摘要(yào):介紹了适(shì)用于井下(xia)浮子流量(liang)計 的結構(gòu)設計、工作(zuo)原理，地面(mian)模拟實驗(yan)及在青海(hǎi)油田現場(chang)應用效果(guǒ)表明,該流(liu)量計具有(you)啓動流量(liang)低、測量範(fàn)圍寬,能夠(gou)應用于井(jing)下油水兩(liang)相流及産(chan)液含砂井(jǐng)的流量測(ce)量。
0引言
　　目(mù)前國内油(yóu)井過環空(kong)産出剖面(miàn)測井的流(liú)量測量以(yǐ) 渦輪流量(liàng)計 爲主四(sì)，由于受儀(yí)器外徑和(he)集流效果(guo)限制，渦輪(lún)流量計通(tōng)常存在如(ru)下缺點:流(liu)量測量範(fàn)圍小，或者(zhe)啓動排量(liang)過高或者(zhě)測量流量(liàng)上限太低(di);砂卡普遍(biàn)較爲嚴重(zhòng),不能測量(liang)含砂流體(ti);随着三次(cì)采油技術(shu)的推廣，渦(wō)輪流量計(jì)因粘度影(ying)響,已無法(fǎ)滿足稠油(yóu)及注聚産(chan)液測量。因(yīn)此,準确的(de)流量測量(liàng)對新型流(liu)量計的需(xū)求顯得愈(yù)加迫切。
1浮(fú)子流量計(jì)結構設計(jì)及工作原(yuan)理
1.1浮子流(liú)量計結構(gòu)
　　爲了達到(dào)降低流量(liàng)測量下限(xiàn),提高流量(liang)測量上限(xian),進而拓寬(kuan)流量測量(liàng)範圍,同時(shi)也爲了有(yǒu)效防止砂(sha)卡,客服流(liu)體粘度影(ying)響,從而達(da)到測量含(hán)砂流體或(huò)注聚産液(ye)目的,井下(xia)浮子流量(liang)計的結構(gòu)設計如圖(tu)1所示。

　　位移(yí)傳感器外(wai)殼1主要用(yong)于封裝位(wèi)移傳感器(qì)2~8等部件;位(wèi)移傳感器(qì)是差動變(biàn)壓器式傳(chuan)感器,其内(nei).部鐵芯3用(yòng)于傳遞浮(fu)子位移、速(su)度;浮子6置(zhì)于流道中(zhōng)央進液口(kǒu)處進行流(liu)量測量;下(xià)壓彈簧4固(gu)定于差動(dòng)變壓器式(shì)傳感器2下(xià)端,用于提(tí)高流量上(shang)限;浮子活(huo)動範圍由(yóu)出液口短(duǎn)接5長度所(suǒ)限;上托彈(dàn)簧7用于降(jiàng)低流量下(xià)限。
1.2浮子流(liú)量計工作(zuò)原理
　　流體(tǐ)由進液口(kou)進入儀器(qi)流道,推動(dòng)浮子,浮子(zǐ)上移過程(cheng)中,流體在(zai)出液口處(chu)的流通截(jie)面積逐漸(jian)增大,不同(tóng)的流量對(dui)應不同的(de)流通截面(mian)積,截面積(ji)的變化轉(zhuan)化爲浮子(zi)的位移，進(jìn)而不同的(de)流量又轉(zhuan)化爲浮子(zǐ)的不同位(wèi)移,即:流量(liang)一->面積一(yi)->位移。此位(wèi)移再由内(nei)部鐵芯傳(chuan)遞給差動(dòng)變壓器式(shì)傳感器,位(wèi)移傳感器(qì)通過測量(liàng)浮子位移(yí)位移傳感(gǎn)器通過測(ce)量浮子位(wei)移量來測(cè)量流體流(liu)量。
1.3浮子流(liú)量計特點(dian)
　　浮子式流(liu)量計在地(di)面計量中(zhōng)是一種成(chéng)型産品，投(tou)人實際應(yīng)用的已好(hao)多種,但由(yóu)于結構設(she)計限制，各(ge)式型号的(de)浮子式流(liú)量計一直(zhí)未能在井(jǐng)下過環空(kōng)産出剖面(mian)流量測量(liang)中得到較(jiào)好應用。所(suo)述井下浮(fu)子流量計(jì),綜合以往(wǎng)各式浮子(zi)流量計特(tè)點的基礎(chǔ)上,針對渦(wo)輪流量計(jì)所存缺陷(xian),面向目前(qián)新時期流(liú)量測量特(tè)點,從結構(gou)設計角度(dù)出發,經多(duō)方優化設(shè)計而成,主(zhu)要應用于(yu)井下過環(huan)空産出剖(pōu)面穩定流(liú)态點測,其(qi)特點如下(xià):
(1)爲流體提(tí)供的流通(tōng)通道短,浮(fú)子上、下兩(liang)處裝置兩(liang)根輔助彈(dàn)簧。在浮子(zi)上移過程(cheng)中,流體在(zai)出液口處(chu)的流通截(jié)面積逐漸(jiàn)增大,流體(tǐ)對浮子的(de)沖擊減弱(ruò),因此可通(tōng)過加長浮(fu)子位移量(liang)提高流量(liang)上限;在高(gāo)流量範圍(wéi)内,在流通(tong)面積的增(zeng)加量不足(zú)以滿足測(cè)量範圍要(yao)求時,浮子(zi)向上壓縮(suō)下壓彈簧(huáng),下壓彈簧(huáng)彈力克服(fú)相當部分(fèn)流動壓力(li)及浮子自(zì)身浮力，使(shǐ)流量計不(bu)至于很快(kuai)飽和産出(chū)，因此可以(yi)通過增加(jia)下壓彈簧(huáng)倔強系數(shu)提高流量(liàng)測量上限(xian);
(2)從啓動到(dào)下托彈簧(huáng)共工作工(gong)程中，下托(tuō)彈簧使浮(fu)子處于受(shòu)力平衡狀(zhuàng)态，因而流(liu)量測量幾(jǐ)乎無須克(kè)服浮子自(zi)重而實現(xiàn)低啓動排(pai)量,極大程(cheng)度上降低(dī)了流量測(ce)量下限;
(3)浮(fu)子與流通(tōng)内壁距離(li)遠大于流(liú)體内含砂(sha)的.粒徑,能(néng)夠用于含(han)砂流體的(de)測量，很好(hǎo)的解決了(le)渦輪流量(liang)計所無法(fa)克服的砂(shā)卡問題。
1.4浮(fu)子流量計(jì)流量測量(liàng)過程力學(xué)分析
　　井下(xià)浮子流量(liàng)計的測量(liàng)原理既符(fu)合傳統浮(fu)子流量計(ji)的測量原(yuán)理,又有一(yi)定區别。該(gāi)流量計工(gōng)作時,浮子(zi)的受力、位(wèi)移不斷變(bian)化,此過程(cheng)大體分爲(wèi)四個階段(duan):.
1.4.1零流量
　　浮(fú)子6由上托(tuō)彈簧8托扶(fu),上托彈簧(huang)8被壓縮，浮(fú)子6處于平(píng)衡位置,其(qí)力學關系(xì)式爲:
M+M2+M3=0(1)
　　其中(zhōng)，M是上托彈(dàn)簧的彈力(lì);M2是浮子所(suǒ)受的浮力(li);Ms是浮子所(suǒ)受的重力(lì)。上托彈簧(huang)力M和浮力(lì)M.克服浮子(zǐ)自身重力(lì)M3，受力平衡(heng),零流量時(shi)浮.子靜止(zhǐ)，此時稍加(jia)流量,處于(yú)平衡狀态(tai)的浮子即(ji)可産生位(wèi)移,降低了(le)啓動排量(liàng),帶人各自(zì)的表達式(shì)得:
ki△x+ρgV-mg=0(2)
　　k1上托彈(dàn)簧倔強系(xi)數;△x.上托彈(dàn)簧的壓縮(suo)長.度;流體(ti)密度ρ;g重力(li)加速度;V浮(fú)子體積;m浮(fú)子質量。
1.4.2低(di)流量
　　在流(liu)動壓力作(zuo)用下,浮子(zi)6.上浮,其位(wei)移量由位(wèi)移傳感器(qì)2測量,流體(ti)在出液口(kou)位置的流(liú)通截面積(ji)增大,浮子(zǐ)6在新的位(wei)置達到平(ping)衡,其力學(xue)關系式爲(wèi):
F(Q)+kiOx+ρgV-mg≈0(3)
　　其中F(Q)爲流(liu)動壓力,該(gāi)力是浮子(zi)上下的流(liú)體壓力差(chà)，流體流出(chu)出液口後(hou),以扇狀發(fa)散向上流(liú),設S1、S2分别是(shi)流束在浮(fu)子上下的(de)流通截面(miàn)積;PIP2分别爲(wèi)浮子上下(xià)的壓力;V1、V2爲(wei)流體在S.S2截(jie)面積上的(de)流速。流體(tǐ)滿足伯努(nu)利方程:

　　其(qi)中ρ、v~g、h分别是(shì)流體密度(dù)、流速、重力(lì)加速度、液(ye)壓高度,流(liu)動壓力爲(wei):
F(Q)=P2-P:(5)
(4)代人(5)整理(li)後得:
F(Q)=ρg(h2-h)+zρ(v2v2)(6)
又Q、S、v關(guān)系:
Q=vS(7)
其中Q、S爲(wei)流體流量(liàng)、流通截面(miàn)積。
Qi=vS:(8)
Q2=v2Sz(9)
流量一(yi)定時，流量(liang)計内與井(jǐng)筒内流量(liàng)相等,即:
Qi=Q2z(10)
v.Si=v2S2(11)
忽(hu)略浮子的(de)垂直高度(du)差,(8)(9)(10)帶人(6)得(de):

此式同時(shí)說明流動(dòng)壓力F(Q)與流(liu)體的流量(liàng)Q的平方成(chéng)正比。
1.4.3中流(liu)量
　　随着流(liú)量增加,當(dāng)流量足夠(gou)大時,浮子(zi)脫離.上托(tuō)彈簧8,但未(wèi)觸及下壓(yā)彈簧4,浮子(zi)懸浮于流(liú)體當中,上(shang)托、下壓彈(dan)簧的形變(biàn)均爲零。在(zai)該流量範(fan)圍内,重力(li)、浮力、流體(tǐ)推動力達(da)到新的平(ping)衡,浮子6的(de)力學關系(xi)式爲:
F(Q)=+ρgV-mg=0(13)
1.4.4高流(liu)量
　　進人高(gao)流量後,浮(fú)子向上壓(ya)縮下壓彈(dan)簧4,此時浮(fu)子受重力(li)、浮力、流體(ti)推力、下壓(yā)彈簧反向(xiàng)推力,
其力(li)學關系式(shi)爲:F(Q)-kxΔx+pgV-mg=O(14)

2方法實(shi)驗
　　方法實(shi)驗介質爲(wei)柴油、水兩(liǎng)相流:含水(shui)率調節爲(wèi)0、30%、50%、70%、80%、90%、100%;在每一含(hán)水率.下,流(liú)量調節爲(wei)1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d、8m3/d、9m3/d、100m3/d,記錄各含(han)水率下不(bú)同流量時(shí)浮子流量(liàng)計輸出頻(pin)率的變化(hua)量,得到井(jǐng)下浮子流(liú)量計在油(you)水兩相流(liú)條件下的(de)方法實驗(yàn)結果(圖2)。圖(tú)中橫坐标(biāo)是配比流(liú)量(m3/d),縱坐标(biāo)是儀器輸(shū)出頻率(Hz)。

　　由圖2可以(yi)看出,浮子(zi)的啓動流(liú)量很低爲(wèi)1m2/d,流量.上限(xian)達70m3/d;在0、30%、50%、70%、80%、90%、100%每一(yi)含水率不(bu)同流量下(xia),浮子流量(liàng)計頻率響(xiang)應有較好(hǎo)的線性關(guān)系;在1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d8m3/d、9m3/d、100m3/d每一(yi)流量下，不(bú)同含水率(lü)下儀器輸(shu)出頻率離(lí)散性很小(xiǎo)。
3現場應用(yong)及分析
　　多(duo)待測油井(jing)井況比較(jiào)特殊,以往(wǎng)的測井儀(yí)器根本無(wú)法下井,而(er)且大都爲(wèi)含砂井,砂(shā)卡普遍較(jiào)爲嚴重,渦(wō)輪流量計(jì)根本無法(fa)應用，無法(fa)進行産量(liàng)測量”。井下(xià)浮子流量(liang)計憑借自(zì)身結構設(shè)計等方面(mian)的優勢,配(pèi)接于産出(chu)剖面測井(jǐng)儀，上，采用(yòng)傘式集流(liú)器在這些(xiē)油田成功(gōng)的實現了(le)流量測量(liang)。圖3爲青海(hǎi)油田X井測(ce)井曲線圖(tú),該井産量(liàng)爲53.3m2/d,含砂大(dà)約6%。由圖中(zhong)井溫及微(wēi)差井溫曲(qu)線可以看(kan)出,該井主(zhǔ)産層在1460m-1510m,結(jié)合磁定位(wei)曲線所示(shi)射孔層位(wèi)及井溫變(bian)化曲線可(ke)定性的判(pan)斷出四個(ge)主要産層(ceng),大緻分布(bu)在深度爲(wei)1470m~1475m，1480m附近，1485~1490m,1495m附近(jin)，1500m附近開始(shǐ)進人死水(shui)口。

　　根據射(shè)孔深度、井(jǐng)溫曲線波(bo)動,該浮子(zi)流量計的(de)測點深度(du)分别選取(qǔ)在1475.4m、1478.9m、1484.6m、1489.1m、1493.6m,相應射(shè)孔深度的(de)點測響應(yīng)值分别爲(wèi)960Hz.947Hz、837Hz、762Hz、646Hz,不同的頻(pín)率值對應(ying)不同的産(chǎn)量,表明浮(fu)子流量計(jì)在主産層(ceng)工作正常(chang),能夠實現(xiàn)對各産層(ceng)産量進行(hang)準确測量(liang),并且測量(liang)不受限于(yú)含砂流體(tǐ),可以用于(yú)含砂井的(de)流量測量(liàng)。表1是将圖(tu)4浮子流量(liàng)計測井頻(pín)率響應曲(qu)線圖中深(shēn)度與頻率(lü)對應關系(xì)轉化成深(shēn)度及流量(liàng)對應關系(xi)。選取1500m死水(shuǐ)區頻率爲(wei)260Hz(浮子流量(liang)計基值)作(zuo)爲基值,其(qí)他測點頻(pin)率響應與(yǔ)之分别作(zuò)差頻,根據(jù)方法實驗(yàn)結果,找出(chū)各差頻值(zhí)對應的流(liu)量,死水區(qu)選0m2/d.
選取表(biǎo)1中的測點(diǎn)深度值爲(wèi)橫坐标，流(liú)量作爲縱(zong)坐标，繪制(zhì)浮子流量(liang)計深度-流(liu)量測井曲(qǔ)線(見圖4)。
4結(jie)論
　　井下浮(fú)子流量計(jì)流量測量(liang)原理的正(zheng)确性已經(jīng).由室内及(jí)現場實驗(yàn)證實,而且(qiě)青海油田(tián)現場測量(liàng)結果表明(míng),該浮子式(shì)流量計的(de)流量測量(liàng)下限低,流(liú)量測量範(fan)圍寬,能測(ce)量含砂流(liu)體,特别适(shì)合于井下(xià)流體測量(liàng)。

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