng),時(shí)鐘弦上的不太緊,測(cè)試密封段密封不嚴(yán),或定位爪打不開等原因,不出合格資料,卡片記錄也不清晰,如C9— 2井在測(cè)S2時(shí)密封挺好,但測(cè)試結(jié)果在卡片上找不到,或出現(xiàn)不規(guī)則臺(tái)階,測(cè)試資料無法使用,而存儲(chǔ)式電磁流量計(jì)只要在儀器技術(shù)性能范圍內(nèi)不起溫不超壓,油管內(nèi)徑無很大變化都能夠測(cè)試出合格資料,數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)整理后曲線流暢,清晰。
3.3.4 數(shù)據(jù)整理及解釋
浮子式流量計(jì)需人工對(duì)測(cè)試卡片進(jìn)行測(cè)量,換算成流量值,繪制曲線在數(shù)據(jù)的解釋應(yīng)用上僅能人工判斷,而存儲(chǔ)式電磁流量計(jì)通用夠?qū)崿F(xiàn)完全由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,井下存儲(chǔ)式電磁流量計(jì)在性能操作上都遠(yuǎn)優(yōu)于浮子式流量計(jì)。
3.4 準(zhǔn)確判斷井下油管下井工具的故障位置
井下存儲(chǔ)式電磁流量計(jì)下井后每項(xiàng)10s取一組中心流速數(shù)據(jù),因此在下井過程中,除了正常依據(jù)測(cè)試曲線解釋油層,配合工具的使用狀況外,還可依據(jù)儀器正下井位置和流量變化準(zhǔn)確的確定流量異常位置,從而可以找到油管漏失位置,如在L801— 7井測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)流量異常,偏1有水量,繼續(xù)下行有水量而偏2以下無水量,出現(xiàn)大量漏失,重復(fù)下井后找到脫落位置,用同位素測(cè)得兩者數(shù)據(jù)相符。
4 存在問題及處理意見
4.1 幾種類型不宜用中心流速式流量計(jì)測(cè)量
4.1.1 吸水指數(shù)很高的井
主要是指新轉(zhuǎn)注水井,由于地層嚴(yán)重虧空,井口油壓很低,油管內(nèi)流態(tài)極其不穩(wěn)定,油管的濕周很小。這類井在使用中心流速的流量計(jì)時(shí),會(huì)出現(xiàn)流量計(jì)內(nèi)外流體的分配不均勻不穩(wěn)定,測(cè)試曲線表現(xiàn)為異常劇齒,水量忽大忽小,甚至到零點(diǎn)以下,數(shù)據(jù)無法整理,不能應(yīng)用。如埕126— 8— X7井,該井注水壓力僅有1MPa,日注水量66m3,這類井最好選用集流式電磁流量計(jì)。
4.1.2 個(gè)別水井井斜影響到測(cè)試
目前使用的井下存儲(chǔ)式流量計(jì)配有一支底部扶正器,上部由鋼絲吊放,直井基本上能夠保持流量計(jì)處于油管中心位置,對(duì)于井斜造成油管底部斜部彎曲,流量計(jì)很難置于油管中心位置,影響到測(cè)量精度,為了杜絕此類影響因素,建議使用雙扶正器。對(duì)于某一區(qū)域井溫異常,影響到流量計(jì)的正常使用,不能應(yīng)用。
4.2 油管內(nèi)徑的變化是影響流量計(jì)使用精度的關(guān)鍵
由其原理Q=(πd/4B)Ue式可知,D的變化也即油管內(nèi)徑的變化對(duì)流量計(jì)的精度佳使用有很大影響。現(xiàn)今,注水井井下管柱不可能達(dá)到無腐蝕無結(jié)垢的條件,如果僅以此項(xiàng)而否定電磁流量計(jì)的實(shí)用性,看不到其優(yōu)點(diǎn),未免有點(diǎn)過于草率。我們可以在每級(jí)配水器以上下入耐腐蝕,不結(jié)垢的管材(如鎳磷鍍油管),保證有10m的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑管為測(cè)量管,就可以排除內(nèi)徑變化對(duì)測(cè)量精度的影響。
4.3 提高分析軟件智能化程度和儀器性能價(jià)格比
從儀器設(shè)計(jì)上看,儀器的硬件即流量計(jì)本身是基本完善的,但價(jià)格卻是浮子式流量的20倍,而與其配套的軟件仍需修改,完善流量計(jì)功能,最終達(dá)到提高儀器性能價(jià)格比的目的,以下建議僅供參考:①徹底消除現(xiàn)今軟件如成果表中管柱圖繪制為固定模式等較小的不規(guī)范處。②實(shí)現(xiàn)同井多次不涂抹記錄,即所謂數(shù)據(jù)庫管理。③建立時(shí)間—流量,下井深度—流量的三重指示曲線,規(guī)范儀器下井操作,使曲線上每組數(shù)據(jù)都附給生產(chǎn)指導(dǎo)意義,提高指示曲線的利用率。
4.4 改進(jìn)現(xiàn)今測(cè)試工序的可能性
現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的工序仍是沿用浮子式流量計(jì)測(cè)量工序,即由下層向上層測(cè)水量壓點(diǎn),由于電磁流量計(jì)(中心流速)可以測(cè)量井下任何位置的流量,而不象浮子式流量計(jì)在偏心靠撞擊后,張開人字形皮碗,上提逐級(jí)密封、測(cè)量;在空心井測(cè)量時(shí),也需起下多次,更換測(cè)試密封段。
在應(yīng)用中電磁流量計(jì)降壓法測(cè)試時(shí),可改為由上至下,即先測(cè)上層,再測(cè)下層。這樣得到的測(cè)試曲線,可以明顯看出水量逐層的變化情況,曲線也顯得較為直觀,好看。
5 結(jié)論
(1)該流量計(jì)可用于油田注水井井下水量的測(cè)試。
(2)可用于分注水井或其它工藝井的井下管柱的找漏。
(3)可適用于井底壓力不超過50MPa的注水井,井底溫度小于90℃的注水井。
(4)從儀表測(cè)量精度,下井前安裝,測(cè)量工序到測(cè)試資料上都較浮子式流量計(jì)優(yōu)越得多,可以作為浮子式流量計(jì)的替代產(chǎn)品。
(5)井下油管內(nèi)徑變化(如結(jié)垢、彎曲等)會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。
(6)因程序內(nèi)置問題,該流量計(jì)測(cè)量的井下位置內(nèi)徑必須為62mm。
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