摘要：井下渦街流量計是一種新型的同心集成注水井分層流量測試儀。文中著重介紹了其原理、結構、特點及室內實驗、現場應用情況。該儀器已在大慶等油田完成160多層測試任務,應用效果良好。
油田的分層開采發揮了重要作用,其關鍵是分層注水。隨著分層注水的發展,相應的分層流量測試也有了長足的進步,從初期的投球法測試到浮子流量計,再到現在的超聲波流量計、電磁流量計等,都先后為油田分層流量測試技術的發展做出了貢獻。
以往渦街流量計主要用于地面的流量檢測,還沒有關于其在井下測試中應用的報道。2001年渦街流量計在井下測試的可能性,目前已研制出兩個系列的井下渦街流量計,一種是外徑φ21mm,用于同心集成注水井的分層流量測試(已完成40多口井160多層的測試);一種是外徑φ38mm,用于常規偏心注水井的測試。本文著重介紹外徑φ21mm的井下渦街流量計。
井下渦街流量計工作原理
渦街流量計是基于卡曼渦街原理制成的一種流體振蕩性流量計(見圖1)。在流體中安放一根(或多根)非流線型阻流體,流體在阻流體兩側交替地分離釋放出兩串規則的漩渦,被稱為卡曼渦街。在一定的流量范圍內漩渦的分離頻率正比于管道內的平均流速。
式中:ƒ一渦街頻率;
V一流速;
d一漩渦發生體寬度;
St一斯特勞哈爾數。
St的值與漩渦發生體寬度d和雷諾數Re有關，實驗證明:當Re在2x104~7x106的范圍內,St值基本保持不變。因此,(1)式表明,當d和st為定值時,漩渦產生的頻率ƒ與流體的平均流速V成正比,利用這一特性制成井下渦街流量計。實際渦街傳感器所測的并不是平均流速,而大約是漩渦發生體兩側的流速。由流體力學知識可知,在漩渦發生體兩側流速的分布規律,是隨著流速的變化而變化的。因此,渦街傳感器檢測到的流速與管道平均流速不是完全線性關系對應,而且井下流動狀態更為復雜,受壓力變化、噪聲、振動等影響。在設計時，先確定井下渦街流量計的管徑,再通過室內試驗，選定漩渦發生體的形狀,以及漩渦發生體與漩渦檢測體之間的距離等一系列參數,使井下渦街流量計能夠產生并檢測到強烈而穩定的漩渦;其次,通過井下電路的降噪、濾波和地面軟件的處理,使井底的噪聲和振動等影響降到最小，保證流量計的測試精度達到足夠的要求。在實際使用時,通過先把渦街傳感器的儀表系數固化在流量計的E2PROM中,然后通過標定用地面軟件繪制出的頻率與標準流量的試驗曲線,實現對井下渦街流量計的非線性修正。
井下渦街流量計的設計
1.工藝流程
井下電路原理見圖2。當流體流經井下渦街流量計的漩渦發生體時，這種發生體可產生強烈的穩定的旋渦,旋渦的頻率經信號放大后進行濾波，然后由轉換電路轉換成單片機可處理的信號,由單片機對信號進行接收、處理，并存于存儲器中,存儲器中的數據可用接口與地面儀表連接回放。
2.數據處理軟件
井下渦街流量計數據采集處理系統由一臺便攜式微型計算機構成。微機通過串行口與流量計進行通訊。控制軟件對計算機的配置要求寬松,操作系統兼容MicrosoftWindow95.98、NT或2000。
井下控制軟件采用PLM語言編制,主要包括標定、采集和回放三部分。利用節能控制方式控制儀器工作,儀器工作時間和工作方式可以方便地調整。地面數據處理軟件采用Delphi語言編制,軟件和電子流量計配合使用,自動測量每口井不同介質、不同井層的流量和溫度數據,從而實現注水井計量統計的自動化。其中本系統軟件主要實現的功能是將流量計測量的原始數據進行加工整理，然后在測量結果的基礎上繪制出流量壓力指示曲線,并將每次測量的原始數據和最終結果以圖像或數據表格的方式進行預覽打印和歸類保存。軟件不需要安裝,直接復制到目標目錄即可，軟件界面友好,操作簡便、易學,在應用中得到了使用者的好評。
3.井下儀器結構
井下渦街流量計整體為不銹鋼全密封結構,如圖3所示，主要由引管、渦街傳感器倉、走線盒、進液孔、電路倉和電池倉組成。
室內試驗
為檢驗流量計性能指標,為現場試驗提供依據，流量計組裝、調試完成后進行系統的室內試驗。
1.室內耐壓耐溫試驗
將接通電源的流量計下人到試驗缸中進行試驗,向試驗缸中注人柴油并升溫到85℃,升壓到60MPa,穩定壓力、溫度1h后泄壓。反復升壓、穩壓、泄壓兩次，完成流量計耐壓、耐溫及疲勞試驗。流量計起出后,經檢驗外型無形變,流量計傳感器、線路筒及電池筒無滲漏。室內耐溫耐壓試驗表明，隨著溫度、壓力的變化流量計工作狀態穩定,溫度在30℃~85℃之間,零點數據的溫度漂移為0.016%/℃(試驗數據略)。流量計耐壓、耐溫性能可以滿足現場的需要。
2.流計標定試驗
標定曲線和回歸曲線見圖4、圖5。從標定曲線上看,井下渦街流量計在流量發生變化時,曲線臺階有明顯變化,回歸曲線近乎直線,說明其線性很好。.在室內對十幾只流量計進行了標定試驗,其標定曲線及回歸曲線非常相似。同時.用標定好的流量計在室內模擬井下測試,試驗表明,該井下渦街流量計用于分層注水井流量測量是可行的。
3.流量計性能參數
流量計參數可由圖6、表1得出。
(3)穩定性
由于井下渦街流量計沒有可動部件,所以它的特性在使用中變化很小，在長時間使用過程中參數十分穩定,而且不需頻繁標定,暫定為半年標--次。現場試驗利用該技術,使用φ21mm井下渦街流量計先后在6個油田完成了40多口井160層同心集成注水井的分層流量調配，應用效果良好。
圖7是采油一廠南1-2-水140井第--層流量測試曲線,從現場施工過程和測試曲線看,井下渦街流量計具有以下兩個優點:
(1)井下渦街流量計分辨率高。圖7中第一壓力點和第二壓力點流量測試值僅相差1m3/d左右。
(2)井下渦街流量計由于沒有可動部件,彌補了注水水質較差時堵、塞儀器造成測試成功率低、測試周期長等不足。使用井下渦街流量計對同心集成注水井進行流量調配,平均測試次數是2~3次,大大縮短了測試周期。
結論
1.井下渦街流量計與同心集成式細分注水工藝配套,可滿足現場分流測試調配要求。注水水質較差時,適應性好,而且還能用于偏心注水井的測試。
2.井下渦街流量計具有無可動部件、測試精度高、重復性好,操作簡便易行等特點,符合未來流量測試的發展方向。
3.井下渦街流量計穩定性好,不需要頻繁標定。
本文來源于網絡,如有侵權聯系即刪除！
