摘(zhāi)要:介紹(shao)了适用(yòng)于井下(xia)浮子流(liú)量計 的(de)結構設(shè)計、工作(zuo)原理，地(dì)面模拟(nǐ)實驗及(ji)在青海(hai)油田現(xiàn)場應用(yòng)效果表(biao)明,該流(liu)量計具(ju)有啓動(dòng)流量低(di)、測量範(fàn)圍寬,能(neng)夠應用(yong)于井下(xia)油水兩(liǎng)相流及(jí)産液含(han)砂井的(de)流量測(cè)量。
0引言(yán)
　　目前國(guo)内油井(jing)過環空(kong)産出剖(pou)面測井(jing)的流量(liang)測量以(yǐ) 渦輪流(liu)量計 爲(wèi)主四，由(you)于受儀(yí)器外徑(jìng)和集流(liú)效果限(xiàn)制，渦輪(lún)流量計(jì)通常存(cun)在如下(xia)缺點:流(liú)量測量(liang)範圍小(xiao)，或者啓(qi)動排量(liàng)過高或(huò)者測量(liang)流量上(shàng)限太低(dī);砂卡普(pǔ)遍較爲(wei)嚴重,不(bú)能測量(liang)含砂流(liú)體;随着(zhe)三次采(cǎi)油技術(shù)的推廣(guǎng)，渦輪流(liu)量計因(yīn)粘度影(ying)響,已無(wu)法滿足(zú)稠油及(jí)注聚産(chan)液測量(liàng)。因此,準(zhun)确的流(liu)量測量(liang)對新型(xing)流量計(ji)的需求(qiu)顯得愈(yù)加迫切(qie)。
1浮子流(liu)量計結(jié)構設計(ji)及工作(zuo)原理
1.1浮(fú)子流量(liang)計結構(gòu)
　　爲了達(dá)到降低(dī)流量測(cè)量下限(xiàn),提高流(liu)量測量(liàng)上限,進(jìn)而拓寬(kuān)流量測(cè)量範圍(wei),同時也(yě)爲了有(yǒu)效防止(zhi)砂卡,客(ke)服流體(tǐ)粘度影(yǐng)響,從而(ér)達到測(cè)量含砂(sha)流體或(huò)注聚産(chǎn)液目的(de),井下浮(fú)子流量(liàng)計的結(jié)構設計(ji)如圖1所(suo)示。

　　位移傳(chuán)感器外(wài)殼1主要(yao)用于封(fēng)裝位移(yí)傳感器(qì)2~8等部件(jian);位移傳(chuán)感器是(shì)差動變(bian)壓器式(shi)傳感器(qi),其内.部(bù)鐵芯3用(yong)于傳遞(dì)浮子位(wei)移、速度(du);浮子6置(zhì)于流道(dào)中央進(jìn)液口處(chù)進行流(liu)量測量(liang);下壓彈(dan)簧4固定(ding)于差動(dòng)變壓器(qi)式傳感(gǎn)器2下端(duan),用于提(ti)高流量(liàng)上限;浮(fú)子活動(dong)範圍由(yóu)出液口(kǒu)短接5長(zhang)度所限(xian);上托彈(dàn)簧7用于(yú)降低流(liú)量下限(xiàn)。
1.2浮子流(liu)量計工(gong)作原理(li)
　　流體由(you)進液口(kǒu)進入儀(yi)器流道(dào),推動浮(fú)子,浮子(zǐ)上移過(guo)程中,流(liu)體在出(chū)液口處(chu)的流通(tōng)截面積(ji)逐漸增(zeng)大,不同(tóng)的流量(liàng)對應不(bú)同的流(liu)通截面(mian)積,截面(mian)積的變(bian)化轉化(huà)爲浮子(zi)的位移(yí)，進而不(bú)同的流(liú)量又轉(zhuan)化爲浮(fú)子的不(bu)同位移(yi),即:流量(liàng)一->面積(ji)一->位移(yí)。此位移(yi)再由内(nei)部鐵芯(xīn)傳遞給(gěi)差動變(biàn)壓器式(shi)傳感器(qì),位移傳(chuan)感器通(tong)過測量(liang)浮子位(wèi)移位移(yí)傳感器(qì)通過測(cè)量浮子(zi)位移量(liàng)來測量(liang)流體流(liú)量。
1.3浮子(zi)流量計(jì)特點
　　浮(fú)子式流(liú)量計在(zai)地面計(jì)量中是(shì)一種成(chéng)型産品(pǐn)，投人實(shi)際應用(yòng)的已好(hao)多種,但(dàn)由于結(jie)構設計(jì)限制，各(ge)式型号(hao)的浮子(zi)式流量(liàng)計一直(zhi)未能在(zài)井下過(guò)環空産(chan)出剖面(mian)流量測(ce)量中得(de)到較好(hǎo)應用。所(suo)述井下(xià)浮子流(liú)量計,綜(zong)合以往(wǎng)各式浮(fu)子流量(liàng)計特點(dian)的基礎(chǔ)上,針對(dui)渦輪流(liu)量計所(suǒ)存缺陷(xian),面向目(mu)前新時(shí)期流量(liang)測量特(te)點,從結(jie)構設計(ji)角度出(chū)發,經多(duō)方優化(huà)設計而(er)成,主要(yào)應用于(yú)井下過(guò)環空産(chan)出剖面(mian)穩定流(liu)态點測(ce),其特點(dian)如下:
(1)爲(wei)流體提(ti)供的流(liu)通通道(dao)短,浮子(zi)上、下兩(liǎng)處裝置(zhi)兩根輔(fu)助彈簧(huang)。在浮子(zi)上移過(guò)程中,流(liu)體在出(chū)液口處(chu)的流通(tōng)截面積(jī)逐漸增(zēng)大,流體(ti)對浮子(zi)的沖擊(ji)減弱,因(yin)此可通(tōng)過加長(zhang)浮子位(wèi)移量提(tí)高流量(liang)上限;在(zài)高流量(liang)範圍内(nèi),在流通(tong)面積的(de)增加量(liang)不足以(yi)滿足測(cè)量範圍(wei)要求時(shí),浮子向(xiang)上壓縮(suō)下壓彈(dan)簧,下壓(yā)彈簧彈(dàn)力克服(fu)相當部(bù)分流動(dòng)壓力及(jí)浮子自(zi)身浮力(li)，使流量(liang)計不至(zhì)于很快(kuai)飽和産(chan)出，因此(ci)可以通(tong)過增加(jiā)下壓彈(dan)簧倔強(qiang)系數提(tí)高流量(liàng)測量上(shàng)限;
(2)從啓(qǐ)動到下(xià)托彈簧(huáng)共工作(zuò)工程中(zhong)，下托彈(dàn)簧使浮(fu)子處于(yú)受力平(ping)衡狀态(tai)，因而流(liú)量測量(liang)幾乎無(wú)須克服(fú)浮子自(zì)重而實(shí)現低啓(qǐ)動排量(liang),極大程(chéng)度上降(jiàng)低了流(liu)量測量(liàng)下限;
(3)浮(fu)子與流(liu)通内壁(bi)距離遠(yuan)大于流(liú)體内含(hán)砂的.粒(lì)徑,能夠(gòu)用于含(han)砂流體(tǐ)的測量(liàng)，很好的(de)解決了(le)渦輪流(liu)量計所(suǒ)無法克(kè)服的砂(sha)卡問題(ti)。
1.4浮子流(liu)量計流(liu)量測量(liàng)過程力(li)學分析(xi)
　　井下浮(fú)子流量(liang)計的測(cè)量原理(lǐ)既符合(hé)傳統浮(fú)子流量(liang)計的測(cè)量原理(li),又有一(yī)定區别(bie)。該流量(liang)計工作(zuò)時,浮子(zi)的受力(lì)、位移不(bú)斷變化(hua),此過程(chéng)大體分(fen)爲四個(gè)階段:.
1.4.1零(líng)流量
　　浮(fú)子6由上(shàng)托彈簧(huáng)8托扶,上(shang)托彈簧(huang)8被壓縮(suō)，浮子6處(chu)于平衡(héng)位置,其(qí)力學關(guān)系式爲(wèi):
M+M2+M3=0(1)
　　其中，M是(shì)上托彈(dàn)簧的彈(dan)力;M2是浮(fu)子所受(shòu)的浮力(li);Ms是浮子(zǐ)所受的(de)重力。上(shang)托彈簧(huáng)力M和浮(fu)力M.克服(fu)浮子自(zì)身重力(lì)M3，受力平(ping)衡,零流(liú)量時浮(fú).子靜止(zhi)，此時稍(shāo)加流量(liang),處于平(ping)衡狀态(tài)的浮子(zǐ)即可産(chǎn)生位移(yí),降低了(le)啓動排(pái)量,帶人(ren)各自的(de)表達式(shi)得:
ki△x+ρgV-mg=0(2)
　　k1上托(tuo)彈簧倔(jue)強系數(shù);△x.上托彈(dàn)簧的壓(ya)縮長.度(dù);流體密(mi)度ρ;g重力(li)加速度(dù);V浮子體(tǐ)積;m浮子(zi)質量。
1.4.2低(di)流量
　　在(zài)流動壓(yā)力作用(yong)下,浮子(zi)6.上浮,其(qi)位移量(liàng)由位移(yí)傳感器(qi)2測量,流(liu)體在出(chū)液口位(wèi)置的流(liu)通截面(miàn)積增大(dà),浮子6在(zài)新的位(wei)置達到(dao)平衡,其(qí)力學關(guan)系式爲(wèi):
F(Q)+kiOx+ρgV-mg≈0(3)
　　其中F(Q)爲(wèi)流動壓(yā)力,該力(li)是浮子(zi)上下的(de)流體壓(yā)力差，流(liu)體流出(chu)出液口(kǒu)後,以扇(shàn)狀發散(san)向上流(liú),設S1、S2分别(bie)是流束(shù)在浮子(zǐ)上下的(de)流通截(jié)面積;PIP2分(fen)别爲浮(fú)子上下(xia)的壓力(li);V1、V2爲流體(tǐ)在S.S2截面(miàn)積上的(de)流速。流(liú)體滿足(zu)伯努利(lì)方程:

　　其(qí)中ρ、v~g、h分别(bie)是流體(ti)密度、流(liu)速、重力(li)加速度(du)、液壓高(gāo)度,流動(dong)壓力爲(wei):
F(Q)=P2-P:(5)
(4)代人(5)整(zheng)理後得(de):
F(Q)=ρg(h2-h)+zρ(v2v2)(6)
又Q、S、v關系(xi):
Q=vS(7)
其中Q、S爲(wei)流體流(liu)量、流通(tong)截面積(jī)。
Qi=vS:(8)
Q2=v2Sz(9)
流量一(yī)定時，流(liu)量計内(nèi)與井筒(tǒng)内流量(liang)相等,即(ji):
Qi=Q2z(10)
v.Si=v2S2(11)
忽略浮(fu)子的垂(chuí)直高度(dù)差,(8)(9)(10)帶人(ren)(6)得:

此式(shì)同時說(shuō)明流動(dong)壓力F(Q)與(yǔ)流體的(de)流量Q的(de)平方成(chéng)正比。
1.4.3中(zhōng)流量
　　随(sui)着流量(liang)增加,當(dāng)流量足(zu)夠大時(shi),浮子脫(tuō)離.上托(tuō)彈簧8,但(dan)未觸及(ji)下壓彈(dàn)簧4,浮子(zǐ)懸浮于(yu)流體當(dāng)中,上托(tuō)、下壓彈(dàn)簧的形(xing)變均爲(wèi)零。在該(gai)流量範(fan)圍内,重(zhòng)力、浮力(li)、流體推(tui)動力達(da)到新的(de)平衡,浮(fú)子6的力(lì)學關系(xì)式爲:
F(Q)=+ρgV-mg=0(13)
1.4.4高(gāo)流量
　　進(jìn)人高流(liu)量後,浮(fú)子向上(shàng)壓縮下(xià)壓彈簧(huáng)4,此時浮(fú)子受重(zhòng)力、浮力(li)、流體推(tui)力、下壓(yā)彈簧反(fan)向推力(lì),
其力學(xué)關系式(shì)爲:F(Q)-kxΔx+pgV-mg=O(14)

2方法(fǎ)實驗
　　方(fāng)法實驗(yan)介質爲(wèi)柴油、水(shuǐ)兩相流(liú):含水率(lǜ)調節爲(wèi)0、30%、50%、70%、80%、90%、100%;在每一(yi)含水率(lǜ).下,流量(liang)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(ge)含水率(lǜ)下不同(tong)流量時(shí)浮子流(liu)量計輸(shu)出頻率(lǜ)的變化(huà)量,得到(dào)井下浮(fú)子流量(liàng)計在油(you)水兩相(xiàng)流條件(jiàn)下的方(fāng)法實驗(yàn)結果(圖(tú)2)。圖中橫(heng)坐标是(shi)配比流(liú)量(m3/d),縱坐(zuo)标是儀(yí)器輸出(chu)頻率(Hz)。

　　由(you)圖2可以(yǐ)看出,浮(fu)子的啓(qi)動流量(liàng)很低爲(wei)1m2/d,流量.上(shang)限達70m3/d;在(zai)0、30%、50%、70%、80%、90%、100%每一含(han)水率不(bú)同流量(liàng)下,浮子(zǐ)流量計(jì)頻率響(xiǎng)應有較(jiao)好的線(xian)性關系(xì);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(xia)，不同含(han)水率下(xià)儀器輸(shu)出頻率(lü)離散性(xing)很小。
3現(xian)場應用(yong)及分析(xi)
　　多待測(ce)油井井(jǐng)況比較(jiào)特殊,以(yi)往的測(ce)井儀器(qì)根本無(wú)法下井(jǐng),而且大(dà)都爲含(hán)砂井,砂(sha)卡普遍(bian)較爲嚴(yán)重,渦輪(lún)流量計(jì)根本無(wu)法應用(yong)，無法進(jin)行産量(liàng)測量”。井(jing)下浮子(zǐ)流量計(ji)憑借自(zì)身結構(gòu)設計等(děng)方面的(de)優勢,配(pèi)接于産(chan)出剖面(mian)測井儀(yí)，上，采用(yòng)傘式集(ji)流器在(zai)這些油(you)田成功(gōng)的實現(xian)了流量(liang)測量。圖(tú)3爲青海(hai)油田X井(jing)測井曲(qǔ)線圖,該(gāi)井産量(liàng)爲53.3m2/d,含砂(sha)大約6%。由(yóu)圖中井(jǐng)溫及微(wei)差井溫(wēn)曲線可(kě)以看出(chū),該井主(zhǔ)産層在(zai)1460m-1510m,結合磁(ci)定位曲(qu)線所示(shi)射孔層(ceng)位及井(jing)溫變化(huà)曲線可(ke)定性的(de)判斷出(chu)四個主(zhu)要産層(céng),大緻分(fèn)布在深(shēn)度爲1470m~1475m，1480m附(fu)近，1485~1490m,1495m附近(jìn)，1500m附近開(kai)始進人(rén)死水口(kǒu)。

　　根據射(she)孔深度(dù)、井溫曲(qu)線波動(dòng),該浮子(zǐ)流量計(ji)的測點(diǎn)深度分(fen)别選取(qu)在1475.4m、1478.9m、1484.6m、1489.1m、1493.6m,相應(ying)射孔深(shēn)度的點(dian)測響應(yīng)值分别(bie)爲960Hz.947Hz、837Hz、762Hz、646Hz,不同(tong)的頻率(lǜ)值對應(yīng)不同的(de)産量,表(biao)明浮子(zi)流量計(ji)在主産(chǎn)層工作(zuo)正常,能(neng)夠實現(xian)對各産(chan)層産量(liàng)進行準(zhǔn)确測量(liang),并且測(ce)量不受(shòu)限于含(hán)砂流體(tǐ),可以用(yòng)于含砂(sha)井的流(liú)量測量(liang)。表1是将(jiāng)圖4浮子(zǐ)流量計(ji)測井頻(pin)率響應(yīng)曲線圖(tú)中深度(du)與頻率(lü)對應關(guan)系轉化(huà)成深度(dù)及流量(liàng)對應關(guan)系。選取(qǔ)1500m死水區(qu)頻率爲(wèi)260Hz(浮子流(liú)量計基(ji)值)作爲(wei)基值,其(qí)他測點(dian)頻率響(xiang)應與之(zhi)分别作(zuo)差頻,根(gen)據方法(fǎ)實驗結(jie)果,找出(chu)各差頻(pín)值對應(yīng)的流量(liàng),死水區(qū)選0m2/d.
選取(qu)表1中的(de)測點深(shēn)度值爲(wèi)橫坐标(biao)，流量作(zuo)爲縱坐(zuò)标，繪制(zhì)浮子流(liú)量計深(shen)度-流量(liang)測井曲(qǔ)線(見圖(tu)4)。
4結論
　　井(jǐng)下浮子(zǐ)流量計(jì)流量測(cè)量原理(lǐ)的正确(que)性已經(jing).由室内(nèi)及現場(chǎng)實驗證(zheng)實,而且(qie)青海油(you)田現場(chǎng)測量結(jié)果表明(ming),該浮子(zi)式流量(liàng)計的流(liu)量測量(liang)下限低(di),流量測(ce)量範圍(wei)寬,能測(ce)量含砂(shā)流體,特(te)别适合(he)于井下(xià)流體測(ce)量。

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