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

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

　　其(qi)中ρ、v~g、h分别是(shi)流體密度(du)、流速、重力(li)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(guan)系:
Q=vS(7)
其中Q、S爲(wei)流體流量(liang)、流通截面(mian)積。
Qi=vS:(8)
Q2=v2Sz(9)
流量一(yi)定時，流量(liang)計内與井(jing)筒内流量(liang)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(shi)說明流動(dong)壓力F(Q)與流(liu)體的流量(liang)Q的平方成(cheng)正比。
1.4.3中流(liu)量
　　随着流(liu)量增加,當(dang)流量足夠(gou)大時,浮子(zi)脫離.上托(tuo)彈簧8,但未(wei)觸及下壓(ya)彈簧4,浮子(zi)懸浮于流(liu)體當中,上(shang)托、下壓彈(dan)簧的形變(bian)均爲零。在(zai)該流量範(fan)圍内,重力(li)、浮力、流體(ti)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(fu)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(ya)彈簧反向(xiang)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(liang)相流:含水(shui)率調節爲(wei)0、30%、50%、70%、80%、90%、100%;在每一含(han)水率.下,流(liu)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(bu)同流量時(shi)浮子流量(liang)計輸出頻(pin)率的變化(hua)量,得到井(jing)下浮子流(liu)量計在油(you)水兩相流(liu)條件下的(de)方法實驗(yan)結果(圖2)。圖(tu)中橫坐标(biao)是配比流(liu)量(m3/d),縱坐标(biao)是儀器輸(shu)出頻率(Hz)。

　　由圖2可以(yi)看出,浮子(zi)的啓動流(liu)量很低爲(wei)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(liang)計頻率響(xiang)應有較好(hao)的線性關(guan)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(bu)同含水率(lü)下儀器輸(shu)出頻率離(li)散性很小(xiao)。
3現場應用(yong)及分析
　　多(duo)待測油井(jing)井況比較(jiao)特殊,以往(wang)的測井儀(yi)器根本無(wu)法下井,而(er)且大都爲(wei)含砂井,砂(sha)卡普遍較(jiao)爲嚴重,渦(wo)輪流量計(ji)根本無法(fa)應用，無法(fa)進行産量(liang)測量”。井下(xia)浮子流量(liang)計憑借自(zi)身結構設(she)計等方面(mian)的優勢,配(pei)接于産出(chu)剖面測井(jing)儀，上，采用(yong)傘式集流(liu)器在這些(xie)油田成功(gong)的實現了(le)流量測量(liang)。圖3爲青海(hai)油田X井測(ce)井曲線圖(tu),該井産量(liang)爲53.3m2/d,含砂大(da)約6%。由圖中(zhong)井溫及微(wei)差井溫曲(qu)線可以看(kan)出,該井主(zhu)産層在1460m-1510m,結(jie)合磁定位(wei)曲線所示(shi)射孔層位(wei)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(shi)進人死水(shui)口。

　　根據射(she)孔深度、井(jing)溫曲線波(bo)動,該浮子(zi)流量計的(de)測點深度(du)分别選取(qu)在1475.4m、1478.9m、1484.6m、1489.1m、1493.6m,相應射(she)孔深度的(de)點測響應(ying)值分别爲(wei)960Hz.947Hz、837Hz、762Hz、646Hz,不同的頻(pin)率值對應(ying)不同的産(chan)量,表明浮(fu)子流量計(ji)在主産層(ceng)工作正常(chang),能夠實現(xian)對各産層(ceng)産量進行(hang)準确測量(liang),并且測量(liang)不受限于(yu)含砂流體(ti),可以用于(yu)含砂井的(de)流量測量(liang)。表1是将圖(tu)4浮子流量(liang)計測井頻(pin)率響應曲(qu)線圖中深(shen)度與頻率(lü)對應關系(xi)轉化成深(shen)度及流量(liang)對應關系(xi)。選取1500m死水(shui)區頻率爲(wei)260Hz(浮子流量(liang)計基值)作(zuo)爲基值,其(qi)他測點頻(pin)率響應與(yu)之分别作(zuo)差頻,根據(ju)方法實驗(yan)結果,找出(chu)各差頻值(zhi)對應的流(liu)量,死水區(qu)選0m2/d.
選取表(biao)1中的測點(dian)深度值爲(wei)橫坐标，流(liu)量作爲縱(zong)坐标，繪制(zhi)浮子流量(liang)計深度-流(liu)量測井曲(qu)線(見圖4)。
4結(jie)論
　　井下浮(fu)子流量計(ji)流量測量(liang)原理的正(zheng)确性已經(jing).由室内及(ji)現場實驗(yan)證實,而且(qie)青海油田(tian)現場測量(liang)結果表明(ming),該浮子式(shi)流量計的(de)流量測量(liang)下限低,流(liu)量測量範(fan)圍寬,能測(ce)量含砂流(liu)體,特别适(shi)合于井下(xia)流體測量(liang)。

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