摘 要
井下存儲式電磁流量計可用于油田注水井井下水量的測試,用于分注水井或其它工藝井的井下管柱的找漏等,適用于50MPa,井溫小于90℃的注水井,解決了浮子式流量計難達到的問題。文中分析了該流量計的工作原理,儀器特點和技術要求,提出了在使用中應掌握和注意的有關事項。
在多套層系的不均質油田常規開采中,注水井的分層注水是解決縱向上注、采不平衡性較好的方法和有效途徑,開發出的分注工藝,成為油氣開采界共同關心的課題。
河分層測試工具主要以
浮子式流量計為主,分注測試精度和成功率較低,影響到動態調配,1998年4月,引進井下存儲式電磁流量計,通過現場應用,取得較大成功,現已基本淘汰浮子式流量計。本文通過對儀器測試原理及測試應用中出現的問題進行分析,找出影響儀器正常使用的因素和合理儀器的方法。
1 井下存儲式電磁流量計的工作原理及特點
1.1
電磁流量計的工作原理
當橫切磁場流動時,流體中帶電粒子受羅侖茲力的作用而形成感應電動勢,其大小與流體流速成正比。
感應電動勢:Ue= B°D°V= B°D(Q/π(D/)22)
亦即:Q=(πd/4B). Ue
式中:Q—流體的體積流量;B—磁感應強度; V—含帶電粒子流體體的流速;D—管道直徑。
由上可知,儀器依據測量出的感應電動勢的大小,即可推算出流體的流速和流量。
儀器制作是通過兩個探極將感應電動勢傳到運算器,處理成串行數據在VRAM中,起出地面后回放到電腦中進行處理。
1.2 儀器的特點
由工作原理可以得出:
(1)儀器的主板,探極和殼體在適用的溫度,壓力范圍內,測量出流量的數據不受溫度、壓力、密度、粘度、礦化度和電導率等因素的影響。
(2)Ue與Q有線性關系,有利于制作出精度佳的測試儀器。電磁流量計精度為2級,而浮子式流量計的理論公式為:q= Ah1.5(1+ htg(0.5β)/2 R),流量q與彈簧伸長h之間函數關系較為復雜,儀器制作和使用精度很難提高。
(3)靈敏度高:由于儀器本身無機械類運動件,可避免因摩擦力產生的工作死區,決定了儀器啟動流速較低,具有較高的靈敏度。
(4)可靠性高:由于儀器自身無機械活動部,因而有高可靠性和長壽性的特點,具有較高的測試成功率。
(5)由于線性好,儀器有較寬的量程。
2 井下存儲式電磁流量計的技術要求
2.1 中心流速流量計技術性能
a.測量范圍:標定滿量程:450m3/d～ 700m3/d;
b.流量精度(滿量程):± 2%(流量> 100m3/d),± 1(流量≤ 100m3/d)
c.零點漂移(溫度):≤ 1× 10- 3/10℃ ;
d.顯示分辯率:0.1m3/d;
e.連續測量時間:5h40min;
f.工作溫度:5℃ ～ 90℃ ;
g.最大耐壓:50MPa。
2.2 制定儀器的應用卡片
儀器的標準卡片是出廠前建立的,其標定介質是清水,現在油田注入水多為污水,其成份與清水中帶電粒子大不相同,組份也不一樣,這都會影響測量精度:(1)流體內溶有部分天然氣,這部分氣體在壓力、溫度變化時,會引起流體流態的變化,對探極產生影響,使測試曲線出現鋸齒狀記錄,影響測試精度。(2)流體礦化度變化對流體流態變化也有影響。流態變化會引起儀器內外分流比例的變化,儀器測量精度也就受到影響。因此現場使用前要建立適合于本地區的用戶卡片。
影響流態的因素假設流體為牛頓流體,那么流態的變化是根據雷諾數進行判斷:Re=ρ V/μ
式中:ρ—流體密度;V—流體的流速;μ—流體的粘度。
若Re≤ 2 000則為層流,若2 000≤ Re≤ 59.7/ε7/8則為紊流區。由此,不同油田的水性(粘度、礦化度)對測量儀表的測量精度是有影響的,在使用前須制定用戶卡片。
3 井下存儲式電磁流量計的現場應用
3.1 建立現場標定裝置
3.1.1 使用精度的影響因素
最初在現場建立卡片都是選取一口正常注水井,將流量計下入井內數十米處,調節地面水量,取點而建立用戶卡片,這樣有幾個缺點:
(1)依靠高壓注水閘門來調節流量,很難得到一個恒定值,且流體流態不易掌握,在流量儀表讀數上很難得到一個平直的臺階,測量不準。
(2)用低精度高壓水表來標定井下存儲式流量計,可能使精度變為6級,嚴重影響流量計使用精度。
(3)高壓供水壓力的波動也影響流量的恒定。
(4)注水井井下管柱的彎曲、變形、腐蝕、結垢等影響油管內徑一因素,也影響到流量計的使用精度。
(5)在進行多支流量計標定時,需反復投下井,地面需用絞車,不十分靈活。
(6)受進井路況影響。
3.1.2 建立標定裝置
基于上述影響
流量計使用精度的因素,我廠部分油田,在低壓供水系統建立了標定裝置,流程見下圖1。
取3m長的? 62.5油管立放于注水站污水井中,用孔板封底。頂部連接防噴管防噴堵頭,水表選用干式高壓水表。操作方法:先將流量計用鐵絲懸掛于測量管內,控制排量,取點校對,校對完成后,取出流量計,將數據回放以計算機內,整理數據,同時開污水回收泵回收污水。
通過對標定數據研究發現,在大流量下(流量≥150m3/d),臺階平直,校對曲線光滑連續;當調節排量在150m3/d以下時,曲線出現劇烈跳波,流量顯示異常。分析其原因主要是由于小排量時,測量管內流體充不滿,導致測量數據異常,因此,我們對標定裝置進行了改進,見圖2
3.1.3 改進的主要內容
(1)依靠控制測量管出口排量來取點,能夠確保流體充滿整個測量管。
(2)將干式高壓水表取掉,換上精度佳型號為LDZ的電磁流量計。
通過改造后,達到了較為理想的效果。
建立標定裝置,①排除了因流量不易控制、壓力波動、井下管柱變徑等諸多因素對流量計測量的影響,②用精度佳的儀表對流量計進行標定建立用戶卡片,有利于在現場應用中達到流量計本身的測量精度,這一點對于更好應用存儲式流量計,準確的測量分層注水量有著十分重要的意義,③方便了現場操作。
3.2 井下存儲式流量計測試資料質量
自1998年4月至11月,運用ZDL— C43型(中心流速)流量計測試120次,除因儀器自身故障影響未取出數據外,測試成功率100%,錄取資料按Q/SL0980— 94合格卡片要求項目情況如表1。
表1流量計測試質量表
| Q/SL0980- 94指標 |
井下存儲式流量計卡片 |
a:線條清晰,線寬不大于0.5 |
通過計算機整理完全達到要求 |
b:基線平直,流量線垂直于基線并且連續儀器量程適度。 |
c:日測起落點與基線重合 |
d:卡片整齊,清潔,卡片上標明井號,測試日期,測試壓力儀器號并在卡片臺階上注明層位。 |
計算機輸出測試成果達到以上要求。 |
e:井下流量計和地面儀表計量全井流量誤差為± 10%。 |
由于地面儀表精度低,故障率低,存儲流量計測出水量偏大。 |
f:卡片各層水量臺階寬度8mm |
完全達到 |
在Q/SL0980- 94中,注水井分層測試資料質量,主要是為浮子式流量計制定的。井下存儲式流量計的測試結果是通過計算整理,打印輸出的,原測試卡片質量要求中的a,b,c,d項得到較為徹底的解決。對于井下流量計和地面儀表計量全井流量誤差一項,存在著地面儀表的定期檢定、日常維護和儀表本身內在質量等問題,一味的要求存儲式流量計與之相符合,也是很不確切和嚴格的。總的來說,井下存儲式流量計測試資料質量遠比浮子式流量計要高。
3.3 井下存儲式流量計與106浮子式流量計的應用對比
3.3.1 下井前安裝
浮子式流量計下井前需組裝鐘機系統記錄測量部分,尤其是記錄紙筒需要轉動錄活,調節彈簧處于適當位置,彈簧錨在導向管內滑動靈活,時鐘在鐘筒內不轉動,浮子位置在直管部分0～ 5mm等,而存儲式電磁流量計只需安裝好扶正器和電池。
3.3.2 下井測試
浮子式流量計需與測試密封段相配套,在偏心井測試時,密封段與撞擊頭相撞,定位爪彈開撐起人字形皮碗后上提流量計分層測試,在空心井測試時,需起下多次更換合適的密封段進行測試,都排除不了密封段密封不嚴造成的測試數據不準確電磁流量計只需一次起下即可完成整個測試工作,不用考慮密封問題。
3.3.3 資料質量
浮子式流量計經常出現由于記錄紙,彈簧浮子位置調節不當,時鐘弦上的不太緊,測試密封段密封不嚴,或定位爪打不開等原因,不出合格資料,卡片記錄也不清晰,如C9— 2井在測S2時密封挺好,但測試結果在卡片上找不到,或出現不規則臺階,測試資料無法使用,而存儲式電磁流量計只要在儀器技術性能范圍內不起溫不超壓,油管內徑無很大變化都能夠測試出合格資料,數據經計算機整理后曲線流暢,清晰。
3.3.4 數據整理及解釋
浮子式流量計需人工對測試卡片進行測量,換算成流量值,繪制曲線在數據的解釋應用上僅能人工判斷,而存儲式電磁流量計通用夠實現完全由計算機進行處理。
通過現場應用,井下存儲式電磁流量計在性能操作上都遠優于浮子式流量計。
3.4 準確判斷井下油管下井工具的故障位置
井下存儲式電磁流量計下井后每項10s取一組中心流速數據,因此在下井過程中,除了正常依據測試曲線解釋油層,配合工具的使用狀況外,還可依據儀器正下井位置和流量變化準確的確定流量異常位置,從而可以找到油管漏失位置,如在L801— 7井測試時發現流量異常,偏1有水量,繼續下行有水量而偏2以下無水量,出現大量漏失,重復下井后找到脫落位置,用同位素測得兩者數據相符。
4 存在問題及處理意見
4.1 幾種類型不宜用中心流速式流量計測量
4.1.1 吸水指數很高的井
主要是指新轉注水井,由于地層嚴重虧空,井口油壓很低,油管內流態極其不穩定,油管的濕周很小。這類井在使用中心流速的流量計時,會出現流量計內外流體的分配不均勻不穩定,測試曲線表現為異常劇齒,水量忽大忽小,甚至到零點以下,數據無法整理,不能應用。如埕126— 8— X7井,該井注水壓力僅有1MPa,日注水量66m3,這類井最好選用集流式電磁流量計。
4.1.2 個別水井井斜影響到測試
目前使用的井下存儲式流量計配有一支底部扶正器,上部由鋼絲吊放,直井基本上能夠保持流量計處于油管中心位置,對于井斜造成油管底部斜部彎曲,流量計很難置于油管中心位置,影響到測量精度,為了杜絕此類影響因素,建議使用雙扶正器。對于某一區域井溫異常,影響到流量計的正常使用,不能應用。
4.2 油管內徑的變化是影響流量計使用精度的關鍵
由其原理Q=(πd/4B)Ue式可知,D的變化也即油管內徑的變化對流量計的精度佳使用有很大影響。現今,注水井井下管柱不可能達到無腐蝕無結垢的條件,如果僅以此項而否定電磁流量計的實用性,看不到其優點,未免有點過于草率。我們可以在每級配水器以上下入耐腐蝕,不結垢的管材(如鎳磷鍍油管),保證有10m的標準內徑管為測量管,就可以排除內徑變化對測量精度的影響。
4.3 提高分析軟件智能化程度和儀器性能價格比
從儀器設計上看,儀器的硬件即流量計本身是基本完善的,但價格卻是浮子式流量的20倍,而與其配套的軟件仍需修改,完善流量計功能,最終達到提高儀器性能價格比的目的,以下建議僅供參考:①徹底消除現今軟件如成果表中管柱圖繪制為固定模式等較小的不規范處。②實現同井多次不涂抹記錄,即所謂數據庫管理。③建立時間—流量,下井深度—流量的三重指示曲線,規范儀器下井操作,使曲線上每組數據都附給生產指導意義,提高指示曲線的利用率。
4.4 改進現今測試工序的可能性
現場應用的工序仍是沿用浮子式流量計測量工序,即由下層向上層測水量壓點,由于電磁流量計(中心流速)可以測量井下任何位置的流量,而不象浮子式流量計在偏心靠撞擊后,張開人字形皮碗,上提逐級密封、測量;在空心井測量時,也需起下多次,更換測試密封段。
在應用中電磁流量計降壓法測試時,可改為由上至下,即先測上層,再測下層。這樣得到的測試曲線,可以明顯看出水量逐層的變化情況,曲線也顯得較為直觀,好看。
5 結論
(1)該流量計可用于油田注水井井下水量的測試。
(2)可用于分注水井或其它工藝井的井下管柱的找漏。
(3)可適用于井底壓力不超過50MPa的注水井,井底溫度小于90℃的注水井。
(4)從儀表測量精度,下井前安裝,測量工序到測試資料上都較浮子式流量計優越得多,可以作為浮子式流量計的替代產品。
(5)井下油管內徑變化(如結垢、彎曲等)會對測量精度產生影響。
(6)因程序內置問題,該流量計測量的井下位置內徑必須為62mm。
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