井下存儲式浮子流量計在水平井測試中應用-江蘇省孝感尼蓝纺织制造有限责任公司(3G网站)

摘要:水平(píng)井産液剖面測(ce)試使用的 渦輪(lun)流量計 受啓動(dòng)流量影響,不适(shì)應于低液量水(shui)平井測試。研🔱制(zhi)了❤️适⭐用于小流(liú)量測試的井下(xià)存儲式浮子流(liu)量計 ,并與溫度(du)、壓力、含水測試(shi)傳感器組成井(jǐng)下存儲式水平(píng)🔞井産液🌏剖面測(cè)試儀,該儀器随(suí)油管下人水平(ping)井段,無需電纜(lǎn)🔞和爬行器,可在(zài)油井正常生産(chan)的情況下連續(xu)工作一個月,提(tí)高了低液量水(shuǐ)平井産液剖面(miàn)測試🛀🏻的正确率(lǜ)率和成功率。室(shì)内實🍉驗和現場(chǎng)♋先導性試驗👅表(biao)明,井下浮子流(liu)量計應用于水(shui)平井産液剖面(mian)測試可行，爲低(dī)滲透油田水平(ping)井産📞液剖面的(de)流量測試提供(gong)了新途徑。
0引言(yán)
　　水平井産液剖(pōu)面測試技術是(shì)從油套環空通(tong)過電纜或連續(xu)油管将産液剖(pōu)面測試儀器輸(shu)送至射孔段，在(zài)抽油機不停抽(chōu)🌈情況下采用渦(wō)輪流量計、持水(shui)率儀實時監測(cè)流量、含水，該技(jì)術的優點是能(néng)在抽油機不停(ting)抽的情況下獲(huò)得井下分段的(de)流量、含水率等(děng)數據[13]。但是,常規(gui)産液👣剖面測試(shì)在水平井中面(miàn)臨水平段多🌏相(xiàng)流體分層、電纜(lǎn)無法下人等問(wèn)題,主要采用MAPS陣(zhèn)🛀🏻列式測井儀和(hé)爬行器等解決(jue)方案[46]。然而,産液(yè)剖面使用的渦(wō)⛹🏻‍♀️輪流量計在5%in"套(tào)管井中流量小(xiao)于50m³/d時.渦輪啓動(dong)困難門,不适用(yòng)于低液量水平(ping)井産液剖面測(ce)試;爬行器受井(jing)簡環境影響,測(ce)試成功率🤩不高(gāo)且測試作業費(fei)用昂貴。
　　油田水(shui)平井日産液小(xiǎo)于20m³的井占總井(jǐng)數的87%,平均單段(duan)日🍓産☎️液☂️小于2m³，低(dī)液量水平井的(de)産液剖面測試(shi)已🌐成爲一個重(zhòng)要難題。爲此‼️,本(běn)文開展了将浮(fu)子流量計應用(yong)于水平井産液(ye)剖面測試的探(tàn)🔴索研究,實現了(le)無需電纜輸送(song)儀器、提高測🌐試(shì)正确率率、降低(di)作業成本的目(mu)🥰的。
1浮子流量計(jì)
1.1結構和原理
　　浮(fu)子流量計 由一(yī)個錐形管和一(yī)個置于錐形管(guan)中可以上下自(zì)由🧑🏾‍🤝‍🧑🏼移☀️動🔞的浮子(zǐ)組成(見圖1)。流量(liàng)計本體兩端用(yong)法蘭連接或螺(luó)紋連接的方式(shì)垂直安裝在測(ce)量管路上,使流(liu)體✔️自下而上流(liu)過流量計，推動(dong)浮子。由于節流(liú)作用,使上下遊(you)産生壓差△p,由于(yu)該壓差的存在(zai),使得浮子受到(dào)迎面的壓差阻(zǔ)力，在該阻力的(de)作用下,浮🔴子在(zài)錐管中上升，流(liú)通面積A增大,環(huan)隙中流體的平(píng)均速度減🌏小，直(zhi)到🈲該阻力與浮(fú)子的自重和浮(fú)力相❗平衡時，浮(fú)子停留在某-高(gao)度。流量Qv越大,浮(fú)子停留的高度(dù)h越高。在穩定情(qíng)況下，浮子;懸浮(fú)的高度h與通過(guo)流量計的體積(jī)Qv之間有一定的(de)比例關系🥰爲

　　式(shi)中,α是浮子流量(liang)計的流量系數(shu);Df是浮子的最大(dà)直徑;Af是浮子迎(yíng)面流體面積;Vf是(shi)浮子的體積;ρf是(shi)浮子材料密度(du);p是錐管的錐角(jiao);ρ是流體介質密(mi)度;h是浮子高度(du)。
　　對于一定的流(liu)量計和流體,式(shì)(1)中的Df、Af、Vf、ρf、φ、ρ等均爲常(chang)數，因此,隻要📐保(bǎo)持α爲常數,則流(liu)量Qv與浮子高度(dù)h之間就存在近(jin)似線🔆性關系。
　　因(yin)此，可以将這種(zhong)對應關系直接(jie)刻度在流量計(jì)的錐❤️管上，根🔞據(ju)浮子的高度直(zhí)接讀出流量值(zhi)，或通過🔞電存儲(chǔ)方式将⭐流量信(xin)号(即浮子的位(wei)置信号)記錄🌏。
浮(fu)子流量計及其(qí)受力示意圖
1.2浮(fu)子流量計的特(tè)點
　　由于浮子流(liú)量計在測量過(guò)程中始終保持(chí)節流件前後的(de)♻️壓♊差不變，通過(guò)改變流通面積(ji)實現流量的測(cè)量。①幾乎不會遇(yu)到砂卡的現象(xiàng)，與渦輪流量計(jì)相比受井簡環(huán)境的影響小;②可(ke)接收微小流量(liàng)信号,實;現低液(yè)量⁉️井流量測試(shì);③浮子的高度取(qu)決于液體的流(liu)量,氣體對測量(liàng)結果影響很小(xiǎo)間。
2井下存儲式(shì)水平井産液剖(pou)面測試儀
　　借鑒(jian)常規浮子流量(liang)計，同時考慮到(dao)水平井中儀器(qì)無法👣通過電✊纜(lǎn)在水平段下放(fang),使用爬行器價(jià)格昂貴且受井(jing)⚽簡環境影響故(gu)📧障率高等因素(su)，設計了适💞用于(yu)低液量水平井(jǐng)産液剖面測試(shì)的🌈井下浮子流(liú)量計，同時與溫(wēn)度、壓✏️力、含水測(cè)試傳感器以及(jí)電路系統組成(chéng)井👣下存儲式水(shui)♋平井産液剖面(mian)測試儀，該儀器(qì)和油管連♌接後(hòu)一起下入到射(shè)孔段，可以連續(xù)監測多段壓裂(liè)水平井産液信(xin)息。
2.1水平井井下(xia)浮子流量計設(she)計
水平井井下(xià)浮子流量計由(you)浮子、推杆、滑套(tao)、線圈、彈簧、流量(liang)😘護🌈管🏃‍♂️、單流閥等(děng)組成(見圖2)。
水平(píng)井井下浮子流(liú)量計結構示意(yi)圖
　　工作原理:給(gei)浮子感應線圈(quan)上提供恒定的(de)電流激勵，當井(jing)下流體通過過(guo)流通道，推動浮(fú)子移動，銜鐵發(fā)生位移,引起✔️感(gan)應線圈中磁阻(zu)變化,産生感應(yīng)電動勢,感應電(dian)動勢經濾波放(fang)大,輸人單🔞片機(jī)内進行處理後(hòu)測得流量。流量(liang)測量線☁️圈采用(yong)差分結構,溫漂(piāo)小,在流量線圈(quan)外加屏蔽層,減(jian)少外部對流量(liàng)測💚量的幹擾;自(zì)感傳感器可以(yǐ)測量0.01μm~50mm的機械位(wei)移,具有測量精(jīng)度高、靈敏度高(gāo)、線♻️性好、結構🌂簡(jian)單、性能可靠🌈等(děng)優點。
2.2含水率、溫(wen)度和壓力測量(liàng)設計
　　含水率測(ce)試儀采用電容(róng)式含水率傳感(gan)器和阻抗💯式含(han)水率傳感器組(zǔ)合設計,分别測(ce)試流體的電容(róng)值和電導率,可(kě)以适應低含水(shui)和高含水傳感(gan)器組合,可以精(jing)準測量含水💚率(lü)。
　　溫度測量原理(lǐ):給PT1000提供恒流激(jī)勵，當井溫變化(huà)時,PT1000的阻值🆚也會(hui)發生變化,測量(liang)電路輸出與溫(wēn)度成正比的差(chà)動電壓信号,經(jing)🈲過單片機AD采集(jí)，得到溫度信号(hao)。
　　壓力測量原理(li):壓力傳感器采(cǎi)用恒壓供電電(diàn)路，輸出與壓力(lì)成正比的壓力(li)差動電壓信号(hào),經過單片❗機AD采(cai)集,得到壓力信(xìn)号。
2.3儀器功耗設(shè)計
　　儀器選用容(rong)量爲9Ah的高溫電(dian)池，采樣間隔有(yǒu)多種類型🏃‍♀️可🤞供(gòng)選擇,最小可設(she)置爲3s。儀器工作(zuo)30d最大功耗設計(ji)如下。
(1)當儀器采(cǎi)樣間隔設置爲(wèi)3s時。每間隔3s需要(yao)采集1次數據,采(cai)集0.8s,此時總電流(liú)不超過25mA。1個月的(de)耗電量4.8Ah。
(2)當儀器(qì)不工作時,進人(ren)休眠狀态。總電(dian)流不超過100μA。1個月(yue)耗電量0.072Ah.
(3)儀器每(mei)采集87組數據(87X3s==261s)進(jìn)行一次數據存(cun)儲。存儲時間爲(wei)0.6s,總電流不超過(guò)50mA。1個月耗電量0.082Ah。
(4)儀(yi)器1個月最大耗(hao)電量4.954Ah。儀器可在(zai)井下連續工作(zuò)1個半月以上。
2.4水(shuǐ)平井産液剖面(mian)測試儀結構及(ji)原理
　　井下存儲(chǔ)式水平井産液(ye)剖面測試儀由(yóu)浮子流量計、含(han)❄️水📧探✂️頭、溫度探(tan)頭.壓力傳感器(qi)、測量電路、供電(diàn)電池組成(見圖(tu)3)。當正常産液時(shi)，坐封單向閥截(jie)止，流體通過進(jìn)液口,推動浮子(zǐ)移動，從而測得(dé)流量。流體由過(guo)流通道流經溫(wēn)度探頭、壓力探(tan)頭與含水探頭(tou)時,可測得流體(tǐ)含水率、壓力與(yu)溫度,最後通過(guo)出液🌏口流出。坐(zuo)封時,浮子保護(hù)單向閥截止,流(liu)體從🌂隔離管與(yǔ)外護管環空過(guo)流通道流過,打(da)🧡開坐封單向閥(fá),實現坐封。
3室内(nei)實驗
3.1含水率對(dui)流量測試的影(yǐng)響
(1)介質:柴油和(he)水兩相。
(2)方式:在(zai)垂直狀态下進(jìn)行流量标定,流(liú)量從0、1、2.....10m³/d,分别選擇(zé)含水率爲100%、80%、40%進行(háng)流量測試實驗(yan)。
(3)對流量刻度進(jin)行曲線拟合。
實(shí)驗結果表明,浮(fu)子流量計啓動(dòng)流量爲0.5m/d,可對低(dī)液量井進行測(ce)試;不同含水率(lǜ)的流量測試曲(qu)線基本重合,說(shuo)明浮子位置的(de)變化隻與通過(guò)浮子流體的流(liu)量相關,流體含(han)水率對浮子流(liu)量計測試結果(guo)的影響可忽略(luè)。.
3.2儀器傾角對流(liu)量測試的影響(xiǎng)
(1)介質:柴油和水(shui)兩相。
(2)方式:将儀(yí)器分别處于水(shui)平狀态0°和負角(jiǎo)度一30°(即進液口(kǒu)高于出液口)狀(zhuang)态下，流量從0、1、2..10m³/d,分(fen)别選擇含水率(lü)爲100%、80%、40%進行流量測(cè)試實🏒驗。
(3)對流量(liang)刻度進行曲線(xian)拟合。
　　實驗結果(guǒ)表明，當井簡處(chù)于水平狀态甚(shen)至負角度狀态(tài)下,盡🏃🏻管流體的(de)型态爲層流或(huo)逆向流,但對浮(fú)💃子流🈲量計和含(han)水率的測試結(jie)果影響較小，最(zui)大誤👣差僅4%。分✉️析(xi)認爲這是由♉于(yú)浮子位置變🌈化(hua)隻與進入錐形(xing)管空😘間流體流(liu)量有關,基本克(kè)服了油、水的分(fèn)層流動使渦輪(lún)流量計響應變(biàn)得複雜的問題(tí)。當流❄️體經過電(diàn)容+阻💛抗式持水(shui)率儀時,由于在(zai)圓周上配置多(duō).個持水率傳🈲感(gǎn)器,能夠很好地(di)解決常規儀器(qi)隻👈能中心采樣(yàng)不能探測到的(de)全截面流☂️體的(de)問題,可以清楚(chǔ)🈲地分辨出油和(hé)水。

4現場應用
　　2025年(nian)12月在長慶油田(tian)CP-X井首次開展水(shui)平井存儲式浮(fu)子流量計井下(xia)先導性試驗,該(gai)井射孔9段,測試(shi)前日産液16.07m³,含水(shuǐ)100%。爲☁️了驗證流量(liang)、含水測試正确(que)率,對該井射孔(kǒng)段1進🆚行雙封單(dān)卡江藝測試,同(tóng)時地面單獨測(ce)量該段産液🧡量(liàng)并化驗含水,測(ce)試管柱見圖4。
水(shuǐ)平井存儲式浮(fu)子流量計井下(xia)試驗管柱圖
　　該(gāi)井儀器設置采(cai)樣間隔爲10min,35d後起(qǐ).出,測試結果顯(xiǎn)示射孔段1單🐇層(ceng)🧡流量爲3.77m³/d,含水98.6%(見(jian)圖5);同時,地面單(dan)獨測量射孔段(duan)1的日産液爲3.58m³,含(hán)水100%。測試流量和(he)含水與實際單(dān)量和化驗結果(guo)接近,說明存儲(chu)式産液剖面測(cè)試儀首次在水(shuǐ)平井井下試驗(yan)取得成功,證❗明(ming)了井下浮子流(liú)量計應用于低(dī)液量水平井産(chǎn)液剖面測試🐇可(ke)行。
井下浮子流(liú)量計測試結果(guǒ)回放圖
5結論
(1)井(jǐng)下存儲式浮子(zǐ)流量計啓動流(liu)量小于0.5m³/d,且不受(shou)井🏃🏻筒出砂影響(xiang),彌補了渦輪流(liu)量計不适應低(dī)液量水平井🧡的(de)不👄足，提高了低(di)液量水平井測(cè)試結果的正确(que)率。
(2)室内動态實(shi)驗表明,無論是(shi)垂直、水平及傾(qing)斜情況☀️下💃🏻,浮子(zi)流量計響應特(te)性均不敏感于(yu)含水率，擁有⛷️非(fei)常🈲好的不依賴(lai)于流型的特性(xing)。
(3)測試儀器随油(you)管下入目的層(céng),無需電纜和爬(pa)行器,一趟管柱(zhù)♍即💜可完成水平(ping)井産液剖面測(cè)試,大幅度降低(dī)✌️了産🎯液剖面測(cè)試成本。
(4)測試結(jié)果包含流量,含(han)水、壓力和溫度(du)等儲層流體物(wù)性參數,可🌐進行(hang)各射孔段産能(neng)評價.判斷井簡(jiǎn)出水位👈置,爲💃低(di)液量水平井控(kòng)水穩油措施提(ti)供依據。