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(zhì)油田常規(guī)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(fā)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(tài)調(diào)配,1998年4月,引進井下存儲式電磁流量計,通過現(xiàn)場應用,取得較大成功,現(xiàn)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(xiàn)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(jù)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(shù)據(jù)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(nèi),測量出流量的數(shù)據(jù)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(shù)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(chǎn)生的工作死區(qū),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(xù)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(zhì)是清水,現(xiàn)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(nèi)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(tài)的變化,對探極產(chǎn)生影響,使測試曲線出現(xiàn)鋸齒狀記錄,影響測試精度。(2)流體礦化度變化對流體流態(tài)變化也有影響。流態(tài)變化會引起儀器內(nèi)外分流比例的變化,儀器測量精度也就受到影響。因此現(xiàn)場使用前要建立適合于本地區(qū)的用戶卡片。
影響流態(tài)的因素假設流體為牛頓流體,那么流態(tài)的變化是根據(jù)雷諾數(shù)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(qū)。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(xiàn)場應用
3.1 建立現(xiàn)場標定裝置
3.1.1 使用精度的影響因素
最初在現(xiàn)場建立卡片都是選取一口正常注水井,將流量計下入井內(nèi)數(shù)十米處,調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)流量,很難得到一個恒定值,且流體流態(tài)不易掌握,在流量儀表讀數(shù)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?yōu)?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(jié)垢等影響油管內(nèi)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(tǒng)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(nèi),控制排量,取點校對,校對完成后,取出流量計,將數(shù)據(jù)回放以計算機內(nèi),整理數(shù)據(jù),同時開污水回收泵回收污水。
通過對標定數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn),在大流量下(流量≥150m3/d),臺階平直,校對曲線光滑連續(xù);當調(diào)節(jié)排量在150m3/d以下時,曲線出現(xiàn)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(nèi)流體充不滿,導致測量數(shù)據(jù)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(nèi)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(xiàn)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(xiàn)場操作。
3.2 井下存儲式流量計測試資料質(zhì)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(shù)據(jù)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(zhì)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(xù)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(zhì)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(jié)果是通過計算整理,打印輸出的,原測試卡片質(zhì)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(nèi)在質(zhì)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(zhì)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(tǒng)記錄測量部分,尤其是記錄紙筒需要轉(zhuǎn)動錄活,調(diào)節(jié)彈簧處于適當位置,彈簧錨在導向管內(nèi)滑動靈活,時鐘在鐘筒內(nèi)不轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(zhì)量
浮子式流量計經(jīng)常出現(xiàn)由于記錄紙,彈簧浮子位置調(diào)節(jié)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(jié)果在卡片上找不到,或出現(xiàn)不規(guī)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(nèi)不起溫不超壓,油管內(nèi)徑無很大變化都能夠測試出合格資料,數(shù)據(jù)經(jīng)計算機整理后曲線流暢,清晰。
3.3.4 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的解釋應用上僅能人工判斷,而存儲式電磁流量計通用夠?qū)崿F(xiàn)完全由計算機進行處理。
通過現(xiàn)場應用,井下存儲式電磁流量計在性能操作上都遠優(yōu)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(shù)據(jù),因此在下井過程中,除了正常依據(jù)測試曲線解釋油層,配合工具的使用狀況外,還可依據(jù)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(fā)現(xiàn)流量異常,偏1有水量,繼續(xù)下行有水量而偏2以下無水量,出現(xiàn)大量漏失,重復下井后找到脫落位置,用同位素測得兩者數(shù)據(jù)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(shù)很高的井
主要是指新轉(zhuǎn)注水井,由于地層嚴重虧空,井口油壓很低,油管內(nèi)流態(tài)極其不穩(wěn)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(xiàn)流量計內(nèi)外流體的分配不均勻不穩(wěn)定,測試曲線表現(xiàn)為異常劇齒,水量忽大忽小,甚至到零點以下,數(shù)據(jù)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(qū)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(nèi)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(nèi)徑的變化對流量計的精度佳使用有很大影響。現(xiàn)今,注水井井下管柱不可能達到無腐蝕無結(jié)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(yōu)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(jié)垢的管材(如鎳磷鍍油管),保證有10m的標準內(nèi)徑管為測量管,就可以排除內(nèi)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(xiàn)今軟件如成果表中管柱圖繪制為固定模式等較小的不規(guī)范處。②實現(xiàn)同井多次不涂抹記錄,即所謂數(shù)據(jù)庫管理。③建立時間—流量,下井深度—流量的三重指示曲線,規(guī)范儀器下井操作,使曲線上每組數(shù)據(jù)都附給生產(chǎn)指導意義,提高指示曲線的利用率。
4.4 改進現(xiàn)今測試工序的可能性
現(xiàn)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(jié)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(yōu)越得多,可以作為浮子式流量計的替代產(chǎn)品。
(5)井下油管內(nèi)徑變化(如結(jié)垢、彎曲等)會對測量精度產(chǎn)生影響。
(6)因程序內(nèi)置問題,該流量計測量的井下位置內(nèi)徑必須為62mm。
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