摘(zhai)要:水平(píng)井産液(yè)剖面測(cè)試使用(yong)的
渦輪(lun)流量計(ji)
受啓動(dòng)流量影(yǐng)響,不适(shì)應于低(dī)液量水(shui)平井測(cè)試。研制(zhì)了适用(yong)于小流(liu)量測試(shì)的井下(xia)存儲式(shì)浮子流(liu)量計
,并(bing)與溫度(dù)、壓力、含(hán)水測試(shì)傳感器(qi)組成井(jing)下存儲(chu)式水👉平(píng)井産液(yè)剖面測(cè)試儀,該(gai)儀器随(suí)油管下(xia)人水平(ping)🌐井段,無(wu)需電纜(lan)和爬行(háng)器,可在(zai)油井正(zhèng)常生産(chǎn)的情況(kuàng)下連續(xu)工作一(yi)個月,提(tí)高了低(dī)液量🍉水(shui)平井産(chǎn)液剖面(mian)測試的(de)正确率(lǜ)🐕率和成(chéng)功率。室(shi)内實驗(yàn)和現場(chang)🐉先導性(xing)試驗表(biao)明,井下(xià)浮子流(liu)量計應(ying)用于水(shuǐ)平井🌂産(chan)液剖面(miàn)測試可(ke)行，爲低(di)滲透油(yóu)田水平(píng)井産液(yè)剖面的(de)流量測(cè)試提供(gong)了新途(tu)徑。
0引言(yan)
水平井(jǐng)産液剖(pou)面測試(shì)技術是(shi)從油套(tào)環空通(tōng)過電纜(lan)或🙇♀️連續(xu)油管将(jiāng)産液剖(pou)面測試(shi)儀器輸(shu)送至射(she)孔👄段，在(zài)抽油機(jī)不停抽(chōu)情況下(xià)采用渦(wo)輪流量(liàng)計、持水(shui)率儀實(shí)時監測(ce)🔴流量、含(hán)水，該技(jì)術的優(yōu)點是能(neng)在抽油(yóu)機不停(ting)抽的情(qing)況下獲(huò)得井下(xia)分段的(de)流量、含(hán)水率等(děng)數據[13]。但(dan)是,常規(gui)産液剖(pou)面測試(shi)在水平(píng)井中面(miàn)臨水平(píng)段多相(xiàng)流體分(fen)層、電纜(lǎn)無法下(xia)人等問(wen)題,主要(yào)采用MAPS陣(zhen)列式測(ce)井儀和(hé)爬行器(qì)等解決(jue)方案[46]。然(ran)而🏃🏻♂️,産液(yè)剖面使(shǐ)用的渦(wo)輪流量(liàng)計在5%in"套(tào)管井中(zhōng)流量小(xiao)于50m³/d時.渦(wo)輪啓動(dòng)困難門(mén),不适用(yòng)于低液(ye)量水平(píng)井産🔞液(ye)剖面測(ce)試;爬行(hang)器受井(jing)🐆簡環境(jìng)影響,測(cè)♈試成功(gong)率不高(gāo)且測試(shi)作業費(fèi)用昂貴(guì)。
油田水(shui)平井日(ri)産液小(xiao)于20m³的井(jǐng)占總井(jing)數的87%,平(ping)均單段(duan)🐉日産液(yè)小于2m³，低(dī)液量水(shui)平井的(de)産液剖(pōu)面測試(shì)已❗成爲(wèi)一個重(zhòng)要難題(tí)。爲此🚩,本(běn)文開展(zhan)了将浮(fú)子流量(liang)🔆計應用(yòng)于水平(píng)井産液(ye)剖面測(cè)試的探(tàn)索研究(jiū),實現了(le)無需電(dian)纜輸送(song)儀🌏器、提(ti)高測試(shi)正确率(lü)🍓率、降低(dī)作🔞業成(cheng)本的目(mu)的。
1浮子(zi)流量計(jì)
1.1結構和(he)原理
浮(fu)子流量(liang)計
由一(yī)個錐形(xing)管和一(yī)個置于(yu)錐形管(guan)中可以(yǐ)上下自(zi)由移動(dong)的浮子(zǐ)組成(見(jiàn)圖1)。流量(liàng)計本體(ti)兩端用(yòng)法蘭🔱連(lián)接或螺(luó)紋連接(jiē)的方式(shì)垂直安(ān)裝在測(cè)量管路(lù)上,使流(liú)體自下(xia)而上流(liu)過流量(liàng)計，推動(dong)浮子。由(you)于節流(liú)作用,使(shǐ)上下遊(you)産生壓(yā)差△p,由于(yu)🌈該壓差(cha)的存在(zai),使得㊙️浮(fú)子受到(dao)迎面的(de)壓差阻(zu)⛷️力，在該(gāi)阻力的(de)作用下(xià),浮子在(zai)錐管中(zhōng)上升，流(liú)通面積(jī)A增大,環(huán)隙中流(liú)體的平(píng)均速度(du)減小，直(zhí)到該阻(zǔ)力與浮(fu)子的⚽自(zì)重和浮(fu)力相平(píng)衡時，浮(fu)子停留(liú)在某-高(gāo)度。流量(liàng)Qv越大,浮(fu)子停留(liú)的高度(dù)h越高🔱。在(zài)穩定情(qíng)況下，浮(fú)子🔱;懸浮(fu)的高度(dù)h與通過(guò)流量計(ji)的體積(jī)Qv之間有(yǒu)一定的(de)比例關(guān)系爲
式(shì)中,α是浮(fú)子流量(liàng)計的流(liú)量系數(shù);Df是浮子(zǐ)的最大(dà)直徑;Af是(shi)浮子迎(ying)面流體(tǐ)面積;Vf是(shi)浮子的(de)體積;ρf是(shi)浮子材(cai)🈲料密🏃♂️度(dù);p是錐管(guan)的錐角(jiao);ρ是流體(ti)介質密(mi)度;h是浮(fú)子高🎯度(dù)。
對于一(yī)定的流(liu)量計和(hé)流體,式(shì)(1)中的Df、Af、Vf、ρf、φ、ρ等(deng)均爲常(cháng)數，因此(ci),隻要保(bǎo)🍓持α爲常(chang)數,則流(liú)量Qv與浮(fú)子高度(dù)h之間就(jiù)存在近(jin)似線性(xing)關系。
因(yin)此，可以(yǐ)将這種(zhong)對應關(guān)系直接(jie)刻度在(zai)流量計(ji)的錐管(guan)上，根據(ju)浮子的(de)高度直(zhí)接讀出(chū)流量值(zhí)，或通過(guo)✏️電存儲(chǔ)方式将(jiang)流量信(xìn)号(即浮(fu)子的位(wei)置信号(hao))記錄。
1.2浮(fú)子流量(liang)計的特(tè)點
由于(yu)浮子流(liú)量計在(zài)測量過(guò)程中始(shǐ)終保持(chi)節流件(jian)㊙️前後🈚的(de)壓差不(bu)變，通過(guò)改變流(liu)通面積(jī)實現流(liú)量的測(cè)量。①幾乎(hū)☂️不會遇(yu)到砂卡(kǎ)的現象(xiang)，與渦輪(lún)流量計(ji)相比受(shòu)井簡環(huan)境的影(yǐng)響小;②可(kě)接收微(wei)小💘流量(liang)信号,實(shi);現低液(yè)量井流(liú)量測試(shi);③浮子的(de)高度取(qu)決于液(yè)體的🐕流(liu)量,氣體(tǐ)對測量(liang)結果影(ying)⭐響很小(xiǎo)間。
2井下(xià)存儲式(shì)水平井(jing)産液剖(pōu)面測試(shi)儀
借鑒(jian)常規浮(fú)子流量(liang)計，同時(shi)考慮到(dao)水平井(jing)中儀器(qi)無法通(tong)過電纜(lan)在水平(ping)段下放(fàng),使用爬(pá)行器價(jia)格昂✏️貴(guì)且受井(jing)簡環境(jing)影響故(gu)障率高(gao)等因素(su)，設計了(le)适用于(yu)低液量(liang)水💋平井(jing)産📧液剖(pōu)面🙇🏻測試(shi)的井下(xia)浮子流(liu)量計，同(tóng)時與溫(wēn)度、壓力(li)、含水測(ce)試傳感(gǎn)器以及(ji)電路系(xì)統組成(chéng)井下存(cún)儲式水(shui)🌏平井産(chan)液剖面(miàn)測試儀(yí)，該儀器(qì)和油管(guan)連接後(hòu)一起下(xià)入到射(shè)孔段，可(kě)以連續(xu)監測多(duo)段💛壓裂(lie)水平井(jing)産📧液信(xìn)息。
2.1水平(ping)井井下(xia)浮子流(liu)量計設(she)計
水平(píng)井井下(xià)浮子流(liú)量計由(you)浮子、推(tuī)杆、滑套(tào)、線圈、彈(dàn)簧、流量(liàng)護管、單(dān)流閥等(deng)組成(見(jian)圖2)。
工作(zuò)原理:給(gei)浮子感(gǎn)應線圈(quan)上提供(gong)恒定的(de)電流激(ji)勵，當井(jing)下流體(ti)通過過(guò)流通道(dào)，推動浮(fu)子移動(dòng)，銜鐵發(fā)生位移(yí),引起感(gǎn)應線圈(quān)中磁阻(zǔ)變化,産(chan)生感應(ying)電動勢(shì),感😘應電(dian)動勢經(jīng)濾波放(fàng)大,輸人(rén)單片機(jī)内進行(háng)✂️處理後(hou)測得流(liu)量。流量(liang)測量線(xiàn)圈采用(yong)差分結(jie)構,溫漂(piāo)小,在流(liu)量線圈(quan)外加屏(ping)😘蔽層,減(jian)少外部(bu)對流量(liàng)測量的(de)幹擾;自(zi)感傳感(gǎn)器可以(yǐ)測量0.01μm~50mm的(de)機械位(wèi)移,具有(yǒu)測量精(jing)度💘高、靈(líng)敏度高(gao)、線性好(hao)、結構簡(jiǎn)單、性能(néng)可靠等(děng)優點。
2.2含(han)水率、溫(wen)度和壓(ya)力測量(liang)設計
含(hán)水率測(cè)試儀采(cǎi)用電容(róng)式含水(shuǐ)率傳感(gǎn)器和阻(zu)抗👣式含(hán)水🙇🏻率傳(chuán)感器組(zǔ)合設計(ji),分别測(ce)試流體(tǐ)的電容(rong)😘值和電(diàn)導率,可(kě)💃以适應(ying)低含水(shui)和高含(han)水傳感(gan)器組合(he),可以精(jīng)準測量(liang)含水率(lǜ)。
溫度測(cè)量原理(lǐ):給PT1000提供(gòng)恒流激(ji)勵，當井(jǐng)溫變化(huà)時,PT1000的阻(zu)☎️值也會(huì)發生變(bian)化,測量(liàng)電路輸(shu)出與溫(wen)度成正(zheng)比㊙️的差(chà)動電壓(ya)信号,經(jīng)過單片(piàn)機AD采集(ji)，得到溫(wēn)度信号(hào)。
壓力測(ce)量原理(li):壓力傳(chuán)感器采(cai)用恒壓(ya)供電電(dian)路，輸出(chu)與壓⁉️力(lì)成正比(bǐ)的壓力(lì)差動電(diàn)壓信号(hào),經過單(dan)片機AD采(cai)集,得到(dao)壓力信(xìn)号。
2.3儀器(qi)功耗設(shè)計
儀器(qi)選用容(róng)量爲9Ah的(de)高溫電(dian)池，采樣(yàng)間隔有(yǒu)多種類(lei)型可供(gong)♊選擇,最(zui)小可設(shè)置爲3s。儀(yi)器工作(zuò)30d最大功(gōng)耗設🔴計(jì)如🏃🏻♂️下。
(1)當(dang)儀器采(cǎi)樣間隔(ge)設置爲(wei)3s時。每間(jiān)隔3s需要(yao)采集1次(cì)數據,采(cai)集0.8s,此時(shí)總電流(liu)不超過(guo)25mA。1個月的(de)耗電量(liàng)4.8Ah。
(2)當儀器(qì)不工作(zuo)時,進人(ren)休眠狀(zhuang)态。總電(diàn)流不超(chao)過100μA。1個㊙️月(yuè)耗電量(liang)0.072Ah.
(3)儀器每(měi)采集87組(zǔ)數據(87X3s==261s)進(jìn)行一次(cì)數據存(cún)儲。存儲(chu)時間爲(wei)0.6s,總電流(liu)不超過(guò)50mA。1個月耗(hào)電量0.082Ah。
(4)儀(yí)器1個月(yue)最大耗(hao)電量4.954Ah。儀(yi)器可在(zai)井下連(lián)續工作(zuo)1個半月(yuè)以上。
2.4水(shui)平井産(chan)液剖面(mian)測試儀(yi)結構及(jí)原理
井(jing)下存儲(chu)式水平(píng)井産液(ye)剖面測(ce)試儀由(you)浮子流(liu)量計、含(han)水探頭(tou)、溫度探(tan)頭.壓力(li)傳感器(qi)、測量電(diàn)路、供電(dian)㊙️電池組(zu)成(見圖(tu)3)。當正常(cháng)産液時(shí)，坐封單(dan)向閥截(jié)止，流體(tǐ)通過進(jìn)液口,推(tui)動浮子(zǐ)移動，從(cong)而測得(de)流量。流(liú)體由過(guo)流通道(dào)流經溫(wen)度探頭(tou)、壓力探(tan)頭與含(han)水探頭(tou)時,可測(cè)得流體(ti)含水率(lǜ)、壓力與(yǔ)溫度,最(zuì)🙇♀️後通過(guò)出液⛷️口(kou)流出。坐(zuo)封時,浮(fu)子保護(hù)單向閥(fa)截止,流(liu)體從隔(gé)離管與(yu)外護管(guǎn)環空過(guò)流通道(dào)流過,打(da)開坐封(feng)單向閥(fa),實現坐(zuò)封。
3室内(nei)實驗
3.1含(han)水率對(dui)流量測(ce)試的影(ying)響
(1)介質(zhì):柴油和(hé)水兩相(xiang)。
(2)方式:在(zài)垂直狀(zhuàng)态下進(jin)行流量(liàng)标定,流(liu)量從0、1、2.....10m³/d,分(fèn)别選擇(ze)含水率(lü)爲100%、80%、40%進行(háng)流量測(ce)試實驗(yàn)。
(3)對流量(liàng)刻度進(jin)行曲線(xiàn)拟合。
實(shí)驗結果(guo)表明,浮(fu)子流量(liang)計啓動(dong)流量爲(wei)0.5m/d,可對低(di)液❓量井(jǐng)進⛱️行測(ce)試;不同(tong)含水率(lü)的流量(liàng)測試曲(qu)線基本(ben)重合,說(shuo)明浮子(zi)位置的(de)變化隻(zhi)與通過(guo)浮子流(liú)體的⭐流(liú)量相關(guān),流體含(han)水率對(duì)浮子流(liu)量計測(ce)試結果(guǒ)的影響(xiang)可忽略(lue)。.
3.2儀器傾(qing)角對流(liú)量測試(shi)的影響(xiǎng)
(1)介質:柴(chái)油和水(shui)兩相。
(2)方(fang)式:将儀(yí)器分别(bie)處于水(shui)平狀态(tài)0°和負角(jiǎo)度一30°(即(ji)進液口(kǒu)高于出(chu)液口)狀(zhuang)态下，流(liú)量從0、1、2..10m³/d,分(fèn)别選擇(zé)含水率(lǜ)爲100%、80%、40%進行(hang)流量測(cè)試實驗(yan)。
(3)對流量(liang)刻度進(jin)行曲線(xiàn)拟合。
實(shí)驗結果(guǒ)表明，當(dāng)井簡處(chù)于水平(ping)狀态甚(shèn)至負角(jiao)度狀态(tài)🌈下,盡管(guǎn)‼️流體的(de)型态爲(wei)層流或(huo)逆向流(liú),但對浮(fú)子流量(liang)計和含(hán)水率的(de)測試結(jié)果影響(xiǎng)較小，最(zui)大誤差(cha)僅4%。分析(xī)認爲這(zhè)是由㊙️于(yu)浮子🙇♀️位(wei)置變化(hua)隻與進(jìn)入錐形(xing)管空間(jian)流體流(liu)量有關(guan),基本克(kè)服了油(you)、水的分(fèn)層流動(dong)使渦輪(lún)流量計(ji)響應變(biàn)得複雜(zá)的問題(tí)。當流體(tǐ)經過電(diàn)容+阻抗(kang)式持水(shuǐ)率儀時(shí),由于在(zai)圓周上(shang)配置多(duo).個持水(shui)率傳感(gǎn)器,能夠(gòu)很好地(dì)👣解決常(cháng)規儀器(qì)隻❤️能中(zhōng)心采樣(yàng)不能✊探(tan)測到的(de)全截面(miàn)流體的(de)問題㊙️,可(ke)以清楚(chu)地分辨(bian)出油和(he)水。
4現場(chǎng)應用
2025年(nian)12月在長(zhang)慶油田(tián)CP-X井首次(ci)開展水(shui)平井存(cun)儲式浮(fu)子流量(liang)計⛱️井下(xià)先導性(xing)試驗,該(gāi)井射孔(kǒng)9段,測試(shì)前日産(chǎn)液16.07m³,含水(shuǐ)100%。爲了驗(yan)證流🥵量(liàng)、含水測(ce)試正确(què)率,對該(gai)井射孔(kong)段1進行(háng)雙封單(dan)卡江藝(yì)測試,同(tong)時地面(mian)單獨測(cè)量該段(duàn)産液量(liàng)并化驗(yan)含水,測(ce)試管柱(zhù)見圖4。
該(gai)井儀器(qi)設置采(cǎi)樣間隔(gé)爲10min,35d後起(qi).出,測試(shì)結果顯(xiǎn)示射孔(kǒng)段1單層(céng)流量爲(wèi)3.77m³/d,含水98.6%(見(jian)圖5);同時(shi),地面單(dan)獨測量(liàng)射孔段(duan)1的日産(chan)液爲3.58m³,含(han)水🌈100%。測試(shì)流量和(he)含水與(yǔ)實際單(dān)量和化(hua)驗結果(guo)接近,說(shuō)明存儲(chu)式産液(ye)剖面測(cè)試🆚儀首(shǒu)次在水(shui)平井井(jing)下試驗(yan)取得成(cheng)功,證明(ming)了井下(xia)浮子流(liú)量計🔴應(yīng)用于低(di)液量水(shuǐ)平井産(chǎn)液剖面(miàn)測試⭐可(kě)行。
5結論
(1)井(jǐng)下存儲(chǔ)式浮子(zi)流量計(jì)啓動流(liu)量小于(yu)0.5m³/d,且不受(shòu)井筒出(chu)砂影響(xiǎng),彌補了(le)渦輪流(liu)量計不(bu)适應低(dī)液量水(shuǐ)平井的(de)不✂️足，提(tí)高了低(dī)液量水(shuǐ)平井測(cè)試結果(guǒ)的正确(què)率。
(2)室内(nèi)動态實(shí)驗表明(míng),無論是(shì)垂直、水(shuǐ)平及傾(qīng)斜情況(kuàng)下,浮子(zi)流量計(ji)響應特(tè)性均不(bú)敏感于(yu)含水率(lü)，擁有非(fēi)常🆚好的(de)不依賴(lai)于😄流型(xíng)的特性(xing)。
(3)測試儀(yí)器随油(you)管下入(rù)目的層(ceng),無需電(diàn)纜和爬(pá)行器,一(yī)🚩趟管柱(zhù)即⭐可完(wán)成水平(ping)井産液(ye)剖面測(ce)試,大幅(fu)度降低(di)了産液(ye)剖面測(cè)試成本(ben)。
(4)測試結(jie)果包含(han)流量,含(han)水、壓力(li)和溫度(dù)等儲層(céng)流體物(wu)😘性⭕參數(shu),可進行(hang)各射孔(kong)段産能(néng)評價.判(pan)斷井簡(jian)出水位(wèi)置,爲低(dī)液量水(shui)平井控(kong)水穩油(yóu)措施提(ti)供依據(ju)。
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