摘要:爲了解(jiě)決産出(chū)剖面測井(jǐng)用 渦(wō)輪(lún)流量計 的砂(shā)卡難題，采用等效面積法改變(biàn)進液孔、出液孔(kǒng)形狀(zhuàng)，對原(yuán)有渦(wō)輪流量計機械(xiè)結構進行優化設計。詳細介紹(shào)了防(fáng)砂卡裝置的結(jié)構及工作(zuò)原理(lǐ)，防砂(shā)卡渦(wō)輪流量計的技術指标及(jí)室内校準(zhǔn)結果。現場(chǎng)試驗表明(míng)，較原(yuán)有傳統(tǒng)渦(wō)輪流(liú)量計(jì)，防砂卡(kǎ)渦(wō)輪流(liú)量計(jì) 可以(yǐ)顯著減少砂卡(kǎ)率，有(yǒu)效提高産出(chū)剖(pōu)面測井成(chéng)功率。
0引言
　　目前(qián)，過環(huán)空阻(zǔ)抗找(zhǎo)水儀(yí)主要(yào)實現(xiàn)含水(shuǐ)和流量測(cè)試，含水采(cǎi)用電(diàn)導法測量，流量(liàng)測試(shì)主要采用渦輪流(liú)量計旦(dàn)。渦輪流量計的(de)原理和結構決(jué)定其有一(yī)緻命(mìng)缺點(diǎn),即其(qí)葉輪(lún)屬于(yú)轉動(dòng)部件(jiàn)，與渦輪流量計(jì)接觸流體中的雜質往往導緻(zhì)葉輪砂卡(kǎ)叔。通(tōng)過統(tǒng)計分析，油(yóu)井出砂、垢粒、垢(gòu)片(piàn)、渦輪(lún)支架與(yǔ)葉輪(lún)間隙(xì)小、鐵(tiě)屑是(shì)造(zào)成砂卡(kǎ)的主要(yào)原(yuán)因。中(zhōng)原測井(jǐng)公司在注入井中的渦(wō)輪流量計磁鋼安裝防(fáng)磁(cí)罩,解決砂卡取(qǔ)得較(jiào)好效(xiào)果(guǒ)畢;專利(lì)《防堵卡渦輪流(liú)量計》提出(chū)切向(xiàng)渦輪流量計的(de)辦法解(jiě)決産出井砂卡國,但未(wèi)找(zhǎo)到相應的應(yīng)用文(wén)獻。大慶油(yóu)田處(chù)于開(kāi)發中後期，大量的井(jǐng)存在(zài)出砂、垢粒現(xiàn)象。通過統計(jì)，在采油五廠砂卡占(zhàn)到70%,其(qí)中儀(yí)器自身原因和(hé)井況(kuàng)造成(chéng)的砂(shā)卡(kǎ)占到94%。渦(wō)輪流(liú)量計出現砂卡(kǎ)，則得到的産液(yè)量不準(zhǔn),無(wú)法爲(wèi)地質部門(mén)提供(gòng)真(zhēn)實準确(què)的環(huán)空測試(shì)資料，達不到指導油田(tián)開發生(shēng)産的目(mù)的。爲了降低砂(shā)卡率(lǜ),通.過機械(xiè)解:卡的(de)辦(bàn)法實現解(jiě)卡。
1防(fáng)砂卡(kǎ)渦輪流(liú)量計結構及防砂(shā)卡工(gōng)作原(yuán)理
　　防砂卡(kǎ)渦輪流量計結構如(rú)圖1所示，主(zhǔ)要由渦輪(lún)流量(liàng)計、篩(shāi)狀出(chū)液孔(kǒng)、渦輪流量(liàng)計安(ān)裝短接、解(jiě)卡(kǎ)管、解卡管開槽、中(zhōng)心管、長(zhǎng)條孔(銷(xiāo)釘運(yùn)動(dòng)槽(cáo)7)、薄壁(bì)筒、進液孔、解卡(kǎ)管固(gù)定(dìng)銷釘、含(hán)水傳感器(qì)安裝(zhuāng)筒組成。采(cǎi)用等(děng)效面(miàn)法,将進液(yè)孔(kǒng)一(yī)分(fèn)爲(wèi)二，改(gǎi)爲寬(kuān)2mm的矩形進(jìn)液孔，解決(jué)從進(jìn)液孔進入的長(zhǎng)垢片(piàn)或大垢片(piàn)造成(chéng)的(de)砂卡，如(rú)圖2所示(shì)。将原(yuán)先3個方(fāng)型(xíng)的出液(yè)孔改爲直徑4mm的(de)陣列狀的篩孔(kǒng)，解決(jué)儀器在下(xià)井過程(chéng)中(zhōng)從(cóng)出(chū)液孔進入(rù)儀器(qì)的長(zhǎng)垢片、大垢(gòu)片造(zào)成(chéng)的(de)砂卡，如圖(tú)3所示。


　　将(jiāng)渦輪支(zhī)架内徑(jìng)擴大(dà),解卡管的(de)内壁充當渦輪(lún)的内(nèi)壁,解卡管(guǎn)通過固定銷釘固定(dìng)在(zài)薄壁筒(tǒng)上,通過開收傘(sǎn)，薄壁筒帶動解(jiě)卡管在長(zhǎng)條孔(kǒng)上下(xià)運動，解卡(kǎ)管在解(jiě)卡管開槽上(shàng)下(xià)通過渦(wō)輪總成的(de)支架,在收傘的過程(chéng)中實(shí)現渦(wō)輪總成的(de)支架内壁(bì)與葉(yè)輪之間的(de)空間(jiān)增大，從而(ér)實現井内(nèi)出(chū)砂(shā)、垢粒(lì)、小垢(gòu)片、渦(wō)輪支架(jià)與(yǔ)葉輪(lún)間隙小造(zào)成的(de)砂卡的解(jiě)卡。
　　在(zài)解卡(kǎ)管底端安裝磁鋼,如圖4所(suǒ)示,吸附流(liú)體中(zhōng)鐵屑(xiè)、鏽(xiù)粉，解決渦輪葉片(piàn)磁鋼(gāng)吸附鐵屑造(zào)成(chéng)的砂卡(kǎ)。

2主(zhǔ)要技(jì)術指标
　　20m3渦輪流(liú)量計(jì)流量最大(dà)允許誤差爲3%，啓(qǐ)動排量1m3/d，支(zhī)架内(nèi)腔直徑由13．80mm擴大(dà)爲17．76mm，解卡管(guǎn)長18．90mm，外(wài)徑Ф17．00mm，内徑Ф13．80mm。
　　40m3渦(wō)輪流量計(jì)流量最大(dà)允許誤差爲(wèi)3%，啓動排量2m3/d，支(zhī)架内(nèi)腔直徑(jìng)由17．76mm擴大(dà)爲20．00mm，解卡管長18．90mm，外(wài)徑Ф19．30mm，内徑Ф17．76mm。
　　解卡管(guǎn)頂端每120°均勻分(fèn)布長16．1mm，寬2mm槽(cáo)縫，線(xiàn)槽長24．6mm，寬(kuān)2mm，解卡管底端的銷(xiāo)釘走(zǒu)固定槽寬4mm，長10mm
3室(shì)内校準
　　爲了(le)驗(yàn)證可行(háng)性,采用室内(nèi)校準(zhǔn)實現(xiàn)。機加(jiā)組裝2支型(xíng)号hk-zs-40儀(yí)器,編(biān)号爲(wèi)p033、p032,2支hk-zs-20儀器，編号爲(wèi)k001、k018,進行室内(nèi)流量校準(zhǔn)。校準介質:自來水。從2014年5月13日到(dào)2014年9月20日,先(xiān)後校(xiào)準阻抗儀40多次。
3.1關(guān)于(yú)解卡(kǎ)管、進液孔、出液(yè)孔造成的(de)摩擦(cā)和(hé)局部擴大(縮(suō)小)阻(zǔ)力損(sǔn)失用(yòng)k值确定
　　k值爲儀(yí)器常數(shù),理想狀(zhuàng)态下，渦(wō)輪(lún)轉動(dòng)隻受流體作用(yòng)于渦輪的力，但實際(jì)測量(liàng)時,除(chú)了流體(tǐ)作用于渦輪的(de)力外，渦(wō)輪還受到流體(tǐ)的粘性摩擦力(lì)、渦輪自(zì)重及渦(wō)輪軸承轉動的(de)摩擦(cā)力、流體在進入渦輪橫截(jié)面的局部(bù)阻力，儀器常數(shù)用于(yú)評價渦(wō)輪(lún)葉片的受(shòu)力情況，其(qí)定義(yì)式爲:
k=ξ/2π(1)
　　式(1)中(zhōng),k爲儀器(qì)常數,r/(m3?s);ξ爲(wèi)流量系(xì)數，°/m3。
　　儀器(qì)常數(shù)的(de)物理意(yì)義是單位(wèi)時間(jiān)内單(dān)位體積的(de)流體流過(guò)渦輪時,渦輪轉動圈(quān)數。從儀(yí)器常數(shù)的定(dìng)義(yì)式可知(zhī),k值(zhí)表征了流量(liàng)範圍内渦(wō)輪的(de)平均轉速(sù)，要求其大(dà)于(yú)等于1。k值(zhí)越大(dà)，則渦(wō)輪轉速越(yuè)快(kuài)，所受阻(zǔ)力越(yuè)小，因此解卡管、進(jìn)液孔、出(chū)液孔造(zào)成的局部擴阻力損失(shī)可以由k值衡量(liàng)。通過校(xiào)準，按(2)式(shì)以最小(xiǎo)二乘法就可求(qiú)得儀器(qì)常數k值。
n=k(q-q)(2)
　　式(shì)(2)中，n爲渦輪(lún)轉(zhuǎn)動轉數(shù),r/s;q爲流量，m3/d;q爲啓動(dòng)排量(liàng)，m3/d.
　　表1爲(wèi)2014年8月(yuè)24日p033第(dì)6次(cì)校準結(jié)果。本(běn)次校準平(píng)均k值1.301r/(m3?s),大于(yú)1.0r/(m3?s),同時(shí)最大引(yǐn)用誤差(chà)爲1.08%，小于最(zuì)大允(yǔn)許誤差3%，啓動排(pái)量2m2/d時的平(píng)均轉(zhuǎn)速1.850r/s,因此p033校準合(hé)格。同樣,p032、k001、k018先後校(xiào)準合(hé)格。因(yīn)此，在(zài)啓動(dòng)排量、最大(dà)允許誤(wù)差合格(gé)的(de)前提下(xià),k值大(dà)于等(děng)于1,k值可以(yǐ)評價解卡管、進液孔(kǒng)、出液(yè)孔造(zào)成的(de)局部阻力損失(shī)。

注:标準流(liú)量單位，m3/d;被測轉速單位,r/s;k值單位(wèi)，r/(m2?s)。
3.2确定渦輪葉片轉動的持續時間
　　渦輪葉片能(néng)轉動(dòng)的(de)持續時(shí)間是指渦(wō)輪調(diào)試好後(hòu)，在(zài)一定作用力下，渦輪(lún)葉片從轉動開(kāi)始到(dào)停止的(de)時間。由表2可(kě)知,p032第1次校準(zhǔn)時，解卡(kǎ)裝置末端(duān)沒有(yǒu)安裝(zhuāng)磁鋼，渦輪(lún)調試(shì)結果持續(xù)時間19s,最(zuì)大引用(yòng)誤差3.012%不(bú)合格，啓動排量2m3/d時(shí)，平均(jun1)轉速爲0.943r/s,渦(wō)輪雖(suī)然沒有轉動(dòng),但已接(jiē)近轉動。p032第2次校準時，解卡(kǎ)裝置(zhì)末端沒有(yǒu)安裝磁鋼，渦輪(lún)調試(shì)結果(guǒ)持續(xù)時間20s,最大(dà)引用誤差(chà)2.856%合(hé)格，啓動(dòng)排量(liàng)2m3/d時,渦(wō)輪轉(zhuǎn)動,平均轉速爲(wèi)1.867r/s。k001第1次校準時，解(jiě)卡裝置末端沒有安裝磁鋼，渦(wō)輪調(diào)試結(jié)果持(chí)續時間30s,最大引(yǐn)用誤差2.458%合(hé)格，啓(qǐ)動排量(liàng)1m3/d時(shí)，渦輪轉動(dòng)，平(píng)均轉.速爲2.245r/s。p032和k001的校準結果表明(míng)，在啓動(dòng)排量時，渦輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的持續時間超過20s,就可(kě)以保證啓動排(pái)量、最(zuì)大(dà)引用誤差合(hé)格。爲了(le)提(tí)高渦輪流量計(jì)校準(zhǔn)精度，硬性規定爲了保證(zhèng)啓動排(pái)量，渦輪(lún)葉片轉動的持(chí)續時間爲30s。

3.3磁鋼位置(zhì)和大(dà)小的确定(dìng)
　　由表2可知(zhī),解卡裝置(zhì)末端(duān)粘貼寬15mm、長15.2mm、厚1.8mm的(de)弧形(xíng)磁鋼(gāng),安裝距離(lí)渦輪流量計磁鋼(gāng)8.9cm時(shí),p032第3次渦輪葉片轉動(dòng)持續時間28s,40m3/d平均(jun1)轉速(sù)49.650r/s;同樣(yàng)的磁(cí)鋼大小和安裝(zhuāng)距離(lí)，k001第(dì)2次調試(shì)渦輪,葉輪(lún)轉動(dòng)持續(xù)時(shí)間26s,最大(dà)引用誤差1.908%合格，啓動排(pái)量(liàng)1m3/d時,平(píng)均轉速0.513r/s,不合格(gé)。k001第3次(cì)，解(jiě)卡(kǎ)裝置(zhì)末端粘貼寬(kuān)15mm、長(zhǎng)3.8mm、厚1.8mm的弧(hú)形(xíng)磁鋼，安裝距離渦輪(lún)流量計(jì)磁鋼9.6cm,渦(wō)輪(lún)沒有(yǒu)調(diào)試持(chí)續時間30s,但校準(zhǔn)結果最大(dà)引用誤差(chà)3.752%不合格，啓(qǐ)動排(pái)量1m3/d沒(méi)有啓動(dòng)，平均(jun1)轉速0.666r/s不(bú)合格。k001第4次(cì)，重新調試(shì)渦輪(lún)，持續(xù)時間30s,同時将寬15mm、長3.8mm、厚(hòu)1.8mm的弧形磁鋼,距離渦(wō)輪流量計(jì)磁鋼的(de)距離調整爲(wèi)12.16cm,最大(dà)引用(yòng)誤(wù)差(chà)1.095%，啓動(dòng)排量(liàng)1m3/d啓動,平均(jun1)轉(zhuǎn)速2.587。故最終确(què)定弧形磁鋼寬(kuān)15mm、長3.8mm、厚1.8mm,距離渦輪(lún)流量(liàng)計磁(cí)鋼的(de)距離(lí)爲12.16cm。此時在(zài)流(liú)量計啓動排(pái)量時，渦(wō)輪(lún)葉片轉動。
3.4中(zhōng)心管、解卡裝(zhuāng)置(zhì)材質确(què)定
　　将解卡(kǎ)裝置(zhì)下端弧形磁鋼(gāng)去掉，并重(zhòng)新調(diào)試渦輪(lún)，結果見(jiàn)表3。渦輪(lún)調試結(jié)果持(chí)續時間35s,雖(suī)然(rán)誤差-2.12%合(hé)格，但啓動排量2m3/d仍沒(méi)有啓動。磁(cí)鋼去(qù)掉後(hòu)，還有什麽原因呢?2014年8月24日(rì)檢修發現(xiàn),中心(xīn)管、解(jiě)卡裝置被磁化，變相有磁(cí)場影響(xiǎng)渦輪流(liú)量計啓動(dòng)排量(liàng)。更換中心管薄(báo)壁筒重新校準(zhǔn),重複校準(zhǔn)13次,誤(wù)差爲分别爲1.38%、1.474%、1.143%、1.166%、1.247%、1.082%、1.640%、1.709%、1.313%、1.26%、1.227%、1.114%,k值(zhí)爲1.29左(zuǒ)右(yòu)。從結果可(kě)知,儀器p033線性(xìng)、穩定性、重複(fú)性良好。所以(yǐ)中心(xīn)管、解卡裝(zhuāng)置必須爲(wèi)不導磁材(cái)料。

4現場應用
　　防砂卡(kǎ)渦(wō)輪流量(liàng)計在五(wǔ)大(dà)隊成功解(jiě)卡370井次，現(xiàn)場解卡測(cè)試曲線見(jiàn)圖(tú)5。剛(gāng)測試(shì)時，渦輪葉片轉(zhuǎn)動正常，大約在(zài)20s左右(yòu)，由于流體(tǐ)帶進的雜質導(dǎo)緻(zhì)流量曲線歸(guī)零。通過儀器(qì)二(èr)芯供電收傘，大(dà)約15s後再開(kāi)傘，一(yī)芯流(liú)量供(gòng)電測(cè)試，渦(wō)輪葉片通(tōng)過瞬間開(kāi)收傘(sǎn)，擴大(dà)了葉輪與(yǔ)渦輪(lún)殼體之間的空(kōng)間，雜質通(tōng)過渦輪葉片旋(xuán)轉正常。從曲線可以看出,在解(jiě)卡前和解卡後,渦輪(lún)旋轉--緻，都(dōu)爲15m3/d左(zuǒ)右，而(ér)且解(jiě)卡前後沖次一(yī)緻，渦(wō)輪流量計(jì)解卡(kǎ)裝(zhuāng)置有效(xiào)解決了因油井(jǐng)出砂(shā)、垢(gòu)片、間隙(xì)小造成的砂卡(kǎ)，砂卡率由(yóu)原先的70%降(jiàng)低到30%，實現了産(chǎn)液剖(pōu)面流(liú)量準(zhǔn)确(què)測試。

　　在(zài)現場(chǎng)應(yīng)用中發(fā)現，磁(cí)鋼(gāng)固定采(cǎi)用ab膠效(xiào)果(guǒ)不理(lǐ)想，下一步研究(jiū)怎麽固定磁鋼(gāng)，磁場的大(dà)小怎(zěn)麽确定，解決渦(wō)輪磁鋼(gāng)吸(xī)附鐵屑造成的(de)砂卡。
5結論
1)k值(zhí)可以衡(héng)量解卡裝置、進液孔、出液孔、弧(hú)形磁(cí)鋼造成的(de)摩擦和局部阻(zǔ)力損失;
2)在解卡(kǎ)裝置末端(duān)粘(zhān)貼(tiē)寬15mm、長3.8mm、厚1.8mm的弧形(xíng)磁鋼，距離渦輪(lún)流量計磁鋼的(de)距離爲12.16cm時,在渦(wō)輪流量計啓動(dòng)排量(liàng)不會(huì)造成(chéng)不啓動(dòng);
3)中(zhōng)心管、解卡裝置(zhì)必須(xū)是不導磁(cí)材料(liào),否則(zé)啓(qǐ)動排量不能啓動(dòng);
4)磁鋼固定(dìng)采(cǎi)用ab膠效(xiào)果不(bú)理想，下一(yī)步研(yán)究磁場的(de)大小和磁鋼固(gù)定方式。

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