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井下存储式电磁流量计在分层测试中应用 
  发布时间:2018-07-10

摘 要 井下存储式电磁流量计,是1998年河口采油厂从国外引进的。该流量计可用于油田注水井井下水量的测试,用于分注水井或其它工艺井的井下管柱的找漏等,适用于50MPa,井温小于90℃的注水井,解决了浮子式流量计难达到的问题。文中分析了该流量计的工作原理,仪器特点和技术要求,提出了在使用中应掌握和注意的有关事项。
  在多套层系的不均质油田常规开采中,注水井的分层注水是解决纵向上注、采不平衡性较好的方法和有效途径,开发出的分注工艺,成为油气开采界共同关心的课题。
  河口采油厂过去分层测试工具主要以浮子式流量计为主,分注测试精度和成功率较低,影响到动态调配,1998年4月,引进井下存储式电磁流量计,通过现场应用,取得较大成功,现已基本淘汰浮子式流量计。本文通过对仪器测试原理及测试应用中出现的问题进行分析,找出影响仪器正常使用的因素和合理仪器的方法。
1 井下存储式电磁流量计的工作原理及特点
1.1 电磁流量计的工作原理
  当横切磁场流动时,流体中带电粒子受罗仑兹力的作用而形成感应电动势,其大小与流体流速成正比。
感应电动势:Ue= B°D°V= B°D(Q/π(D/)22)
亦即:Q=(πd/4B). Ue
式中:Q—流体的体积流量;B—磁感应强度; V—含带电粒子流体体的流速;D—管道直径。
  由上可知,仪器依据测量出的感应电动势的大小,即可推算出流体的流速和流量。
  仪器制作是通过两个探极将感应电动势传到运算器,处理成串行数据在VRAM中,起出地面后回放到电脑中进行处理。
1.2 仪器的特点
由工作原理可以得出:
(1)仪器的主板,探极和壳体在适用的温度,压力范围内,测量出流量的数据不受温度、压力、密度、粘度、矿化度和电导率等因素的影响。
(2)Ue与Q有线性关系,有利于制作出高精度的测试仪器。电磁流量计精度为2级,而浮子式流量计的理论公式为:q= Ah1.5(1+ htg(0.5β)/2 R),流量q与弹簧伸长h之间函数关系较为复杂,仪器制作和使用精度很难提高。
(3)灵敏度高:由于仪器本身无机械类运动件,可避免因摩擦力产生的工作死区,决定了仪器启动流速较低,具有较高的灵敏度。
(4)可靠性高:由于仪器自身无机械活动部,因而有高可靠性和长寿性的特点,具有较高的测试成功率。
(5)由于线性好,仪器有较宽的量程。
2 井下存储式电磁流量计的技术要求
2.1 中心流速流量计技术性能
a.测量范围:标定满量程:450m3/d~ 700m3/d;
b.流量精度(满量程):± 2%(流量> 100m3/d),± 1(流量≤ 100m3/d)
c.零点漂移(温度):≤ 1× 10- 3/10℃ ;
d.显示分辩率:0.1m3/d;
e.连续测量时间:5h40min;
f.工作温度:5℃ ~ 90℃ ;
g.最大耐压:50MPa。
2.2 制定仪器的应用卡片
  仪器的标准卡片是出厂前建立的,其标定介质是清水,现在油田注入水多为污水,其成份与清水中带电粒子大不相同,组份也不一样,这都会影响测量精度:(1)流体内溶有部分天然气,这部分气体在压力、温度变化时,会引起流体流态的变化,对探极产生影响,使测试曲线出现锯齿状记录,影响测试精度。(2)流体矿化度变化对流体流态变化也有影响。流态变化会引起仪器内外分流比例的变化,仪器测量精度也就受到影响。因此现场使用前要建立适合于本地区的用户卡片。
影响流态的因素假设流体为牛顿流体,那么流态的变化是根据雷诺数进行判断:Re=ρ V/μ
式中:ρ—流体密度;V—流体的流速;μ—流体的粘度。
  若Re≤ 2 000则为层流,若2 000≤ Re≤ 59.7/ε7/8则为紊流区。由此,不同油田的水性(粘度、矿化度)对测量仪表的测量精度是有影响的,在使用前须制定用户卡片。
3 井下存储式电磁流量计的现场应用
3.1 建立现场标定装置
3.1.1 使用精度的影响因素
  最初在现场建立卡片都是选取一口正常注水井,将流量计下入井内数十米处,调节地面水量,取点而建立用户卡片,这样有几个缺点:
(1)依靠高压注水闸门来调节流量,很难得到一个恒定值,且流体流态不易掌握,在流量仪表读数上很难得到一个平直的台阶,测量不准。
(2)用低精度高压水表来标定井下存储式流量计,可能使精度变为6级,严重影响流量计使用精度。
(3)高压供水压力的波动也影响流量的恒定。
(4)注水井井下管柱的弯曲、变形、腐蚀、结垢等影响油管内径一因素,也影响到流量计的使用精度。
(5)在进行多支流量计标定时,需反复投下井,地面需用绞车,不十分灵活。
(6)受进井路况影响。
3.1.2 建立标定装置
  基于上述影响流量计使用精度的因素,我厂部分油田,在低压供水系统建立了标定装置,流程见下图1。
存储式电磁流量计标定流程图
  取3m长的? 62.5油管立放于注水站污水井中,用孔板封底。顶部连接防喷管防喷堵头,水表选用干式高压水表。操作方法:先将流量计用铁丝悬挂于测量管内,控制排量,取点校对,校对完成后,取出流量计,将数据回放以计算机内,整理数据,同时开污水回收泵回收污水。
  通过对标定数据研究发现,在大流量下(流量≥150m3/d),台阶平直,校对曲线光滑连续;当调节排量在150m3/d以下时,曲线出现剧烈跳波,流量显示异常。分析其原因主要是由于小排量时,测量管内流体充不满,导致测量数据异常,因此,我们对标定装置进行了改进,见图2
存储式电磁流量计标定装置示意图
3.1.3 改进的主要内容
(1)依靠控制测量管出口排量来取点,能够确保流体充满整个测量管。
(2)将干式高压水表取掉,换上高精度型号为LDZ的电磁流量计。
通过改造后,达到了较为理想的效果。
  建立标定装置,①排除了因流量不易控制、压力波动、井下管柱变径等诸多因素对流量计测量的影响,②用高精度的仪表对流量计进行标定建立用户卡片,有利于在现场应用中达到流量计本身的测量精度,这一点对于更好应用存储式流量计,准确的测量分层注水量有着十分重要的意义,③极大的方便了现场操作。
3.2 井下存储式流量计测试资料质量
  自1998年4月至11月,我厂运用ZDL— C43型(中心流速)流量计测试120次,除因仪器自身故障影响未取出数据外,测试成功率100%,录取资料按Q/SL0980— 94合格卡片要求项目情况如表1。
表1流量计测试质量表
Q/SL0980- 94指标

井下存储式流量计卡片

a:线条清晰,线宽不大于0.5

通过计算机整理完全达到要求

b:基线平直,流量线垂直于基线并且连续仪器量程适度。

c:日测起落点与基线重合

d:卡片整齐,清洁,卡片上标明井号,测试日期,测试压力仪器号并在卡片台阶上注明层位。

计算机输出测试成果达到以上要求。

e:井下流量计和地面仪表计量全井流量误差为± 10%。

由于地面仪表精度低,故障率低,存储流量计测出水量偏大。

f:卡片各层水量台阶宽度8mm

完全达到

  在Q/SL0980- 94中,注水井分层测试资料质量,主要是为浮子式流量计制定的。井下存储式流量计的测试结果是通过计算整理,打印输出的,原测试卡片质量要求中的a,b,c,d项得到较为彻底的解决。对于井下流量计和地面仪表计量全井流量误差一项,存在着地面仪表的定期检定、日常维护和仪表本身内在质量等问题,一味的要求存储式流量计与之相符合,也是很不确切和严格的。总的来说,井下存储式流量计测试资料质量远比浮子式流量计要高。
3.3 井下存储式流量计与106浮子式流量计的应用对比
3.3.1 下井前安装
  浮子式流量计下井前需组装钟机系统记录测量部分,尤其是记录纸筒需要转动录活,调节弹簧处于适当位置,弹簧锚在导向管内滑动灵活,时钟在钟筒内不转动,浮子位置在直管部分0~ 5mm等,而存储式电磁流量计只需安装好扶正器和电池。
3.3.2 下井测试
  浮子式流量计需与测试密封段相配套,在偏心井测试时,密封段与撞击头相撞,定位爪弹开撑起人字形皮碗后上提流量计分层测试,在空心井测试时,需起下多次更换合适的密封段进行测试,都排除不了密封段密封不严造成的测试数据不准确电磁流量计只需一次起下即可完成整个测试工作,不用考虑密封问题。
3.3.3 资料质量
  浮子式流量计经常出现由于记录纸,弹簧浮子位置调节不当,时钟弦上的不太紧,测试密封段密封不严,或定位爪打不开等原因,不出合格资料,卡片记录也不清晰,如C9— 2井在测S2时密封挺好,但测试结果在卡片上找不到,或出现不规则台阶,测试资料无法使用,而存储式电磁流量计只要在仪器技术性能范围内不起温不超压,油管内径无很大变化都能够测试出合格资料,数据经计算机整理后曲线流畅,清晰。
3.3.4 数据整理及解释
  浮子式流量计需人工对测试卡片进行测量,换算成流量值,绘制曲线在数据的解释应用上仅能人工判断,而存储式电磁流量计通用够实现完全由计算机进行处理。
通过现场应用,井下存储式电磁流量计在性能操作上都远优于浮子式流量计。
3.4 准确判断井下油管下井工具的故障位置
  井下存储式电磁流量计下井后每项10s取一组中心流速数据,因此在下井过程中,除了正常依据测试曲线解释油层,配合工具的使用状况外,还可依据仪器正下井位置和流量变化准确的确定流量异常位置,从而可以找到油管漏失位置,如在L801— 7井测试时发现流量异常,偏1有水量,继续下行有水量而偏2以下无水量,出现大量漏失,重复下井后找到脱落位置,用同位素测得两者数据相符。
4 存在问题及处理意见
4.1 几种类型不宜用中心流速式流量计测量
4.1.1 吸水指数很高的井
  主要是指新转注水井,由于地层严重亏空,井口油压很低,油管内流态极其不稳定,油管的湿周很小。这类井在使用中心流速的流量计时,会出现流量计内外流体的分配不均匀不稳定,测试曲线表现为异常剧齿,水量忽大忽小,甚至到零点以下,数据无法整理,不能应用。如埕126— 8— X7井,该井注水压力仅有1MPa,日注水量66m3,这类井最好选用集流式电磁流量计。
4.1.2 个别水井井斜影响到测试
  目前使用的井下存储式流量计配有一支底部扶正器,上部由钢丝吊放,直井基本上能够保持流量计处于油管中心位置,对于井斜造成油管底部斜部弯曲,流量计很难置于油管中心位置,影响到测量精度,为了杜绝此类影响因素,建议使用双扶正器。对于某一区域井温异常,影响到流量计的正常使用,不能应用。
4.2 油管内径的变化是影响流量计使用精度的关键
  由其原理Q=(πd/4B)Ue式可知,D的变化也即油管内径的变化对流量计的高精度使用有很大影响。现今,注水井井下管柱不可能达到无腐蚀无结垢的条件,如果仅以此项而否定电磁流量计的实用性,看不到其优点,未免有点过于草率。我们可以在每级配水器以上下入耐腐蚀,不结垢的管材(如镍磷镀油管),保证有10m的标准内径管为测量管,就可以排除内径变化对测量精度的影响。
4.3 提高分析软件智能化程度和仪器性能价格比
  从仪器设计上看,仪器的硬件即流量计本身是基本完善的,但价格却是浮子式流量的20倍,而与其配套的软件仍需修改,完善流量计功能,最终达到提高仪器性能价格比的目的,以下建议仅供参考:①彻底消除现今软件如成果表中管柱图绘制为固定模式等较小的不规范处。②实现同井多次不涂抹记录,即所谓数据库管理。③建立时间—流量,下井深度—流量的三重指示曲线,规范仪器下井操作,使曲线上每组数据都附给生产指导意义,提高指示曲线的利用率。
4.4 改进现今测试工序的可能性
  现场应用的工序仍是沿用浮子式流量计测量工序,即由下层向上层测水量压点,由于电磁流量计(中心流速)可以测量井下任何位置的流量,而不象浮子式流量计在偏心靠撞击后,张开人字形皮碗,上提逐级密封、测量;在空心井测量时,也需起下多次,更换测试密封段。
  在应用中电磁流量计降压法测试时,可改为由上至下,即先测上层,再测下层。这样得到的测试曲线,可以明显看出水量逐层的变化情况,曲线也显得较为直观,好看。
5 结论
(1)该流量计可用于油田注水井井下水量的测试。
(2)可用于分注水井或其它工艺井的井下管柱的找漏。
(3)可适用于井底压力不超过50MPa的注水井,井底温度小于90℃的注水井。
(4)从仪表测量精度,下井前安装,测量工序到测试资料上都较浮子式流量计优越得多,可以作为浮子式流量计的替代产品。
(5)井下油管内径变化(如结垢、弯曲等)会对测量精度产生影响。
(6)因程序内置问题,该流量计测量的井下位置内径必须为62mm。

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