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新聞詳情
油井下金屬浮子流量計(jì)選型和安裝規(guī)則前 言： 以下文主要對油井下流量測量的金屬管浮子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作原理，地面模擬實(shí)驗(yàn)及在青海油田現(xiàn)場應(yīng)用效果表明，該流量計(jì)具有啟動流量低、測量范圍寬，能夠應(yīng)用于井下油水兩相流及產(chǎn)液含砂井的流量測量。 引言 目前國內(nèi)油井過環(huán)空產(chǎn)出剖面測井的流量測量以渦輪流量計(jì)為主[1] [2]，由于受儀器外徑和集流效果限制，渦輪流量計(jì)通常存在如下缺點(diǎn)：流量測量范圍小，或者啟動排量過高或者測量流量上限太低[3]；砂卡普遍較為嚴(yán)重，不能測量含砂流體；隨著三次采油技術(shù)的推廣，渦輪流量計(jì)因粘度影響，已無法滿足稠油及注聚產(chǎn)液測量。因此，準(zhǔn)確的流量測量對新型流量計(jì)的需求顯得愈加迫切。 1 金屬管浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理 1.1 金屬管浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu) 為了達(dá)到降低流量測量下限，提高流量測量上限，進(jìn)而拓寬流量測量范圍，同時也為了有效防止砂卡，客服流體粘度影響，從而達(dá)到測量含砂流體或注聚產(chǎn)液目的，井下金屬管浮子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1 所示。  位移傳感器外殼 1 主要用于封裝位移傳感器 2~8 等部件；位移傳感器是差動變壓器式傳感器，其內(nèi)部鐵芯 3 用于傳遞浮子位移、速度；浮子 6 置于流道中央進(jìn)液口處進(jìn)行流量測量；下壓彈簧 4 固定于差動變壓器式傳感器 2 下端，用于提高流量上限；浮子活動范圍由出液口短接 5 長度所限；上托彈簧 7 用于降低流量下限。 1.2 金屬管浮子流量計(jì)工作原理 流體由進(jìn)液口進(jìn)入儀器流道，推動浮子，浮子上移過程中，流體在出液口處的流通截面積逐漸增大，不同的流量對應(yīng)不同的流通截面積，截面積的變化轉(zhuǎn)化為浮子的位移，進(jìn)而不同的流量又轉(zhuǎn)化為浮子的不同位移，即：流量—>面積—>位移。此位移再由內(nèi)部鐵芯傳遞給差動變壓器式傳感器，位移 傳感器通過測量浮子位移位移傳感器通過測量浮子位移量來測量流體流量。 1.3 金屬管浮子流量計(jì)特點(diǎn) 浮子式流量計(jì)在地面計(jì)量中是一種成型產(chǎn)品，投入實(shí)際應(yīng)用的已好多種，但由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限制，各式型號的浮子式流量計(jì)一直未能在井下過環(huán)空產(chǎn)出剖面流量測量中得到較好應(yīng)用。本文所述井下金屬管浮子流量計(jì)，綜合以往各式金屬管浮子流量計(jì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對渦輪流量計(jì)所存缺陷，面向目前新時期流量測量特點(diǎn)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，經(jīng)多方優(yōu)化設(shè)計(jì)而成，主要應(yīng)用于井下過環(huán)空產(chǎn)出剖面穩(wěn)定流態(tài)點(diǎn)測，其特點(diǎn)如下： （1）本裝置為流體提供的流通通道短，浮子上、下兩處裝置兩根輔助彈簧。在浮子上移過程中，流體在出液口處的流通截面積逐漸增大，流體對浮子的沖擊減弱，因此可通過加長浮子位移量提高流量上限；在高流量范圍內(nèi)，在流通面積的增加量不足以滿足測量范圍要求時，浮子向上壓縮下壓彈簧，下壓彈簧彈力克服相當(dāng)部分流動壓力及浮子自身浮力，使流量計(jì)不至于很快飽和產(chǎn)出，因此可以通過增加下壓彈簧倔強(qiáng)系數(shù)提高流量測量上限； （2）從啟動到下托彈簧共工作工程中，下托彈簧使浮子處于受力平衡狀態(tài)，因而流量測量幾乎無須克服浮子自重而實(shí)現(xiàn)低啟動排量，極大程度上降低了流量測量下限； （3）浮子與流通內(nèi)壁距離遠(yuǎn)大于流體內(nèi)含砂的粒徑，能夠用于含砂流體的測量，很好的解決了渦輪流量計(jì)所無法克服的砂卡問題。 1.4 金屬管浮子流量計(jì)流量測量過程力學(xué)分析 井下金屬管浮子流量計(jì)的測量原理既符合傳統(tǒng)金屬管浮子流量計(jì)的測量原理，又有一定區(qū)別。該流量計(jì)工作時，浮子的受力、位移不斷變化，此過程大體分為四個階段： 1.4.1 零流量 浮子 6 由上托彈簧 8 托扶，上托彈簧 8 被壓縮， 浮子 6 處于平衡位置，其力學(xué)關(guān)系式為： M1+M2+M3=0 （1） 其中，M1 是上托彈簧的彈力；M2 是浮子所受的浮力；M3 是浮子所受的重力。上托彈簧力 M1 和浮力 M2 克服浮子自身重力 M3 ，受力平衡，零流量時浮子靜止，此時稍加流量，處于平衡狀態(tài)的浮子即可產(chǎn)生位移，降低了啟動排量，帶入各自的表達(dá)式得： k1△x+ρgV-mg=0 （2） k1 上托彈簧倔強(qiáng)系數(shù)；△x 上托彈簧的壓縮長度；流體密度ρ ；g 重力加速度；V 浮子體積；m 浮子質(zhì)量。 1.4.2 低流量 在流動壓力作用下，浮子 6 上浮，其位移量由位移傳感器 2 測量，流體在出液口位置的流通截面積增大，浮子6在新的位置達(dá)到平衡，其力學(xué)關(guān)系式為： F（Q）+ k1△x+ρgV-mg = 0 （3） 其中 F（Q）為流動壓力，該力是浮子上下的流體壓力差，流體流出出液口后，以扇狀發(fā)散向上流，設(shè)S1、S2 分別是流束在浮子上下的流通截面積；P1、P2分別為浮子上下的壓力；V1 、V2 為流體在 S1、S2 截面積上的流速。流體滿足伯努利方程：  此式同時說明流動壓力 F(Q)與流體的流量 Q 的平方成正比。 1.4.3 中流量 隨著流量增加，當(dāng)流量足夠大時，浮子脫離上托彈簧 8，但未觸及下壓彈簧 4，浮子懸浮于流體當(dāng)中，上托、下壓彈簧的形變均為零。在該流量范圍內(nèi)，重力、浮力、流體推動力達(dá)到新的平衡，浮子 6 的力學(xué)關(guān)系式為： F（Q）= +ρgV-mg = 0 （13） 1.4.4 高流量 進(jìn)入高流量后，浮子向上壓縮下壓彈簧 4，此時浮子受重力、浮力、流體推力、下壓彈簧反向推力，其力學(xué)關(guān)系式為： F（Q）-k2△x+ρgV-mg = 0 （14） 2 方法實(shí)驗(yàn) 方法實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為柴油、水兩相流：含水率調(diào)節(jié)為0、30%、50%、70%、80%、90%、100%；在每一含水率下 ，流 量 調(diào) 節(jié) 為 1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d、8m3/d、9m3/d、100m3/d，記錄各含水率下不同流量時金屬管浮子流量計(jì)輸出頻率的變化量，得到井下金屬管浮子流量計(jì)在油水兩相流條件下的方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖 2）。圖中橫坐標(biāo)是配比流量（m3/d），縱坐標(biāo)是儀器輸出頻率（Hz）。 由圖 2 可以看出，浮子的啟動流量很低為 1m3/d，流量上限達(dá) 70m3/d；在 0、30%、50%、70%、80%、90%、100%每一含水率不同流量下，金屬管浮子流量計(jì)頻率響應(yīng)有較好的線性關(guān)系；在 1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d、8m3/d、9m3/d、100m3/d 每一流量下，不同含水率下儀器輸出頻率離散性很小。 3 現(xiàn)場應(yīng)用及分析 青海、江蘇、華北油田，許多待測油井井況比較特殊，以往的 測井儀器根本無法下井，而且大都為含砂井，砂卡普遍較為嚴(yán)重，渦輪流量計(jì)根本無法應(yīng) 用，無法進(jìn)行產(chǎn)量測量[4]。井下金屬管浮子流量計(jì)憑借自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的優(yōu)勢，配接于 產(chǎn)出剖面測井儀上，采用傘式集流器在這些油田成功的實(shí)現(xiàn)了流量測量。圖 3 為青海油田 X 井測井曲線圖，該井產(chǎn)量為 53.3m3/d，含砂大約 6%。由圖中井溫及微差井溫曲線可以看出，該井主產(chǎn)層在 1460m~1510m，結(jié)合磁定位曲線所示射孔層位及井溫變化曲線可定性的判斷出四個主要產(chǎn)層，大致分布在深度為 1470m~1475m，1480m 附 近 ，1485~1490m，1495m 附 近 ，1500m 附近開始進(jìn)入死水口。 根據(jù)射孔深度、井溫曲線波動，該金屬管浮子流量計(jì)的測點(diǎn)深度分別選取在 1475.4m、1478.9m、1484.6m、1489.1m、1493.6m，相應(yīng)射孔深度的點(diǎn)測響應(yīng)值分別為 960Hz、947Hz、837Hz、762Hz、646Hz，不同的頻率值對應(yīng)不同的產(chǎn)量，表明金屬管浮子流量計(jì)在主產(chǎn)層工作正常，能夠?qū)崿F(xiàn)對各產(chǎn)層產(chǎn)量進(jìn)行準(zhǔn)確測量，并且測量不受限于含砂流體，可以用于含砂井的流量測量。 表 1 是將圖 4 金屬管浮子流量計(jì)測井頻率響應(yīng)曲線圖中深度與頻率對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)化成深度及流量對應(yīng)關(guān)系。選取 1500m 死水區(qū)頻率為 260Hz（金屬管浮子流量計(jì) 基值）作為基值，其他測點(diǎn)頻率響應(yīng)與之分別作差頻，根據(jù)方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果，找出各差頻值對應(yīng)的流量，死水區(qū)選 0m3/d。 選取表 1 中的測點(diǎn)深度值為橫坐標(biāo)，流量作為縱坐標(biāo)，繪制金屬管浮子流量計(jì)深度-流量測井曲線 （見圖 4） 4 結(jié)果 油井下金屬管浮子流量計(jì)流量測量原理的正確性已經(jīng)由室內(nèi)及現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)證實(shí)，而且青海油田現(xiàn)場測量結(jié)果表明，該浮子式流量計(jì)的流量測量下限低，流量測量范圍寬，能測量含砂流體，特別適合于重油井下流體測量。
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