摘要:介(jie)紹了适(shi)用于井(jing)下浮子(zi)流量計(ji) 的結構(gou)設計、工(gong)作原理(li)，地面模(mo)拟實驗(yan)及在青(qing)海油田(tian)現場應(ying)用效果(guo)表明,該(gai)流量計(ji)具有啓(qi)動流量(liang)低、測量(liang)範圍寬(kuan),能夠應(ying)用于井(jing)下油水(shui)兩相流(liu)及産液(ye)含砂井(jing)的流量(liang)測量。
0引(yin)言
　　目前(qian)國内油(you)井過環(huan)空産出(chu)剖面測(ce)井的流(liu)量測量(liang)以 渦輪(lun)流量計(ji) 爲主四(si)，由于受(shou)儀器外(wai)徑和集(ji)流效果(guo)限制，渦(wo)輪流量(liang)計通常(chang)存在如(ru)下缺點(dian):流量測(ce)量範圍(wei)小，或者(zhe)啓動排(pai)量過高(gao)或者測(ce)量流量(liang)上限太(tai)低;砂卡(ka)普遍較(jiao)爲嚴重(zhong),不能測(ce)量含砂(sha)流體;随(sui)着三次(ci)采油技(ji)術的推(tui)廣，渦輪(lun)流量計(ji)因粘度(du)影響,已(yi)無法滿(man)足稠油(you)及注聚(ju)産液測(ce)量。因此(ci),準确的(de)流量測(ce)量對新(xin)型流量(liang)計的需(xu)求顯得(de)愈加迫(po)切。
1浮子(zi)流量計(ji)結構設(she)計及工(gong)作原理(li)
1.1浮子流(liu)量計結(jie)構
　　爲了(le)達到降(jiang)低流量(liang)測量下(xia)限,提高(gao)流量測(ce)量上限(xian),進而拓(tuo)寬流量(liang)測量範(fan)圍,同時(shi)也爲了(le)有效防(fang)止砂卡(ka),客服流(liu)體粘度(du)影響,從(cong)而達到(dao)測量含(han)砂流體(ti)或注聚(ju)産液目(mu)的,井下(xia)浮子流(liu)量計的(de)結構設(she)計如圖(tu)1所示。

　　位移(yi)傳感器(qi)外殼1主(zhu)要用于(yu)封裝位(wei)移傳感(gan)器2~8等部(bu)件;位移(yi)傳感器(qi)是差動(dong)變壓器(qi)式傳感(gan)器,其内(nei).部鐵芯(xin)3用于傳(chuan)遞浮子(zi)位移、速(su)度;浮子(zi)6置于流(liu)道中央(yang)進液口(kou)處進行(hang)流量測(ce)量;下壓(ya)彈簧4固(gu)定于差(cha)動變壓(ya)器式傳(chuan)感器2下(xia)端,用于(yu)提高流(liu)量上限(xian);浮子活(huo)動範圍(wei)由出液(ye)口短接(jie)5長度所(suo)限;上托(tuo)彈簧7用(yong)于降低(di)流量下(xia)限。
1.2浮子(zi)流量計(ji)工作原(yuan)理
　　流體(ti)由進液(ye)口進入(ru)儀器流(liu)道,推動(dong)浮子,浮(fu)子上移(yi)過程中(zhong),流體在(zai)出液口(kou)處的流(liu)通截面(mian)積逐漸(jian)增大,不(bu)同的流(liu)量對應(ying)不同的(de)流通截(jie)面積,截(jie)面積的(de)變化轉(zhuan)化爲浮(fu)子的位(wei)移，進而(er)不同的(de)流量又(you)轉化爲(wei)浮子的(de)不同位(wei)移,即:流(liu)量一->面(mian)積一->位(wei)移。此位(wei)移再由(you)内部鐵(tie)芯傳遞(di)給差動(dong)變壓器(qi)式傳感(gan)器,位移(yi)傳感器(qi)通過測(ce)量浮子(zi)位移位(wei)移傳感(gan)器通過(guo)測量浮(fu)子位移(yi)量來測(ce)量流體(ti)流量。
1.3浮(fu)子流量(liang)計特點(dian)
　　浮子式(shi)流量計(ji)在地面(mian)計量中(zhong)是一種(zhong)成型産(chan)品，投人(ren)實際應(ying)用的已(yi)好多種(zhong),但由于(yu)結構設(she)計限制(zhi)，各式型(xing)号的浮(fu)子式流(liu)量計一(yi)直未能(neng)在井下(xia)過環空(kong)産出剖(pou)面流量(liang)測量中(zhong)得到較(jiao)好應用(yong)。所述井(jing)下浮子(zi)流量計(ji),綜合以(yi)往各式(shi)浮子流(liu)量計特(te)點的基(ji)礎上,針(zhen)對渦輪(lun)流量計(ji)所存缺(que)陷,面向(xiang)目前新(xin)時期流(liu)量測量(liang)特點,從(cong)結構設(she)計角度(du)出發,經(jing)多方優(you)化設計(ji)而成,主(zhu)要應用(yong)于井下(xia)過環空(kong)産出剖(pou)面穩定(ding)流态點(dian)測,其特(te)點如下(xia):
(1)爲流體(ti)提供的(de)流通通(tong)道短,浮(fu)子上、下(xia)兩處裝(zhuang)置兩根(gen)輔助彈(dan)簧。在浮(fu)子上移(yi)過程中(zhong),流體在(zai)出液口(kou)處的流(liu)通截面(mian)積逐漸(jian)增大,流(liu)體對浮(fu)子的沖(chong)擊減弱(ruo),因此可(ke)通過加(jia)長浮子(zi)位移量(liang)提高流(liu)量上限(xian);在高流(liu)量範圍(wei)内,在流(liu)通面積(ji)的增加(jia)量不足(zu)以滿足(zu)測量範(fan)圍要求(qiu)時,浮子(zi)向上壓(ya)縮下壓(ya)彈簧,下(xia)壓彈簧(huang)彈力克(ke)服相當(dang)部分流(liu)動壓力(li)及浮子(zi)自身浮(fu)力，使流(liu)量計不(bu)至于很(hen)快飽和(he)産出，因(yin)此可以(yi)通過增(zeng)加下壓(ya)彈簧倔(jue)強系數(shu)提高流(liu)量測量(liang)上限;
(2)從(cong)啓動到(dao)下托彈(dan)簧共工(gong)作工程(cheng)中，下托(tuo)彈簧使(shi)浮子處(chu)于受力(li)平衡狀(zhuang)态，因而(er)流量測(ce)量幾乎(hu)無須克(ke)服浮子(zi)自重而(er)實現低(di)啓動排(pai)量,極大(da)程度上(shang)降低了(le)流量測(ce)量下限(xian);
(3)浮子與(yu)流通内(nei)壁距離(li)遠大于(yu)流體内(nei)含砂的(de).粒徑,能(neng)夠用于(yu)含砂流(liu)體的測(ce)量，很好(hao)的解決(jue)了渦輪(lun)流量計(ji)所無法(fa)克服的(de)砂卡問(wen)題。
1.4浮子(zi)流量計(ji)流量測(ce)量過程(cheng)力學分(fen)析
　　井下(xia)浮子流(liu)量計的(de)測量原(yuan)理既符(fu)合傳統(tong)浮子流(liu)量計的(de)測量原(yuan)理,又有(you)一定區(qu)别。該流(liu)量計工(gong)作時,浮(fu)子的受(shou)力、位移(yi)不斷變(bian)化,此過(guo)程大體(ti)分爲四(si)個階段(duan):.
1.4.1零流量(liang)
　　浮子6由(you)上托彈(dan)簧8托扶(fu),上托彈(dan)簧8被壓(ya)縮，浮子(zi)6處于平(ping)衡位置(zhi),其力學(xue)關系式(shi)爲:
M+M2+M3=0(1)
　　其中(zhong)，M是上托(tuo)彈簧的(de)彈力;M2是(shi)浮子所(suo)受的浮(fu)力;Ms是浮(fu)子所受(shou)的重力(li)。上托彈(dan)簧力M和(he)浮力M.克(ke)服浮子(zi)自身重(zhong)力M3，受力(li)平衡,零(ling)流量時(shi)浮.子靜(jing)止，此時(shi)稍加流(liu)量,處于(yu)平衡狀(zhuang)态的浮(fu)子即可(ke)産生位(wei)移,降低(di)了啓動(dong)排量,帶(dai)人各自(zi)的表達(da)式得:
ki△x+ρgV-mg=0(2)
　　k1上(shang)托彈簧(huang)倔強系(xi)數;△x.上托(tuo)彈簧的(de)壓縮長(zhang).度;流體(ti)密度ρ;g重(zhong)力加速(su)度;V浮子(zi)體積;m浮(fu)子質量(liang)。
1.4.2低流量(liang)
　　在流動(dong)壓力作(zuo)用下,浮(fu)子6.上浮(fu),其位移(yi)量由位(wei)移傳感(gan)器2測量(liang),流體在(zai)出液口(kou)位置的(de)流通截(jie)面積增(zeng)大,浮子(zi)6在新的(de)位置達(da)到平衡(heng),其力學(xue)關系式(shi)爲:
F(Q)+kiOx+ρgV-mg≈0(3)
　　其中(zhong)F(Q)爲流動(dong)壓力,該(gai)力是浮(fu)子上下(xia)的流體(ti)壓力差(cha)，流體流(liu)出出液(ye)口後,以(yi)扇狀發(fa)散向上(shang)流,設S1、S2分(fen)别是流(liu)束在浮(fu)子上下(xia)的流通(tong)截面積(ji);PIP2分别爲(wei)浮子上(shang)下的壓(ya)力;V1、V2爲流(liu)體在S.S2截(jie)面積上(shang)的流速(su)。流體滿(man)足伯努(nu)利方程(cheng):

　　其中ρ、v~g、h分(fen)别是流(liu)體密度(du)、流速、重(zhong)力加速(su)度、液壓(ya)高度,流(liu)動壓力(li)爲:
F(Q)=P2-P:(5)
(4)代人(ren)(5)整理後(hou)得:
F(Q)=ρg(h2-h)+zρ(v2v2)(6)
又Q、S、v關(guan)系:
Q=vS(7)
其中(zhong)Q、S爲流體(ti)流量、流(liu)通截面(mian)積。
Qi=vS:(8)
Q2=v2Sz(9)
流量(liang)一定時(shi)，流量計(ji)内與井(jing)筒内流(liu)量相等(deng),即:
Qi=Q2z(10)
v.Si=v2S2(11)
忽略(lue)浮子的(de)垂直高(gao)度差,(8)(9)(10)帶(dai)人(6)得:

此(ci)式同時(shi)說明流(liu)動壓力(li)F(Q)與流體(ti)的流量(liang)Q的平方(fang)成正比(bi)。
1.4.3中流量(liang)
　　随着流(liu)量增加(jia),當流量(liang)足夠大(da)時,浮子(zi)脫離.上(shang)托彈簧(huang)8,但未觸(chu)及下壓(ya)彈簧4,浮(fu)子懸浮(fu)于流體(ti)當中,上(shang)托、下壓(ya)彈簧的(de)形變均(jun)爲零。在(zai)該流量(liang)範圍内(nei),重力、浮(fu)力、流體(ti)推動力(li)達到新(xin)的平衡(heng),浮子6的(de)力學關(guan)系式爲(wei):
F(Q)=+ρgV-mg=0(13)
1.4.4高流量(liang)
　　進人高(gao)流量後(hou),浮子向(xiang)上壓縮(suo)下壓彈(dan)簧4,此時(shi)浮子受(shou)重力、浮(fu)力、流體(ti)推力、下(xia)壓彈簧(huang)反向推(tui)力,
其力(li)學關系(xi)式爲:F(Q)-kxΔx+pgV-mg=O(14)

2方(fang)法實驗(yan)
　　方法實(shi)驗介質(zhi)爲柴油(you)、水兩相(xiang)流:含水(shui)率調節(jie)爲0、30%、50%、70%、80%、90%、100%;在每(mei)一含水(shui)率.下,流(liu)量調節(jie)爲1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d、8m3/d、9m3/d、100m3/d,記錄(lu)各含水(shui)率下不(bu)同流量(liang)時浮子(zi)流量計(ji)輸出頻(pin)率的變(bian)化量,得(de)到井下(xia)浮子流(liu)量計在(zai)油水兩(liang)相流條(tiao)件下的(de)方法實(shi)驗結果(guo)(圖2)。圖中(zhong)橫坐标(biao)是配比(bi)流量(m3/d),縱(zong)坐标是(shi)儀器輸(shu)出頻率(lü)(Hz)。

　　由圖2可(ke)以看出(chu),浮子的(de)啓動流(liu)量很低(di)爲1m2/d,流量(liang).上限達(da)70m3/d;在0、30%、50%、70%、80%、90%、100%每一(yi)含水率(lü)不同流(liu)量下,浮(fu)子流量(liang)計頻率(lü)響應有(you)較好的(de)線性關(guan)系;在1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d8m3/d、9m3/d、100m3/d每(mei)一流量(liang)下，不同(tong)含水率(lü)下儀器(qi)輸出頻(pin)率離散(san)性很小(xiao)。
3現場應(ying)用及分(fen)析
　　多待(dai)測油井(jing)井況比(bi)較特殊(shu),以往的(de)測井儀(yi)器根本(ben)無法下(xia)井,而且(qie)大都爲(wei)含砂井(jing),砂卡普(pu)遍較爲(wei)嚴重,渦(wo)輪流量(liang)計根本(ben)無法應(ying)用，無法(fa)進行産(chan)量測量(liang)”。井下浮(fu)子流量(liang)計憑借(jie)自身結(jie)構設計(ji)等方面(mian)的優勢(shi),配接于(yu)産出剖(pou)面測井(jing)儀，上，采(cai)用傘式(shi)集流器(qi)在這些(xie)油田成(cheng)功的實(shi)現了流(liu)量測量(liang)。圖3爲青(qing)海油田(tian)X井測井(jing)曲線圖(tu),該井産(chan)量爲53.3m2/d,含(han)砂大約(yue)6%。由圖中(zhong)井溫及(ji)微差井(jing)溫曲線(xian)可以看(kan)出,該井(jing)主産層(ceng)在1460m-1510m,結合(he)磁定位(wei)曲線所(suo)示射孔(kong)層位及(ji)井溫變(bian)化曲線(xian)可定性(xing)的判斷(duan)出四個(ge)主要産(chan)層,大緻(zhi)分布在(zai)深度爲(wei)1470m~1475m，1480m附近，1485~1490m,1495m附(fu)近，1500m附近(jin)開始進(jin)人死水(shui)口。

　　根據(ju)射孔深(shen)度、井溫(wen)曲線波(bo)動,該浮(fu)子流量(liang)計的測(ce)點深度(du)分别選(xuan)取在1475.4m、1478.9m、1484.6m、1489.1m、1493.6m,相(xiang)應射孔(kong)深度的(de)點測響(xiang)應值分(fen)别爲960Hz.947Hz、837Hz、762Hz、646Hz,不(bu)同的頻(pin)率值對(dui)應不同(tong)的産量(liang),表明浮(fu)子流量(liang)計在主(zhu)産層工(gong)作正常(chang),能夠實(shi)現對各(ge)産層産(chan)量進行(hang)準确測(ce)量,并且(qie)測量不(bu)受限于(yu)含砂流(liu)體,可以(yi)用于含(han)砂井的(de)流量測(ce)量。表1是(shi)将圖4浮(fu)子流量(liang)計測井(jing)頻率響(xiang)應曲線(xian)圖中深(shen)度與頻(pin)率對應(ying)關系轉(zhuan)化成深(shen)度及流(liu)量對應(ying)關系。選(xuan)取1500m死水(shui)區頻率(lü)爲260Hz(浮子(zi)流量計(ji)基值)作(zuo)爲基值(zhi),其他測(ce)點頻率(lü)響應與(yu)之分别(bie)作差頻(pin),根據方(fang)法實驗(yan)結果,找(zhao)出各差(cha)頻值對(dui)應的流(liu)量,死水(shui)區選0m2/d.
選(xuan)取表1中(zhong)的測點(dian)深度值(zhi)爲橫坐(zuo)标，流量(liang)作爲縱(zong)坐标，繪(hui)制浮子(zi)流量計(ji)深度-流(liu)量測井(jing)曲線(見(jian)圖4)。
4結論(lun)
　　井下浮(fu)子流量(liang)計流量(liang)測量原(yuan)理的正(zheng)确性已(yi)經.由室(shi)内及現(xian)場實驗(yan)證實,而(er)且青海(hai)油田現(xian)場測量(liang)結果表(biao)明,該浮(fu)子式流(liu)量計的(de)流量測(ce)量下限(xian)低,流量(liang)測量範(fan)圍寬,能(neng)測量含(han)砂流體(ti),特别适(shi)合于井(jing)下流體(ti)測量。

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