摘要(yao):爲了(le)解決(jue)産出(chu)剖面(mian)測井(jing)用
渦(wo)輪流(liu)量計(ji)
的砂(sha)卡難(nan)題，采(cai)用等(deng)效面(mian)積法(fa)改變(bian)進液(ye)孔、出(chu)液孔(kong)形⛹🏻♀️狀(zhuang)，對☎️原(yuan)有渦(wo)輪流(liu)量計(ji)機械(xie)結構(gou)進行(hang)優化(hua)設計(ji)。詳細(xi)介紹(shao)了防(fang)砂卡(ka)裝置(zhi)🈲的結(jie)構及(ji)工作(zuo)原理(li)，防砂(sha)卡渦(wo)輪🚶流(liu)量計(ji)的技(ji)術指(zhi)标及(ji)室内(nei)校準(zhun)結果(guo)。現場(chang)試驗(yan)表明(ming)，較原(yuan)有傳(chuan)✍️統渦(wo)輪流(liu)量計(ji)，防砂(sha)卡渦(wo)輪流(liu)量計(ji)
可以(yi)顯著(zhe)減少(shao)砂卡(ka)率，有(you)效提(ti)高産(chan)出剖(pou)面測(ce)井成(cheng)功率(lü)。
0引言(yan)
目前(qian)，過環(huan)空阻(zu)抗找(zhao)水儀(yi)主要(yao)實現(xian)含水(shui)和流(liu)量測(ce)試，含(han)水采(cai)用電(dian)導法(fa)測量(liang)，流量(liang)測試(shi)主要(yao)采用(yong)渦輪(lun)流量(liang)計旦(dan)🔴。渦輪(lun)流量(liang)計的(de)原理(li)和結(jie)構決(jue)定其(qi)有一(yi)緻命(ming)缺點(dian),即其(qi)葉輪(lun)屬于(yu)轉動(dong)部件(jian)，與渦(wo)輪流(liu)量計(ji)接觸(chu)流體(ti)中的(de)雜質(zhi)往往(wang)導緻(zhi)葉輪(lun)砂卡(ka)叔。通(tong)過統(tong)計分(fen)析，油(you)井出(chu)砂、垢(gou)粒、垢(gou)片、渦(wo)輪支(zhi)架與(yu)葉輪(lun)間隙(xi)小、鐵(tie)屑是(shi)造成(cheng)砂卡(ka)的主(zhu)要原(yuan)因。中(zhong)原測(ce)井公(gong)司在(zai)💚注入(ru)井中(zhong)的渦(wo)輪🥵流(liu)量計(ji)磁鋼(gang)安裝(zhuang)防磁(ci)罩,解(jie)決砂(sha)🚩卡取(qu)得較(jiao)好效(xiao)果畢(bi)♍;專利(li)《防堵(du)卡渦(wo)輪流(liu)量計(ji)》提出(chu)㊙️切向(xiang)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)辦法(fa)解決(jue)産出(chu)井砂(sha)卡國(guo),但未(wei)🌏找到(dao)相應(ying)的應(ying)用文(wen)獻。大(da)慶油(you)田處(chu)于開(kai)發中(zhong)後期(qi)，大量(liang)的井(jing)存在(zai)出砂(sha)、垢粒(li)現🤞象(xiang)。通過(guo)統計(ji)，在采(cai)油五(wu)⭐廠砂(sha)卡占(zhan)到70%,其(qi)中儀(yi)器自(zi)身原(yuan)因和(he)井況(kuang)造成(cheng)的砂(sha)卡占(zhan)到94%。渦(wo)輪流(liu)量計(ji)出現(xian)砂卡(ka)，則得(de)到的(de)産液(ye)量不(bu)準,無(wu)法爲(wei)地質(zhi)部門(men)提供(gong)真實(shi)準确(que)的環(huan)空測(ce)試資(zi)料，達(da)不到(dao)指導(dao)油田(tian)🈲開發(fa)生産(chan)的目(mu)的。爲(wei)了降(jiang)低砂(sha)卡率(lü),通.過(guo)機🙇♀️械(xie)解:卡(ka)的辦(ban)法實(shi)現解(jie)卡。
1防(fang)砂卡(ka)渦輪(lun)流量(liang)計結(jie)構及(ji)防砂(sha)卡工(gong)作原(yuan)理
防(fang)砂卡(ka)渦輪(lun)流量(liang)計結(jie)構如(ru)圖1所(suo)示，主(zhu)要由(you)渦輪(lun)流量(liang)計♻️、篩(shai)狀出(chu)液孔(kong)、渦輪(lun)流量(liang)計安(an)裝短(duan)接、解(jie)卡管(guan)、解卡(ka)管開(kai)槽💃🏻、中(zhong)心管(guan)、長👨❤️👨條(tiao)孔(銷(xiao)釘運(yun)動槽(cao)7)、薄壁(bi)筒、進(jin)液🔴孔(kong)、解卡(ka)管固(gu)定銷(xiao)釘、含(han)水傳(chuan)感器(qi)安裝(zhuang)筒組(zu)成。采(cai)用等(deng)效面(mian)法🐉,将(jiang)進液(ye)孔🍉一(yi)分爲(wei)二，改(gai)爲寬(kuan)2mm的矩(ju)形進(jin)液✏️孔(kong)，解決(jue)從進(jin)液孔(kong)進入(ru)的長(zhang)垢片(pian)或大(da)垢片(pian)造成(cheng)的砂(sha)卡，如(ru)圖2所(suo)示。将(jiang)原先(xian)3個方(fang)型的(de)出液(ye)孔改(gai)爲直(zhi)徑4mm的(de)陣列(lie)狀的(de)篩孔(kong)，解決(jue)儀器(qi)在下(xia)井過(guo)程中(zhong)從出(chu)液孔(kong)進入(ru)儀器(qi)的長(zhang)垢片(pian)、大垢(gou)片造(zao)成的(de)砂卡(ka)，如圖(tu)3所示(shi)。
将(jiang)渦輪(lun)支架(jia)内徑(jing)擴大(da),解卡(ka)管的(de)内壁(bi)充當(dang)渦輪(lun)的内(nei)壁,解(jie)卡管(guan)通過(guo)固定(ding)銷釘(ding)固定(ding)在薄(bao)壁筒(tong)上,通(tong)過開(kai)收傘(san)，薄🈚壁(bi)筒‼️帶(dai)動解(jie)卡管(guan)在長(zhang)條孔(kong)上下(xia)運動(dong)，解卡(ka)管在(zai)解卡(ka)管🤟開(kai)槽上(shang)下通(tong)過渦(wo)輪總(zong)🧑🏽🤝🧑🏻成的(de)支架(jia),在收(shou)傘的(de)過程(cheng)中實(shi)現渦(wo)輪總(zong)成的(de)支架(jia)内壁(bi)與葉(ye)輪🔴之(zhi)間的(de)空間(jian)增大(da)，從而(er)實現(xian)井内(nei)出砂(sha)、垢粒(li)、小垢(gou)片👉、渦(wo)輪支(zhi)架與(yu)葉🔞輪(lun)間隙(xi)小造(zao)成的(de)砂卡(ka)的解(jie)卡。
在(zai)解卡(ka)管底(di)端安(an)裝磁(ci)鋼,如(ru)圖4所(suo)示,吸(xi)附流(liu)體中(zhong)鐵屑(xie)、鏽粉(fen)，解決(jue)渦輪(lun)葉片(pian)磁鋼(gang)吸附(fu)鐵屑(xie)造成(cheng)的砂(sha)卡。
2主(zhu)要技(ji)術指(zhi)标
20m3渦(wo)輪流(liu)量計(ji)流量(liang)最大(da)允許(xu)誤差(cha)爲3%，啓(qi)動排(pai)量1m3/d，支(zhi)架内(nei)腔🈲直(zhi)徑由(you)13．80mm擴大(da)爲17．76mm，解(jie)卡管(guan)長18．90mm，外(wai)徑Ф17．00mm，内(nei)徑Ф13．80mm。
40m3渦(wo)輪流(liu)量計(ji)流量(liang)最大(da)允許(xu)誤差(cha)爲3%，啓(qi)動排(pai)量2m3/d，支(zhi)架内(nei)腔直(zhi)徑由(you)17．76mm擴大(da)爲20．00mm，解(jie)卡管(guan)長18．90mm，外(wai)徑Ф19．30mm，内(nei)徑Ф17．76mm。
解(jie)卡管(guan)頂端(duan)每120°均(jun)勻分(fen)布長(zhang)16．1mm，寬2mm槽(cao)縫，線(xian)槽長(zhang)24．6mm，寬2mm，解(jie)卡🔴管(guan)底端(duan)的🌈銷(xiao)釘走(zou)固定(ding)槽寬(kuan)4mm，長10mm
3室(shi)内校(xiao)準
爲(wei)了驗(yan)證可(ke)行性(xing),采用(yong)室内(nei)校準(zhun)實現(xian)。機加(jia)組裝(zhuang)2支型(xing)号HK-ZS-40儀(yi)器,編(bian)♍号爲(wei)P033、P032,2支HK-ZS-20儀(yi)器，編(bian)号爲(wei)K001、K018,進行(hang)室内(nei)流量(liang)校準(zhun)。校✏️準(zhun)介質(zhi):自來(lai)水。從(cong)2025年11月(yue)26日到(dao)2025年11月(yue)26日,先(xian)後校(xiao)準阻(zu)抗儀(yi)40多次(ci)。
3.1關于(yu)解卡(ka)管、進(jin)液孔(kong)、出液(ye)孔造(zao)成的(de)摩擦(ca)和局(ju)部擴(kuo)大🚩(縮(suo)小♈)阻(zu)力損(sun)失用(yong)K值确(que)定
K值(zhi)爲儀(yi)器常(chang)數,理(li)想狀(zhuang)态下(xia)，渦輪(lun)轉動(dong)隻受(shou)流體(ti)作👨❤️👨用(yong)于⚽渦(wo)輪的(de)⭐力，但(dan)實際(ji)測量(liang)時,除(chu)了流(liu)體作(zuo)用于(yu)渦輪(lun)的🐅力(li)外，渦(wo)輪還(hai)受♋到(dao)流體(ti)的粘(zhan)性摩(mo)擦力(li)、渦輪(lun)自重(zhong)及渦(wo)輪軸(zhou)承轉(zhuan)動的(de)摩擦(ca)力⭐、流(liu)體在(zai)進入(ru)渦輪(lun)橫💃🏻截(jie)面的(de)局部(bu)阻力(li)，儀器(qi)常數(shu)用🈲于(yu)評價(jia)渦👈輪(lun)葉片(pian)的🏃♀️受(shou)力情(qing)況，其(qi)定義(yi)式爲(wei):
K=ξ/2π(1)
式(1)中(zhong),K爲儀(yi)器常(chang)數,r/(m3?s);ξ爲(wei)流量(liang)系數(shu)，°/m3。
儀器(qi)常數(shu)的物(wu)理意(yi)義是(shi)單位(wei)時間(jian)内單(dan)位體(ti)積的(de)流體(ti)流過(guo)渦輪(lun)時,渦(wo)輪轉(zhuan)動圈(quan)數。從(cong)儀器(qi)常數(shu)的定(ding)義式(shi)可知(zhi),K值表(biao)征了(le)🈲流量(liang)🐆範圍(wei)内渦(wo)輪的(de)平均(jun)轉速(su)，要求(qiu)其大(da)于等(deng)于1。K值(zhi)越大(da)，則渦(wo)輪轉(zhuan)速🏃越(yue)快，所(suo)受阻(zu)力越(yue)小，因(yin)此解(jie)卡管(guan)、進液(ye)孔、出(chu)液孔(kong)造成(cheng)的局(ju)部擴(kuo)阻力(li)損失(shi)可以(yi)由K值(zhi)衡量(liang)。通過(guo)校準(zhun)，按💃🏻(2)式(shi)以最(zui)小二(er)🏃🏻♂️乘法(fa)就可(ke)求得(de)儀器(qi)常數(shu)K值。
N=K(Q-q)(2)
式(shi)(2)中，N爲(wei)渦輪(lun)轉動(dong)轉數(shu),r/s;Q爲流(liu)量，m3/d;q爲(wei)啓動(dong)排量(liang)，m3/d.
表1爲(wei)2025年11月(yue)26日P033第(di)6次校(xiao)準結(jie)果。本(ben)次校(xiao)準平(ping)均K值(zhi)1.301r/(m3?s),大于(yu)1.0r/(m3?s),同時(shi)最大(da)引用(yong)誤差(cha)爲1.08%，小(xiao)于最(zui)大允(yun)許誤(wu)差3%，啓(qi)動排(pai)量2m2/d時(shi)㊙️的平(ping)㊙️均轉(zhuan)速1.850r/s,因(yin)♈此P033校(xiao)準合(he)格。同(tong)樣,P032、K001、K018先(xian)後校(xiao)準合(he)格。因(yin)此，在(zai)啓動(dong)💜排量(liang)、最大(da)允許(xu)🤞誤差(cha)合格(ge)的前(qian)提下(xia),K值大(da)于等(deng)于1,K值(zhi)可以(yi)評價(jia)解卡(ka)管、進(jin)液孔(kong)、出液(ye)孔造(zao)成的(de)局部(bu)阻力(li)損失(shi)。
注:标(biao)準流(liu)量單(dan)位，m3/d;被(bei)測轉(zhuan)速單(dan)位,r/s;K值(zhi)單位(wei)，r/(m2?s)。
3.2确定(ding)渦輪(lun)葉片(pian)轉動(dong)的持(chi)續時(shi)間
渦(wo)輪葉(ye)片能(neng)轉動(dong)的持(chi)續時(shi)間是(shi)指渦(wo)輪調(diao)試好(hao)後🛀🏻，在(zai)一定(ding)💚作用(yong)力下(xia)，渦輪(lun)葉片(pian)從轉(zhuan)動開(kai)始到(dao)停止(zhi)的時(shi)間。由(you)表🈚2可(ke)知,P032第(di)1次校(xiao)準時(shi)，解卡(ka)裝置(zhi)末端(duan)沒有(you)安裝(zhuang)磁鋼(gang)，渦輪(lun)調試(shi)結果(guo)🌐持續(xu)時間(jian)19s,最大(da)引用(yong)誤差(cha)3.012%不合(he)格，啓(qi)動排(pai)量2m3/d時(shi)，平均(jun)轉速(su)爲0.943r/s,渦(wo)輪雖(sui)然沒(mei)有轉(zhuan)動,但(dan)已接(jie)近轉(zhuan)🙇♀️動。P032第(di)2次校(xiao)準🐉時(shi)，解卡(ka)裝置(zhi)末端(duan)沒有(you)安裝(zhuang)磁鋼(gang)，渦輪(lun)⛷️調試(shi)結果(guo)持續(xu)時間(jian)20s,最大(da)引用(yong)誤差(cha)2.856%合格(ge)，啓動(dong)排量(liang)2m3/d時,渦(wo)輪轉(zhuan)動,平(ping)均轉(zhuan)速🌈爲(wei)1.867r/s。K001第1次(ci)校準(zhun)時，解(jie)🙇♀️卡裝(zhuang)置末(mo)端沒(mei)有㊙️安(an)裝磁(ci)鋼，渦(wo)輪調(diao)試結(jie)果持(chi)續時(shi)間30s,最(zui)大引(yin)用誤(wu)差2.458%合(he)格，啓(qi)動排(pai)量1m3/d時(shi)，渦輪(lun)轉動(dong)，平均(jun)轉.速(su)爲2.245r/s。P032和(he)K001的校(xiao)準結(jie)果表(biao)明，在(zai)啓動(dong)排💃🏻量(liang)時，渦(wo)輪葉(ye)片轉(zhuan)動的(de)✊持續(xu)時間(jian)超過(guo)20s,就可(ke)以保(bao)證啓(qi)動排(pai)量、最(zui)大引(yin)用誤(wu)差合(he)格。爲(wei)了提(ti)高👅渦(wo)⚽輪流(liu)量計(ji)校準(zhun)精度(du)，硬性(xing)規定(ding)爲了(le)保證(zheng)啓動(dong)排量(liang)，渦輪(lun)葉片(pian)轉動(dong)的持(chi)續時(shi)間爲(wei)30s。
3.3磁鋼(gang)位置(zhi)和大(da)小的(de)确定(ding)
由表(biao)2可知(zhi),解卡(ka)裝置(zhi)末端(duan)粘貼(tie)寬15mm、長(zhang)15.2mm、厚1.8mm的(de)弧形(xing)磁鋼(gang),安裝(zhuang)距離(li)渦輪(lun)流量(liang)計磁(ci)鋼8.9cm時(shi),P032第3次(ci)渦輪(lun)葉片(pian)轉動(dong)持續(xu)時間(jian)28s,40m3/d平均(jun)轉速(su)🌈49.650r/s;同樣(yang)的磁(ci)鋼大(da)小和(he)安裝(zhuang)距離(li)，K001第2次(ci)調試(shi)渦輪(lun)✔️,葉輪(lun)轉🐇動(dong)持續(xu)時間(jian)26s,最大(da)引用(yong)誤差(cha)1.908%合格(ge)，啓動(dong)排量(liang)1m3/d時,平(ping)均轉(zhuan)速0.513r/s,不(bu)合格(ge)。K001第3次(ci)㊙️，解卡(ka)裝置(zhi)末端(duan)粘貼(tie)寬15mm、長(zhang)3.8mm、厚1.8mm的(de)弧形(xing)磁鋼(gang)，安裝(zhuang)距離(li)渦輪(lun)流量(liang)計磁(ci)鋼9.6cm,渦(wo)輪沒(mei)有調(diao)試持(chi)續時(shi)🌈間30s,但(dan)校準(zhun)結果(guo)最大(da)引用(yong)誤差(cha)3.752%不合(he)格，啓(qi)動排(pai)量1m3/d沒(mei)有啓(qi)動，平(ping)均轉(zhuan)速0.666r/s不(bu)合格(ge)。K001第4次(ci)，重新(xin)調試(shi)渦輪(lun)，持續(xu)時間(jian)30s,同時(shi)将寬(kuan)15mm、長3.8mm、厚(hou)1.8mm的弧(hu)形磁(ci)鋼,距(ju)離渦(wo)輪流(liu)量計(ji)磁鋼(gang)的距(ju)離調(diao)整爲(wei)11.26cm,最大(da)引用(yong)誤差(cha)1.095%，啓動(dong)排量(liang)1m3/d啓動(dong),平均(jun)轉速(su)2.587。故最(zui)終确(que)定弧(hu)形磁(ci)鋼寬(kuan)15mm、長3.8mm、厚(hou)1.8mm,距離(li)渦輪(lun)流量(liang)計磁(ci)鋼的(de)距離(li)爲11.26cm。此(ci)時在(zai)流量(liang)計啓(qi)動排(pai)量時(shi)，渦輪(lun)葉片(pian)轉動(dong)。
3.4中心(xin)管、解(jie)卡裝(zhuang)置材(cai)質确(que)定
将(jiang)解卡(ka)裝置(zhi)下端(duan)弧形(xing)磁鋼(gang)去掉(diao)，并重(zhong)新調(diao)試渦(wo)輪，結(jie)果🈲見(jian)表3。渦(wo)輪調(diao)試結(jie)果持(chi)續時(shi)間35s,雖(sui)然誤(wu)差-2.12%合(he)格，但(dan)啓動(dong)排量(liang)2m3/d仍👣沒(mei)有啓(qi)動。磁(ci)鋼去(qu)掉後(hou)，還有(you)什麽(me)原因(yin)呢?2025年(nian)11月26日(ri)檢修(xiu)發現(xian),中心(xin)管、解(jie)卡裝(zhuang)置被(bei)磁化(hua)，變相(xiang)有磁(ci)場影(ying)響渦(wo)輪流(liu)量計(ji)啓動(dong)排量(liang)。更換(huan)中心(xin)管薄(bao)壁筒(tong)重新(xin)校準(zhun),重複(fu)校準(zhun)13次,誤(wu)差爲(wei)🆚分别(bie)爲1.38%、1.474%、1.143%、1.166%、1.247%、1.082%、1.640%、1.709%、1.313%、1.26%、1.227%、1.114%,K值(zhi)爲1.29左(zuo)右。從(cong)結果(guo)可知(zhi),儀器(qi)P033線性(xing)、穩定(ding)性、重(zhong)複性(xing)良好(hao)。所以(yi)中心(xin)管、解(jie)卡裝(zhuang)置必(bi)須爲(wei)不導(dao)磁⛷️材(cai)料。
4現(xian)場應(ying)用
防(fang)砂卡(ka)渦輪(lun)流量(liang)計在(zai)五大(da)隊成(cheng)功解(jie)卡370井(jing)次，現(xian)場解(jie)卡測(ce)試曲(qu)✌️線見(jian)圖5。剛(gang)測試(shi)時，渦(wo)輪葉(ye)片轉(zhuan)動正(zheng)常，大(da)約在(zai)20s左右(you)，由于(yu)流體(ti)帶進(jin)的雜(za)質導(dao)緻流(liu)量曲(qu)線歸(gui)零。通(tong)過儀(yi)器二(er)芯供(gong)電收(shou)傘，大(da)約15s後(hou)再開(kai)傘，一(yi)芯流(liu)量供(gong)電測(ce)試，渦(wo)輪葉(ye)片通(tong)過🧑🏾🤝🧑🏼瞬(shun)間開(kai)收傘(san)，擴大(da)了葉(ye)輪與(yu)渦輪(lun)殼體(ti)之間(jian)的空(kong)間，雜(za)質通(tong)🔴過渦(wo)輪葉(ye)片❤️旋(xuan)轉正(zheng)常。從(cong)曲線(xian)可以(yi)看出(chu),在解(jie)卡前(qian)和解(jie)卡後(hou),渦輪(lun)旋轉(zhuan)--緻👣，都(dou)爲15m3/d左(zuo)右，而(er)且⛱️解(jie)卡前(qian)後沖(chong)次一(yi)緻，渦(wo)輪流(liu)量計(ji)解卡(ka)裝置(zhi)有效(xiao)解決(jue)了因(yin)油井(jing)出砂(sha)、垢片(pian)、間隙(xi)小造(zao)成的(de)砂卡(ka)，砂卡(ka)率由(you)原先(xian)的70%降(jiang)低到(dao)30%，實現(xian)了産(chan)液剖(pou)面流(liu)量準(zhun)确測(ce)試。
在(zai)現場(chang)應用(yong)中發(fa)現，磁(ci)鋼固(gu)定采(cai)用AB膠(jiao)效果(guo)不理(li)想，下(xia)一步(bu)研究(jiu)怎麽(me)固定(ding)磁鋼(gang)，磁場(chang)的大(da)小怎(zen)麽确(que)定，解(jie)決渦(wo)輪磁(ci)鋼吸(xi)附鐵(tie)屑造(zao)成的(de)砂卡(ka)。
5結論(lun)
1)K值可(ke)以衡(heng)量解(jie)卡裝(zhuang)置、進(jin)液孔(kong)、出液(ye)孔、弧(hu)形磁(ci)鋼造(zao)成的(de)摩擦(ca)和局(ju)部阻(zu)力損(sun)失;
2)在(zai)解卡(ka)裝置(zhi)末端(duan)粘貼(tie)寬15mm、長(zhang)3.8mm、厚1.8mm的(de)弧形(xing)磁鋼(gang)，距離(li)渦輪(lun)流量(liang)計㊙️磁(ci)鋼的(de)距離(li)爲11.26cm時(shi),在渦(wo)輪流(liu)量計(ji)啓動(dong)排⭕量(liang)不會(hui)造成(cheng)不啓(qi)動;
3)中(zhong)心管(guan)、解卡(ka)裝置(zhi)必須(xu)是不(bu)導磁(ci)材料(liao),否則(ze)啓動(dong)排🐕量(liang)🌂不能(neng)啓動(dong);
4)磁鋼(gang)固定(ding)采用(yong)AB膠效(xiao)果不(bu)理想(xiang)，下一(yi)步研(yan)究磁(ci)場的(de)大小(xiao)💋和磁(ci)鋼固(gu)定方(fang)式。
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