摘要:水平井産(chǎn)液剖面測試使(shǐ)用的 渦輪(lún)流量計 受(shòu)啓(qǐ)動流量影響(xiǎng),不适(shì)應(yīng)于低液(yè)量水平(píng)井(jǐng)測試(shì)。研制(zhì)了(le)适(shì)用于(yú)小流量測(cè)試的井下(xià)存儲式浮(fú)子流量(liàng)計 ,并與溫度、壓(yā)力(lì)、含水(shuǐ)測試傳(chuán)感器組(zǔ)成井(jǐng)下存儲式水平井(jǐng)産液剖面測試儀,該儀(yí)器随油(yóu)管下人(rén)水平(píng)井(jǐng)段(duàn),無需(xū)電纜和(hé)爬(pá)行器(qì),可在(zài)油井(jǐng)正常(cháng)生産(chǎn)的情(qíng)況下(xià)連續(xù)工作一個(gè)月,提高了低液量水(shuǐ)平井産液(yè)剖(pōu)面測試(shì)的正(zhèng)确率率和成功(gōng)率。室内(nèi)實驗和現場先(xiān)導性試(shì)驗表(biǎo)明(míng),井(jǐng)下浮子流量計應用(yòng)于水平井産液剖面(miàn)測試(shì)可行(háng)，爲低滲透(tòu)油田(tián)水平井産液剖(pōu)面的流(liú)量測試(shì)提供(gòng)了新(xīn)途徑(jìng)。
0引言
　　水平(píng)井産(chǎn)液剖面測試技(jì)術是從油套環空(kōng)通(tōng)過電纜或(huò)連續油管将(jiāng)産(chǎn)液剖(pōu)面測試儀(yí)器輸送至(zhì)射孔(kǒng)段，在(zài)抽油機不(bú)停抽(chōu)情況下采用渦輪流量計(jì)、持水率(lǜ)儀實時(shí)監測流(liú)量(liàng)、含水(shuǐ)，該技(jì)術的(de)優點(diǎn)是能在(zài)抽油機(jī)不停抽(chōu)的(de)情況(kuàng)下獲得井(jǐng)下分段的流(liú)量、含水率等(děng)數據[13]。但是(shì),常規(guī)産(chǎn)液(yè)剖面(miàn)測試在水平(píng)井(jǐng)中面臨水平段多相流體分層(céng)、電纜無法下人(rén)等問題(tí),主要采(cǎi)用maps陣列式測井(jǐng)儀和爬行器等解決(jué)方案(àn)[46]。然而(ér),産液剖面使用的渦(wō)輪流(liú)量計(jì)在5%in"套(tào)管(guǎn)井中流(liú)量小于(yú)50m³/d時(shí).渦輪啓動(dòng)困難門,不(bú)适用于低液量(liàng)水平(píng)井産液剖(pōu)面測試;爬(pá)行器(qì)受井(jǐng)簡環(huán)境影響,測試成(chéng)功率(lǜ)不高且測試作業費用昂貴。
　　油田水平井(jǐng)日産(chǎn)液小于20m³的(de)井占(zhàn)總井數(shù)的87%,平均(jun1)單段(duàn)日産液小(xiǎo)于2m³，低(dī)液量水平(píng)井的産液剖面(miàn)測試已(yǐ)成爲一(yī)個重要難題。爲此,本(běn)文開展了(le)将浮子流量計(jì)應用于(yú)水(shuǐ)平井(jǐng)産液剖面(miàn)測試(shì)的探(tàn)索(suǒ)研究,實(shí)現了(le)無需電纜(lǎn)輸送儀器、提高(gāo)測試正确率率(lǜ)、降低作業成本(běn)的目的。
1浮子流(liú)量計
1.1結構(gòu)和原(yuán)理
　　浮子(zǐ)流(liú)量計(jì) 由一(yī)個(gè)錐形(xíng)管(guǎn)和一(yī)個置(zhì)于錐形管中(zhōng)可(kě)以上(shàng)下自(zì)由(yóu)移(yí)動的(de)浮子組(zǔ)成(見圖(tú)1)。流量計本體兩(liǎng)端用法蘭(lán)連接(jiē)或螺紋連接的方式(shì)垂(chuí)直安裝(zhuāng)在測量管(guǎn)路上(shàng),使流(liú)體自下而(ér)上流(liú)過流(liú)量計(jì)，推動浮子(zǐ)。由于(yú)節流作用(yòng),使上下遊産生壓差(chà)△p,由于該壓差的(de)存在,使得浮子(zǐ)受到迎面(miàn)的壓(yā)差阻力，在該阻(zǔ)力的作用(yòng)下,浮(fú)子在錐管中上升，流通面積a增(zēng)大,環隙中流體(tǐ)的平(píng)均速度減(jiǎn)小，直(zhí)到該阻力(lì)與浮子(zǐ)的自重(zhòng)和浮(fú)力相平衡(héng)時，浮子停留在(zài)某-高(gāo)度。流量qv越大,浮(fú)子(zǐ)停留的高度h越高。在穩(wěn)定情況下(xià)，浮子(zǐ);懸浮的高度h與(yǔ)通過(guò)流量計的體積qv之間有一(yī)定的比例(lì)關系(xì)爲
 
　　式中(zhōng),α是浮子(zǐ)流量計的流量系數(shù);df是浮(fú)子的(de)最大直徑;af是浮(fú)子迎面流體面(miàn)積;vf是(shì)浮子(zǐ)的體(tǐ)積;ρf是浮子材料(liào)密度;p是錐管的錐(zhuī)角;ρ是(shì)流體介(jiè)質密度(dù);h是(shì)浮(fú)子(zǐ)高度(dù)。
　　對(duì)于一定(dìng)的流(liú)量(liàng)計和流(liú)體,式(shì)(1)中的(de)df、af、vf、ρf、φ、ρ等均爲(wèi)常數，因此,隻(zhī)要保持α爲常數(shù),則流(liú)量qv與浮子高度(dù)h之間就存(cún)在近似線性關系。
　　因(yīn)此，可以将(jiāng)這種對(duì)應(yīng)關(guān)系(xì)直接刻度在流(liú)量計的(de)錐(zhuī)管上，根據(jù)浮子的高(gāo)度直接讀(dú)出流(liú)量值(zhí)，或(huò)通過(guò)電(diàn)存儲方式将流量信(xìn)号(即浮子(zǐ)的位置信号)記(jì)錄。
 
1.2浮(fú)子流量計(jì)的特點
　　由于浮(fú)子流(liú)量計在測(cè)量過(guò)程(chéng)中始終(zhōng)保持節流件前(qián)後的壓差(chà)不變(biàn)，通過(guò)改變流通(tōng)面積實現(xiàn)流量(liàng)的測量。①幾乎不(bú)會遇(yù)到砂卡(kǎ)的現象，與(yǔ)渦輪流量計相比受井(jǐng)簡環境的(de)影響(xiǎng)小;②可接收微小(xiǎo)流量(liàng)信(xìn)号,實;現(xiàn)低液量井流量測試(shì);③浮(fú)子(zǐ)的高(gāo)度取決于(yú)液體的流量,氣體對(duì)測量結果影響很小間。
2井下存儲式水平(píng)井産液剖面測試儀(yí)
　　借鑒常(cháng)規浮子(zǐ)流量計，同時考(kǎo)慮到水平(píng)井中(zhōng)儀器無法通過(guò)電纜在水平段下放,使用爬行(háng)器價(jià)格昂貴且(qiě)受井(jǐng)簡環境影(yǐng)響故障率(lǜ)高等(děng)因素(sù)，設(shè)計了适(shì)用于低液量水平井(jǐng)産液剖面(miàn)測試的井下浮(fú)子流量計，同時(shí)與溫度(dù)、壓(yā)力、含水測試傳感器(qì)以及(jí)電路系(xì)統(tǒng)組成井下(xià)存儲(chǔ)式水平井産液(yè)剖面(miàn)測試儀，該儀器和油管連(lián)接後一起(qǐ)下入到射孔段，可以連續監(jiān)測多段(duàn)壓裂水平井産(chǎn)液信息。
2.1水平井(jǐng)井下浮子(zǐ)流量計設(shè)計
水(shuǐ)平井(jǐng)井下(xià)浮子(zǐ)流量(liàng)計由浮子、推杆、滑套、線圈(quān)、彈簧(huáng)、流量護(hù)管、單流(liú)閥等組(zǔ)成(chéng)(見圖(tú)2)。
 
　　工作原(yuán)理:給(gěi)浮子感應線圈(quān)上提供恒(héng)定的電流(liú)激勵，當井(jǐng)下(xià)流體通(tōng)過過流通(tōng)道，推(tuī)動浮子移動(dòng)，銜(xián)鐵發生位(wèi)移,引(yǐn)起感(gǎn)應線圈中(zhōng)磁阻變化,産生(shēng)感應(yīng)電動勢,感(gǎn)應電動(dòng)勢經濾(lǜ)波放(fàng)大,輸(shū)人單(dān)片機内(nèi)進行處理後(hòu)測得(dé)流量(liàng)。流量測量線圈(quān)采用差分(fèn)結構,溫漂小,在流量線圈外加屏蔽(bì)層,減(jiǎn)少外(wài)部對流量(liàng)測(cè)量的幹(gàn)擾;自感傳感器(qì)可以(yǐ)測量(liàng)0.01μm~50mm的機(jī)械位移,具有測量精度高、靈敏度(dù)高、線(xiàn)性(xìng)好、結(jié)構簡單、性(xìng)能可(kě)靠等優點。
2.2含水率、溫度和壓力測量設計
　　含水(shuǐ)率(lǜ)測試(shì)儀采用(yòng)電容(róng)式含水率傳感器和(hé)阻抗(kàng)式含水(shuǐ)率(lǜ)傳感(gǎn)器組合設計,分(fèn)别測試流(liú)體的(de)電容(róng)值(zhí)和電導(dǎo)率,可以适(shì)應低(dī)含水(shuǐ)和(hé)高含水(shuǐ)傳感器組(zǔ)合,可以精準測量含(hán)水率。
　　溫度測量(liàng)原理:給pt1000提(tí)供恒流激(jī)勵(lì)，當井溫(wēn)變化(huà)時,pt1000的(de)阻值(zhí)也(yě)會發(fā)生(shēng)變化(huà),測量(liàng)電路輸出與溫度成(chéng)正比(bǐ)的差動電壓信(xìn)号,經(jīng)過單(dān)片機ad采集，得(dé)到溫度(dù)信号。
　　壓力測量原理(lǐ):壓力(lì)傳感(gǎn)器采用恒(héng)壓供(gòng)電電路(lù)，輸出與壓力成正比的(de)壓力(lì)差(chà)動電壓(yā)信号,經過(guò)單片(piàn)機ad采(cǎi)集(jí),得到壓(yā)力信(xìn)号。
2.3儀(yí)器功耗(hào)設(shè)計
　　儀器選(xuǎn)用容量爲9ah的高(gāo)溫電(diàn)池(chí)，采(cǎi)樣間(jiān)隔有多(duō)種(zhǒng)類型(xíng)可供(gòng)選擇(zé),最小(xiǎo)可(kě)設置爲3s。儀器(qì)工作30d最大功(gōng)耗(hào)設計如(rú)下(xià)。
(1)當儀(yí)器采樣間隔設(shè)置爲(wèi)3s時。每間隔3s需要采集1次數(shù)據,采(cǎi)集(jí)0.8s,此(cǐ)時總(zǒng)電流不超(chāo)過25ma。1個月的耗電量4.8ah。
(2)當儀器(qì)不工作時,進(jìn)人休眠狀态(tài)。總電流不超過(guò)100μa。1個月耗電(diàn)量0.072ah.
(3)儀(yí)器每(měi)采集87組數(shù)據(87x3s==261s)進行一(yī)次數(shù)據(jù)存儲。存儲時(shí)間爲0.6s,總(zǒng)電(diàn)流不(bú)超過50ma。1個月(yuè)耗電(diàn)量0.082ah。
(4)儀器1個(gè)月最(zuì)大耗電量(liàng)4.954ah。儀器(qì)可在井下連續(xù)工作1個(gè)半月以(yǐ)上。
2.4水(shuǐ)平井(jǐng)産液(yè)剖面測(cè)試儀結(jié)構及(jí)原理
　　井下(xià)存(cún)儲式水平井(jǐng)産液剖面測試儀由浮子流量(liàng)計、含水(shuǐ)探頭、溫度探頭.壓力傳(chuán)感器、測量電路(lù)、供電(diàn)電池組成(見圖3)。當正(zhèng)常産(chǎn)液時，坐封單向(xiàng)閥截(jié)止，流(liú)體通過進(jìn)液(yè)口,推動(dòng)浮子(zǐ)移動，從(cóng)而(ér)測得流(liú)量(liàng)。流體(tǐ)由過(guò)流通道流(liú)經溫(wēn)度(dù)探頭、壓力探頭(tóu)與(yǔ)含水探頭時,可測得(dé)流體含水(shuǐ)率、壓(yā)力與溫(wēn)度,最後(hòu)通過(guò)出液口流(liú)出。坐封時(shí),浮子(zǐ)保護(hù)單向(xiàng)閥截止,流體從隔離(lí)管與外(wài)護管環空過(guò)流通(tōng)道流(liú)過,打開坐封單(dān)向閥(fá),實(shí)現坐封。
3室内實(shí)驗
3.1含水率對(duì)流量測試(shì)的影響(xiǎng)
(1)介質:柴油和(hé)水兩相。
(2)方(fāng)式:在(zài)垂直(zhí)狀态下進(jìn)行流量标(biāo)定,流量(liàng)從0、1、2.....10m³/d,分别選擇(zé)含水率爲(wèi)100%、80%、40%進行流量測試(shì)實驗。
(3)對流(liú)量刻(kè)度進行曲(qǔ)線拟(nǐ)合。
實驗結果表(biǎo)明,浮子流(liú)量計(jì)啓動(dòng)流量(liàng)爲0.5m/d,可(kě)對低液量井進(jìn)行測(cè)試;不同含(hán)水率(lǜ)的(de)流量測(cè)試曲線基本重(zhòng)合(hé),說(shuō)明(míng)浮子位(wèi)置的(de)變(biàn)化隻與(yǔ)通過(guò)浮子流體(tǐ)的流量相(xiàng)關,流(liú)體含(hán)水率對浮(fú)子流量計測試(shì)結果(guǒ)的影響可(kě)忽略。.
3.2儀器(qì)傾角(jiǎo)對流量測(cè)試的影響(xiǎng)
(1)介(jiè)質:柴油(yóu)和水兩相(xiàng)。
(2)方式(shì):将儀器(qì)分别(bié)處于水平狀态0°和負角度(dù)一30°(即進液口高(gāo)于(yú)出液(yè)口)狀(zhuàng)态下(xià)，流量(liàng)從0、1、2..10m³/d,分别(bié)選(xuǎn)擇含(hán)水率爲(wèi)100%、80%、40%進(jìn)行流(liú)量測試(shì)實(shí)驗。
(3)對流量(liàng)刻度(dù)進行曲線拟合。
　　實驗結果(guǒ)表明，當井簡處于水平狀(zhuàng)态甚至(zhì)負(fù)角度(dù)狀态下(xià),盡(jìn)管流體的型态爲層(céng)流或逆向(xiàng)流,但(dàn)對浮(fú)子流量計(jì)和含水(shuǐ)率的測(cè)試結果影響較(jiào)小，最大(dà)誤(wù)差僅(jǐn)4%。分析認爲這是(shì)由于浮子位置(zhì)變化隻與進入(rù)錐形(xíng)管空間流(liú)體流量有關,基(jī)本克服(fú)了(le)油、水的分(fèn)層(céng)流動使(shǐ)渦輪流(liú)量計響(xiǎng)應變(biàn)得複雜的(de)問題(tí)。當流體經(jīng)過電(diàn)容+阻(zǔ)抗式(shì)持水率儀時,由于在圓周上配(pèi)置多.個持水率(lǜ)傳感器,能夠很(hěn)好地解決(jué)常規(guī)儀器隻(zhī)能(néng)中心采樣(yàng)不(bú)能(néng)探測(cè)到的(de)全(quán)截面流(liú)體(tǐ)的問(wèn)題,可以(yǐ)清楚地(dì)分辨出油和水。
 
4現場應(yīng)用
　　2016年(nián)2月(yuè)在長慶油田(tián)cp-x井(jǐng)首(shǒu)次開展水平井存儲(chǔ)式浮子流量計(jì)井下先導性試(shì)驗,該(gāi)井射孔9段,測試(shì)前日産液(yè)16.07m³,含水100%。爲(wèi)了(le)驗證流量、含水測試(shì)正确率,對(duì)該井射孔(kǒng)段(duàn)1進行雙封單卡江(jiāng)藝測(cè)試,同時地面單(dān)獨測(cè)量(liàng)該段(duàn)産液量(liàng)并(bìng)化驗含(hán)水,測(cè)試管(guǎn)柱見(jiàn)圖4。
 
　　該井儀器設(shè)置采樣(yàng)間隔爲(wèi)10min,35d後起(qǐ).出,測試結(jié)果顯示射(shè)孔段(duàn)1單層流量爲3.77m³/d,含(hán)水98.6%(見(jiàn)圖5);同時,地(dì)面單獨測量射孔段(duàn)1的日産液爲3.58m³,含水(shuǐ)100%。測試流量和(hé)含水(shuǐ)與實(shí)際單量和(hé)化驗結果接(jiē)近,說明(míng)存儲式産液剖面測試儀首次(cì)在水平井(jǐng)井下(xià)試驗取得(dé)成功(gōng),證明了井下浮(fú)子流(liú)量計(jì)應用(yòng)于低液量水平(píng)井産(chǎn)液剖面(miàn)測(cè)試可行。
 
5結(jié)論
(1)井下存儲式(shì)浮子(zǐ)流(liú)量(liàng)計(jì)啓(qǐ)動流量小(xiǎo)于0.5m³/d,且(qiě)不受(shòu)井筒(tǒng)出砂(shā)影響,彌補了渦輪流量計不适應低液量(liàng)水平(píng)井的不(bú)足(zú)，提高(gāo)了低液(yè)量水平(píng)井測試結果的(de)正(zhèng)确率。
(2)室内動(dòng)态實驗表明(míng),無(wú)論是垂直、水平(píng)及傾斜情況下(xià),浮子(zǐ)流量計響(xiǎng)應特性均不敏(mǐn)感于含水率，擁(yōng)有非常好的不(bú)依賴(lài)于流型的(de)特性。
(3)測試儀器(qì)随油(yóu)管下入目(mù)的層,無需電纜和爬行器,一趟(tàng)管柱即可(kě)完成(chéng)水平(píng)井産液剖(pōu)面測試,大幅度(dù)降低了産液(yè)剖(pōu)面測試成(chéng)本。
(4)測(cè)試結果(guǒ)包含流(liú)量,含(hán)水、壓力和(hé)溫度等儲層流(liú)體物性(xìng)參數,可(kě)進行(háng)各(gè)射孔段(duàn)産能評價.判斷(duàn)井簡(jiǎn)出水位置,爲(wèi)低液量水平井控水(shuǐ)穩油措施提供依(yī)據。

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