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井下存储式金属管浮子流量计在水平井产液剖面测试中的应用

发布日期:2017-11-11  来源:  作者:  浏?#26469;问?/DIV>
【导读】:长庆油田低液量水平井的产液剖面测试已成为一个重要难题。为此,本文开展了将金属管浮子流量计应用于水平井产液剖面测试的探索研究,实现了无需电缆输送仪器、提高测试准确率、降低作业成本的目的。
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        摘要:水平井产液剖面测试使用的?#26032;?#27969;量计受启动流量影响,不适应于低液量水平井测试。研制了适用于小流量测试的井下存储式金属管浮子流量计,并与温度、压力、含水测试传感器组成井下存储式水平井产液剖面测试仪,该仪器随油管下入水平井段,无需电缆和爬行器,可在油井正常生产的情况下连续工作一个月,提高了低液量水平井产液剖面测试的准确率和成功率。室内实验和现场先导性试验表明,井下金属管浮子流量计应用于水平井产液剖面测试可行,为低渗透油田水平井产液剖面的流量测试提供了新途径。

0 引 言
        水平井产液剖面测试技术是从油套环空通过电缆或连续油管将产液剖面测试仪器输送至射孔段,在抽油机不停抽情况下采用?#26032;?#27969;量计、持水率仪实时监测流量、含水,该技术的?#35834;?#26159;能在抽油机不停抽的情况下获得井下分段的流量、含水?#23454;?#25968;据[1常荨?#20294;是,常规产液剖面测试在水平井中面臨水平段?#22046;?#27969;体分?#24682;?#30005;缆无法下入等问题,主要采用MAPS阵列式测井仪和爬行器等解决方案[4叮荨H欢?#20135;液剖面使用的?#26032;?#27969;量计在?#34507;园遡n倡套管井中流量小于50m?#24120;痙时,?#26032;?#21551;动困难[7],不适用于低液量水平井产液剖面测试;爬行器受井?#19981;?#22659;影响,测试成功率不高且测试作业费用昂贵。长庆油田水平井日产液小于?#29627;癿3的井占总井数的87%,平均单段日产液小于2m?#24120;?#20302;液量水平井的产液剖面测试已成为一个重要难题。为此,本文开展了将金属管浮子流量计应用于水平井产液剖面测试的探索研究,实现了无需电缆输送仪器、提高测试准确率、降低作业成本的目的。

1 金属管浮子流量计
1.1 结构和原理
        金属管浮子流量计由一个锥形管和一个置于锥形管中可以上下自由移动的浮子组成(见图?#20445;?#27969;量计本体?#34121;?#29992;法兰连接或螺纹连接的方式垂直安装在测量管路上,使流体自下而上流过流量计,推动浮子。由于节流作用,使上下游产生压差Δp,由于该压差的存在,使得浮子受?#25509;?#38754;的压差阻力,在该阻力的作用下,浮子在锥管中上升,流通面积A增大,环隙中流体的平均速度减小,直到该阻力与浮子的自重和浮力相平衡时,浮子停留在某一高度。流量Qv越大,浮子停留的高度h越高。在稳定情况下,浮子悬浮的高度h与通过流量计的体积Qv之间有一定的比例关系为
        QQ截图20171111152842.jpg
        式中,α是金属管浮子流量计的流量系数;Df是浮子的非常大?#26412;叮籄f是浮子迎面流体面积;Vf是浮子的体积;ρf是浮子材料密度;φ是锥管的锥?#29301;?rho;是流体介?#25325;?#24230;;h是浮子高度。

        对于一定的流量计和流体,式(?#20445;?#20013;的Df、Af、Vf、ρf、φ、ρ等均为常数,因此,只要保持α为常数,则流量Qv与浮子高度h之间就存在近似线性关系。

        因此,可以将这种对应关系直接刻度在流量计的锥管上,根据浮子的高度直接读出流量值,或通过电存储方式将流量信?#29275;?#21363;浮子的位置信?#29275;?#35760;录。

浮子流量计及其受力示意图

1.2 金属管浮子流量计的特点
        由于金属管浮子流量计在测量过程中始终保?#32440;?#27969;件前后的压差不变,通过改变流通面积实现流量的测量。①几乎不会遇到砂卡的现象,与?#26032;?#27969;量计相比受井?#19981;?#22659;的影响小;②可接收微小流量信?#29275;?#23454;现低液量井流量测试;③浮子的高度取决于液体的流量,气体对测量结果影响很小[8?#33640;?/p>

2 井下存储式水平井产液剖面测试仪
        借鉴常规金属管浮子流量计,同时考虑到水平井中仪器无法通过电缆在水平段下?#29275;?#20351;用爬行器价格昂贵且受井?#19981;?#22659;影响?#25910;下?#39640;等因素,设计了适用于低液量水平井产液剖面测试的井下金属管浮子流量计,同时与温度、压力、含水测试传感器以及电路?#20302;?#32452;成井下存储式水平井产液剖面测试仪,该仪器和油管连接后一起下入到射孔段,可以连续监测多段压裂水平井产液信息。

2.1 水平井井下金属管浮子流量计设计
        水平井井下金属管浮子流量计由浮子、推杆、滑套、线圈、弹簧、流量护管、单流阀等组成(见图?#29627;?/p>

水平井井下浮子流量计结构示意图

        工作原理:给浮子感应线圈上提供恒定的电流激励,当井下流体通过过流通道,推动浮子移动,衔铁发生位移,引起感应线圈中磁阻变化,产生感应电动势,感应电动势经滤波放大,输入单片机内进行处理后测得流量。流量测量线圈采用差分结构,温漂小,在流量线圈外加屏蔽层,减少外部对流量测量的干?#29275;?#33258;感传感器可以测量0畅01μm~50mm的机械位移,具有测量精度高、灵敏度高、线性好、结构简图3 存储式水平井产液剖面测试仪单、性能可靠等?#35834;恪?/p>

2.2 含水率、温度和压力测量设计
        含水率测试仪采用电容式含水率传感器和阻抗式含水率传感器组合设计,分别测试流体的电容值和电导率,可以适应低含水和高含水传感器组合,可以更加精准测量含水率。

        温度测量原理:给PT?#20445;埃埃?#25552;供恒流激励,当井温变化时,PT?#20445;埃埃?#30340;阻值也会发生变化,测量电路输出与温度成正比的差动电压信?#29275;?#32463;过单片机AD采集,得到温度信号。

        压力测量原理:压力传感器采用恒压供电电路,输出与压力成正比的压力差动电压信?#29275;?#32463;过单片机AD采集,得到压力信号。

2.3 仪器功?#32435;?#35745;
        仪器选用容量为9Ah的高温电池,采样间隔有多种类型可供选择,非常小可设置为3s。仪器工作?#24120;癲非常大功?#32435;?#35745;如下。
        (?#20445;?#24403;仪器采样间隔设置为3s时。?#32771;?#38548;3s需要采集1?#38382;?#25454;,采集0畅8s,此时总电流不超过?#29627;祄A。1个月的耗电量4畅8Ah。
        (?#29627;?#24403;仪器不工作时,进入休眠状态。总电流不超过?#20445;埃?mu;A。1个月耗电量0畅072Ah。
        (?#24120;?#20202;器每采集87组数据(87×3s=?#29627;叮眘)进行?#28142;问?#25454;存储。存储时间为0畅6s,总电流不超过50mA。1个月耗电量0畅082Ah。
        (4)仪器1个月非常大耗电量4畅954Ah。仪器可在井下连续工作1个半月以上。

2.4 水平井产液剖面测试仪结构及原理
        井下存储式水平井产液剖面测试仪由金属管浮子流量计、含水探头、温度探头、压力传感器、测量电路、供电电池组成(见图?#24120;?#24403;正常产液时,坐封单向阀截止,流体通过进液?#20898;?#25512;动浮子移动,从而测得流量。流体由过流通道流经温度探头、压力探头与含水探头时,可测得流体含水率、压力与温度,非常后通过出液口流出。坐封时,浮子保护单向阀截止,流体从隔离管与外护管环?#23637;?#27969;通道流过,打开坐封单向阀,实现坐封。

3 室内实验
3.1 含水率对流量测试的影响
        (?#20445;?#20171;质:柴油和水两相。
        (?#29627;?#26041;式:在垂直状态下进行流量标定,流量从0、1、2、⋯、?#20445;癿?#24120;痙,分别选择含水率为?#20445;埃埃ァⅲ福埃ァⅲ矗埃?#36827;行流量测试实验。
        (?#24120;?#23545;流量刻度进行曲线拟合。

        实验结果表明,金属管浮子流量计启动流量为0畅5m?#24120;痙,可对低液量井进行测试;不同含水率的流量测试曲线基本重合,说明浮子位置的变化只与通过浮子流体的流量相关,流体含水率对金属管浮子流量计测试结果的影响可忽略。

3.2 仪器倾角对流量测试的影响
        (?#20445;?#20171;质:柴油和水两相。
        (?#29627;?#26041;式:将仪器分别处于水平状态0°和负角度-?#24120;?deg;(即进液口高于出液?#20898;?#29366;态下,流量从0、1、2、⋯、?#20445;癿?#24120;痙,分别选择含水率为?#20445;埃埃ァⅲ福埃ァⅲ矗埃?#36827;行流量测试实验。
        (?#24120;?#23545;流量刻度进行曲线拟合。

        实验结果表明,当井筒处于水平状态甚至负角度状态下,尽管流体的型态为层流或逆向流,但对金属管浮子流量计和含水率的测试结果影响较小,非常大误差仅4%。分析认为这是由于浮子位置变化只与进入锥形管空间流体流量有关,基本克服了油、水的分层流动使?#26032;?#27969;量计响应变得复杂的问题。当流体经过电容+阻抗式持水率仪时,由于在圆周上配置多个持水率传感器,能够很?#29611;?#35299;决常规仪器只能中心采样不能探测到的全截面流体的问题,可以清楚地分辨出油和水。

存储式水平井产液剖面测试仪

4 现场应用
        ?#29627;埃保?#24180;2月在长庆油田CP井首次开展水平井存储式金属管浮子流量计井下先导性试验,该井射孔9段,测试前日产液?#20445;?#30021;07m?#24120;?#21547;水?#20445;埃埃ァ?#20026;了验证流量、含水测试准确性,对该井射孔段1进行双封单卡工艺测试,同时地面单独测量该段产液量并化验含水,测试管柱见图4。该井仪器设置采样间隔为?#20445;癿in,?#24120;礵后起出,测试结果显示射孔段1单层流量为3畅77m?#24120;痙,含水98畅?#21486;ィ?#35265;图5);同时,地面单独测量射孔段1的日产液为3畅58m?#24120;?#21547;水?#20445;埃埃ァ?#27979;试流量和含水与实?#23454;?#37327;和化验结果接近,说明存储式产液剖面测试仪首次在水平井井下试验取得成功,证明了井下金属管浮子流量计应用于低液量水平井产液剖面测试可行。

水平井存储式浮子流量计井下试验管柱图

井下浮子流量计测试结果回放图

5 结 论
        (?#20445;?#20117;下存储式金属管浮子流量计启动流量小于0.5m?#24120;痙,且不受井筒出砂影响,?#26893;?#20102;?#26032;?#27969;量计不适应低液量水平井的不足,提高了低液量水平井测试结果的准确性。
        (?#29627;?#23460;内动态实验表明,无论是垂直、水平及倾斜情况下,金属管浮子流量计响应特性均不敏感于含水率,拥有非常好的不?#35272;?#20110;流型的特性。
        (?#24120;?#27979;试仪器随油管下入目的层,无需电缆和爬行器,一趟管柱即可完成水平井产液剖面测试,大幅度降低了产液剖面测试成本。
        (4)测试结果包含流量、含水、压力和温度等储层流体物?#22278;问?#21487;进行各射孔段产能?#20848;邸?#21028;断井筒出水位置,为低液量水平井控水稳油措施提供依据。

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