摘(zhāi)要:介紹了适(shì)用(yòng)于井(jǐng)下浮子(zǐ)流量計 的結構設(shè)計、工作原理，地面模(mó)拟實驗(yàn)及在青(qīng)海油田現(xiàn)場應(yīng)用效果表明,該(gāi)流量計(jì)具(jù)有啓(qǐ)動流量低、測量(liàng)範圍(wéi)寬(kuān),能夠應(yīng)用于(yú)井下油水(shuǐ)兩相流及産液(yè)含砂井(jǐng)的(de)流量測量(liàng)。
0引(yǐn)言(yán)
　　目前(qián)國内(nèi)油(yóu)井過環空産出剖面測(cè)井的(de)流量測量(liàng)以 渦(wō)輪流量計 爲主四，由(yóu)于受(shòu)儀器(qì)外徑和集(jí)流效(xiào)果(guǒ)限(xiàn)制，渦(wō)輪流(liú)量計通常(cháng)存在如(rú)下(xià)缺點(diǎn):流量測量範圍(wéi)小，或者(zhě)啓動排(pái)量過高或者測(cè)量流量上限太低;砂(shā)卡普遍較(jiào)爲嚴重(zhòng),不(bú)能測量含砂流體;随(suí)着(zhe)三次采(cǎi)油技(jì)術的推(tuī)廣，渦輪流量(liàng)計因粘度影響,已(yǐ)無法滿(mǎn)足稠(chóu)油及注聚(jù)産(chǎn)液(yè)測量(liàng)。因此(cǐ),準确的流量測(cè)量對(duì)新型(xíng)流量計的需求顯得(dé)愈加(jiā)迫切。
1浮子(zǐ)流量(liàng)計結構設(shè)計及工作原(yuán)理(lǐ)
1.1浮子流量(liàng)計結構
　　爲了達(dá)到降(jiàng)低流(liú)量測量下限,提(tí)高流(liú)量測(cè)量上限,進而拓(tuò)寬流(liú)量測量範(fàn)圍,同時也爲了(le)有效(xiào)防止砂卡,客服流(liú)體粘度(dù)影響(xiǎng),從而達到(dào)測量含砂流體(tǐ)或注(zhù)聚産(chǎn)液目(mù)的,井下浮子流(liú)量(liàng)計(jì)的結構設(shè)計如圖1所(suǒ)示。

　　位移(yí)傳感器外殼1主(zhǔ)要用于(yú)封裝位移傳感(gǎn)器2~8等部件;位移(yí)傳感器(qì)是(shì)差動變壓器(qì)式傳感(gǎn)器,其内.部(bù)鐵芯(xīn)3用于傳(chuán)遞浮子(zǐ)位移、速度;浮子6置于流道中央(yāng)進液口處(chù)進行(háng)流量(liàng)測(cè)量(liàng);下壓(yā)彈簧(huáng)4固定(dìng)于差動變(biàn)壓器式傳(chuán)感器2下端,用于(yú)提高流(liú)量上限;浮子(zǐ)活(huó)動範圍由出液口(kǒu)短接(jiē)5長度所限;上托彈簧(huáng)7用于降低流量下(xià)限(xiàn)。
1.2浮子流量(liàng)計工作原(yuán)理(lǐ)
　　流(liú)體(tǐ)由進液(yè)口進入儀器流(liú)道,推(tuī)動浮(fú)子,浮(fú)子上移過程中(zhōng),流體(tǐ)在出液口(kǒu)處的(de)流通截面(miàn)積逐(zhú)漸增大,不(bú)同的流量對應(yīng)不同的(de)流通截(jié)面積,截面積的(de)變(biàn)化轉(zhuǎn)化(huà)爲浮(fú)子的位移，進(jìn)而(ér)不同的流(liú)量又(yòu)轉化爲浮子的(de)不同(tóng)位移,即:流量一->面積一->位(wèi)移。此位移再由内部(bù)鐵芯(xīn)傳遞給差(chà)動變(biàn)壓器式傳(chuán)感器,位移傳感器通過測(cè)量浮(fú)子位移位(wèi)移傳感器通過(guò)測量浮(fú)子(zǐ)位移(yí)量來(lái)測量(liàng)流體(tǐ)流量。
1.3浮子流量(liàng)計特點
　　浮子式(shì)流量計在(zài)地面(miàn)計量中是(shì)一種(zhǒng)成型(xíng)産(chǎn)品，投人(rén)實際(jì)應用(yòng)的已(yǐ)好多種,但由于(yú)結構設計(jì)限制，各式(shì)型号的浮(fú)子式流(liú)量計一(yī)直(zhí)未(wèi)能在井下(xià)過環空産出剖面流量(liàng)測量中(zhōng)得到較好應用。所述(shù)井下浮子(zǐ)流量計,綜(zōng)合以(yǐ)往各式浮子(zǐ)流量計特點(diǎn)的基(jī)礎上,針(zhēn)對渦輪流量計所存缺陷,面向(xiàng)目前新(xīn)時期流量(liàng)測量(liàng)特點(diǎn),從(cóng)結(jié)構設(shè)計角度(dù)出發,經(jīng)多方(fāng)優化設計而成,主要(yào)應用(yòng)于井(jǐng)下過環空(kōng)産出剖(pōu)面穩定(dìng)流态點測,其特點如(rú)下:
(1)爲(wèi)流體(tǐ)提供的流通通(tōng)道短,浮子(zǐ)上、下(xià)兩處裝置兩根(gēn)輔助彈簧。在浮子上(shàng)移過程中(zhōng),流體(tǐ)在出液口(kǒu)處的流通截面(miàn)積逐漸增(zēng)大,流體對浮子(zǐ)的沖(chòng)擊減弱,因此可通過(guò)加長浮子(zǐ)位移(yí)量(liàng)提高(gāo)流(liú)量上(shàng)限;在(zài)高流(liú)量範圍内(nèi),在流通面積的(de)增加(jiā)量不足(zú)以滿足(zú)測量(liàng)範圍要(yào)求(qiú)時,浮子(zǐ)向(xiàng)上壓(yā)縮下(xià)壓彈簧,下(xià)壓彈簧彈力克(kè)服(fú)相(xiàng)當部(bù)分流(liú)動壓力及(jí)浮子自身浮(fú)力(lì)，使流(liú)量計不(bú)至(zhì)于很(hěn)快飽(bǎo)和(hé)産(chǎn)出，因此可以(yǐ)通(tōng)過增(zēng)加下壓彈簧倔(juè)強系數(shù)提高流(liú)量測(cè)量(liàng)上限;
(2)從(cóng)啓動(dòng)到下托彈(dàn)簧共工(gōng)作工程(chéng)中，下托彈(dàn)簧使(shǐ)浮子處于受力(lì)平衡狀(zhuàng)态，因而(ér)流量測量幾乎無須克服浮子(zǐ)自重(zhòng)而實(shí)現低(dī)啓動排量(liàng),極大程度上降低了(le)流量測量下限(xiàn);
(3)浮子(zǐ)與流通内(nèi)壁距離遠大(dà)于流體内含(hán)砂的(de).粒徑(jìng),能夠用于含砂(shā)流(liú)體的測(cè)量，很好的解決(jué)了渦輪流(liú)量計(jì)所無法克服的砂卡問題。
1.4浮子(zǐ)流量計流量測(cè)量過程力(lì)學分(fèn)析
　　井下(xià)浮子流量計的測量原理既(jì)符合(hé)傳統(tǒng)浮子(zǐ)流量計的(de)測量原理(lǐ),又有(yǒu)一定區别。該流(liú)量計工作時,浮(fú)子的(de)受(shòu)力(lì)、位移(yí)不斷變化,此過程大(dà)體分爲四(sì)個階段:.
1.4.1零流量
　　浮子6由上托彈(dàn)簧8托扶,上(shàng)托彈(dàn)簧8被(bèi)壓縮，浮子(zǐ)6處于平(píng)衡位置(zhì),其力(lì)學關系式(shì)爲:
m+m2+m3=0(1)
　　其(qí)中，m是(shì)上托彈簧(huáng)的彈力;m2是(shì)浮子所受的浮(fú)力(lì);ms是(shì)浮子所受(shòu)的重力(lì)。上托彈簧力m和浮(fú)力m.克服浮子自身重力m3，受(shòu)力平衡,零(líng)流量(liàng)時(shí)浮.子靜止，此時(shí)稍加流(liú)量,處于平衡狀态的浮(fú)子即可(kě)産生位移(yí),降低(dī)了啓(qǐ)動排量,帶(dài)人各自的(de)表達式得(dé):
ki△x+ρgv-mg=0(2)
　　k1上托彈簧(huáng)倔強系(xì)數;△x.上托彈簧的壓(yā)縮長(zhǎng).度;流體(tǐ)密度ρ;g重(zhòng)力加速度;v浮子(zǐ)體積;m浮子(zǐ)質量(liàng)。
1.4.2低流(liú)量(liàng)
　　在流動(dòng)壓力(lì)作(zuò)用(yòng)下,浮子6.上浮,其位移(yí)量由位移(yí)傳感(gǎn)器2測量,流(liú)體在出液(yè)口位置的(de)流通截面積增(zēng)大,浮子6在(zài)新的(de)位置(zhì)達到平(píng)衡,其力學關(guān)系式(shì)爲:
f(q)+kiox+ρgv-mg≈0(3)
　　其中f(q)爲流動(dòng)壓力(lì),該力是浮(fú)子上(shàng)下的流體(tǐ)壓力差(chà)，流體流(liú)出出(chū)液口後,以(yǐ)扇狀發散向上流,設(shè)s1、s2分别是流(liú)束在(zài)浮子上下(xià)的流通截面積;pip2分别爲浮(fú)子上(shàng)下的(de)壓力;v1、v2爲流(liú)體在s.s2截面(miàn)積上的流速。流體滿(mǎn)足伯努利(lì)方程(chéng):

　　其中ρ、v~g、h分别是流(liú)體密度(dù)、流速、重力加(jiā)速度、液壓(yā)高度,流動壓力(lì)爲:
f(q)=p2-p:(5)
(4)代(dài)人(rén)(5)整(zhěng)理後(hòu)得:
f(q)=ρg(h2-h)+zρ(v2v2)(6)
又q、s、v關系(xì):
q=vs(7)
其中(zhōng)q、s爲流(liú)體(tǐ)流量、流(liú)通截(jié)面(miàn)積。
qi=vs:(8)
q2=v2sz(9)
流量(liàng)一定時，流量計(jì)内與井(jǐng)筒内(nèi)流量相(xiàng)等,即(jí):
qi=q2z(10)
v.si=v2s2(11)
忽略(luè)浮子(zǐ)的(de)垂直高(gāo)度差(chà),(8)(9)(10)帶(dài)人(6)得:

此(cǐ)式(shì)同(tóng)時說明流(liú)動壓力f(q)與流體的流(liú)量q的平方成正(zhèng)比。
1.4.3中流量(liàng)
　　随着(zhe)流(liú)量增加,當流量足夠大(dà)時,浮(fú)子脫離.上托彈(dàn)簧8,但(dàn)未觸及下壓彈簧4,浮子懸浮于流體(tǐ)當中,上托、下壓(yā)彈簧(huáng)的形變均(jun1)爲零。在(zài)該流量(liàng)範圍(wéi)内,重力、浮(fú)力、流(liú)體(tǐ)推動力(lì)達到新的平衡(héng),浮子6的力(lì)學關(guān)系式爲:
f(q)=+ρgv-mg=0(13)
1.4.4高流量(liàng)
　　進人高(gāo)流量後(hòu),浮子(zǐ)向上(shàng)壓縮下壓彈簧(huáng)4,此時(shí)浮子(zǐ)受重(zhòng)力、浮(fú)力、流體(tǐ)推(tuī)力、下壓彈簧反向推(tuī)力,
其(qí)力(lì)學關系(xì)式爲(wèi):f(q)-kxΔx+pgv-mg=o(14)

2方法實驗(yàn)
　　方法實(shí)驗介質(zhì)爲柴(chái)油、水(shuǐ)兩相(xiàng)流:含水率(lǜ)調節爲0、30%、50%、70%、80%、90%、100%;在每一含水(shuǐ)率.下,流量(liàng)調節(jiē)爲1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d、8m3/d、9m3/d、100m3/d,記(jì)錄各含(hán)水(shuǐ)率下(xià)不(bú)同流量(liàng)時浮(fú)子(zǐ)流(liú)量計(jì)輸出頻率的變(biàn)化量,得到(dào)井下(xià)浮子流(liú)量計(jì)在(zài)油水兩相流條件下的(de)方法實(shí)驗結果(圖(tú)2)。圖中橫坐(zuò)标是配比流量(liàng)(m3/d),縱坐标是(shì)儀器輸出(chū)頻率(lǜ)(hz)。

　　由(yóu)圖2可以看出,浮子的(de)啓動流(liú)量很低爲1m2/d,流(liú)量.上限達(dá)70m3/d;在0、30%、50%、70%、80%、90%、100%每一含(hán)水率(lǜ)不同流量(liàng)下,浮子流量計(jì)頻率響應有較好的(de)線性關系(xì);在1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d8m3/d、9m3/d、100m3/d每一流(liú)量下，不同(tóng)含水率(lǜ)下(xià)儀(yí)器輸出頻率離散(sàn)性很小。
3現場應(yīng)用及分析(xī)
　　多待(dài)測油井井況比(bǐ)較特(tè)殊(shū),以往的(de)測井儀器(qì)根本(běn)無法下井,而且(qiě)大都爲含砂井,砂卡(kǎ)普遍較爲(wèi)嚴重,渦(wō)輪(lún)流量(liàng)計根本無法應(yīng)用，無法進行産量測(cè)量(liàng)”。井下浮(fú)子流(liú)量計(jì)憑借(jiè)自身(shēn)結構設計(jì)等方面的(de)優勢,配接(jiē)于産出剖面測井儀，上，采用傘式集流器(qì)在這些(xiē)油(yóu)田成(chéng)功的(de)實現了流量測量。圖(tú)3爲青(qīng)海油田x井測井(jǐng)曲線(xiàn)圖,該(gāi)井産(chǎn)量爲53.3m2/d,含砂大(dà)約(yuē)6%。由圖中井(jǐng)溫及微差井(jǐng)溫(wēn)曲線(xiàn)可以看出,該井(jǐng)主産層在(zài)1460m-1510m,結合(hé)磁定位曲線所示射(shè)孔層位及(jí)井溫變(biàn)化曲線可定(dìng)性的判斷(duàn)出(chū)四個(gè)主(zhǔ)要産(chǎn)層,大(dà)緻(zhì)分布在(zài)深度爲1470m~1475m，1480m附近，1485~1490m,1495m附(fù)近，1500m附近開始進(jìn)人死水口(kǒu)。

　　根據(jù)射孔深度、井溫(wēn)曲線波動,該(gāi)浮(fú)子流量計(jì)的測點深度(dù)分别選(xuǎn)取在(zài)1475.4m、1478.9m、1484.6m、1489.1m、1493.6m,相應射孔深度的(de)點(diǎn)測響應值(zhí)分别(bié)爲960hz.947hz、837hz、762hz、646hz,不(bú)同的頻(pín)率值對(duì)應不同的産量(liàng),表明(míng)浮子流量(liàng)計在(zài)主産層工(gōng)作正常(cháng),能(néng)夠實(shí)現對各産層産(chǎn)量進行準确測量,并且測(cè)量不(bú)受限于含砂流(liú)體,可以用于含(hán)砂井的流(liú)量測量。表1是将圖4浮(fú)子流(liú)量計(jì)測井(jǐng)頻(pín)率(lǜ)響(xiǎng)應曲線(xiàn)圖中深(shēn)度(dù)與頻(pín)率對(duì)應關系轉(zhuǎn)化成深度及流(liú)量對(duì)應關系。選取1500m死水區頻率(lǜ)爲260hz(浮(fú)子流量計(jì)基值)作爲(wèi)基值,其他測點頻率(lǜ)響應與之分别(bié)作差頻,根據方(fāng)法實驗(yàn)結(jié)果(guǒ),找出各差(chà)頻值對(duì)應的流(liú)量,死水區選(xuǎn)0m2/d.
選取(qǔ)表1中(zhōng)的測點深度值爲橫(héng)坐标，流量(liàng)作爲縱坐标，繪(huì)制浮子(zǐ)流量計(jì)深度-流量測井曲(qǔ)線(見圖4)。
4結論(lùn)
　　井下浮子流量(liàng)計流(liú)量測(cè)量原(yuán)理的正确(què)性已經.由室内及現場實驗(yàn)證(zhèng)實,而(ér)且青海油田現(xiàn)場測(cè)量結(jié)果表(biǎo)明,該浮(fú)子式流(liú)量計(jì)的(de)流(liú)量測(cè)量下(xià)限(xiàn)低,流量(liàng)測量範圍寬(kuān),能測量含砂(shā)流體,特别适(shì)合(hé)于井(jǐng)下流體測(cè)量。

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