摘要:为了解决产出剖面测井用涡轮流量计的砂卡难题，采用等效面积法改变进液孔、出液孔形状，对原有涡轮流量计机械结构进行优化设计。详细介绍了防砂卡装置的结构及工作原理，防砂卡涡轮流量计的技术指标及室内校准结果。现场试验表明，较原有传统涡轮流量计，防砂卡涡轮流量计可以显著减少砂卡率，有效提高产出剖面测井成功率。
0引言
　　目前，过环空阻抗找水仪主要实现含水和流量测试，含水采用电导法测量，流量测试主要采用涡轮流量计旦。涡轮流量计的原理和结构决定其有一致命缺点,即其叶轮属于转动部件，与涡轮流量计接触流体中的杂质往往导致叶轮砂卡叔。通过统计分析，油井出砂、垢粒、垢片、涡轮支架与叶轮间隙小、铁屑是造成砂卡的主要原因。中原测井公司在注入井中的涡轮流量计磁钢安装防磁罩,解决砂卡取得较好效果毕;专利《防堵卡涡轮流量计》提出切向涡轮流量计的办法解决产出井砂卡国,但未找到相应的应用文献。大庆油田处于开发中后期，大量的井存在出砂、垢粒现象。通过统计，在采油五厂砂卡占到70%,其中仪器自身原因和井况造成的砂卡占到94%。涡轮流量计出现砂卡，则得到的产液量不准,无法为地质部门提供真实准确的环空测试资料，达不到指导油田开发生产的目的。为了降低砂卡率,通.过机械解:卡的办法实现解卡。
1防砂卡涡轮流量计结构及防砂卡工作原理
　　防砂卡涡轮流量计结构如图1所示，主要由涡轮流量计、筛状出液孔、涡轮流量计安装短接、解卡管、解卡管开槽、中心管、长条孔(销钉运动槽7)、薄壁筒、进液孔、解卡管固定销钉、含水传感器安装筒组成。采用等效面法,将进液孔一分为二，改为宽2mm的矩形进液孔，解决从进液孔进入的长垢片或大垢片造成的砂卡，如图2所示。将原先3个方型的出液孔改为直径4mm的阵列状的筛孔，解决仪器在下井过程中从出液孔进入仪器的长垢片、大垢片造成的砂卡，如图3所示。


　　将涡轮支架内径扩大,解卡管的内壁充当涡轮的内壁,解卡管通过固定销钉固定在薄壁筒上,通过开收伞，薄壁筒带动解卡管在长条孔上下运动，解卡管在解卡管开槽上下通过涡轮总成的支架,在收伞的过程中实现涡轮总成的支架内壁与叶轮之间的空间增大，从而实现井内出砂、垢粒、小垢片、涡轮支架与叶轮间隙小造成的砂卡的解卡。
　　在解卡管底端安装磁钢,如图4所示,吸附流体中铁屑、锈粉，解决涡轮叶片磁钢吸附铁屑造成的砂卡。

2主要技术指标
　　20m3涡轮流量计流量最大允许误差为3%，启动排量1m3/d，支架内腔直径由13．80mm扩大为17．76mm，解卡管长18．90mm，外径Ф17．00mm，内径Ф13．80mm。
　　40m3涡轮流量计流量最大允许误差为3%，启动排量2m3/d，支架内腔直径由17．76mm扩大为20．00mm，解卡管长18．90mm，外径Ф19．30mm，内径Ф17．76mm。
　　解卡管顶端每120°均匀分布长16．1mm，宽2mm槽缝，线槽长24．6mm，宽2mm，解卡管底端的销钉走固定槽宽4mm，长10mm
3室内校准
　　为了验证可行性,采用室内校准实现。机加组装2支型号HK-ZS-40仪器,编号为P033、P032,2支HK-ZS-20仪器，编号为K001、K018,进行室内流量校准。校准介质:自来水。从2014年5月13日到2014年9月20日,先后校准阻抗仪40多次。
3.1关于解卡管、进液孔、出液孔造成的摩擦和局部扩大(縮小)阻力损失用K值确定
　　K值为仪器常数,理想状态下，涡轮转动只受流体作用于涡轮的力，但实际测量时,除了流体作用于涡轮的力外，涡轮还受到流体的粘性摩擦力、涡轮自重及涡轮轴承转动的摩擦力、流体在进入涡轮横截面的局部阻力，仪器常数用于评价涡轮叶片的受力情况，其定义式为:
K=ξ/2π(1)
　　式(1)中,K为仪器常数,r/(m3?s);ξ为流量系数，°/m3。
　　仪器常数的物理意义是单位时间内单位体积的流体流过涡轮时,涡轮转动圈数。从仪器常数的定义式可知,K值表征了流量范围内涡轮的平均转速，要求其大于等于1。K值越大，则涡轮转速越快，所受阻力越小，因此解卡管、进液孔、出液孔造成的局部扩阻力损失可以由K值衡量。通过校准，按(2)式以最小二乘法就可求得仪器常数K值。
N=K(Q-q)(2)
　　式(2)中，N为涡轮转动转数,r/s;Q为流量，m3/d;q为启动排量，m3/d.
　　表1为2014年8月24日P033第6次校准结果。本次校准平均K值1.301r/(m3?s),大于1.0r/(m3?s),同时最大引用误差为1.08%，小于最大允许误差3%，启动排量2m2/d时的平均转速1.850r/s,因此P033校准合格。同样,P032、K001、K018先后校准合格。因此，在启动排量、最大允许误差合格的前提下,K值大于等于1,K值可以评价解卡管、进液孔、出液孔造成的局部阻力损失。

注:标准流量单位，m3/d;被测转速单位,r/s;K值单位，r/(m2?s)。
3.2确定涡轮叶片转动的持续时间
　　涡轮叶片能转动的持续时间是指涡轮调试好后，在一定作用力下，涡轮叶片从转动开始到停止的时间。由表2可知,P032第1次校准时，解卡装置末端没有安装磁钢，涡轮调试结果持续时间19s,最大引用误差3.012%不合格，启动排量2m3/d时，平均转速为0.943r/s,涡轮虽然没有转动,但已接近转动。P032第2次校准时，解卡装置末端没有安装磁钢，涡轮调试结果持续时间20s,最大引用误差2.856%合格，启动排量2m3/d时,涡轮转动,平均转速为1.867r/s。K001第1次校准时，解卡装置末端没有安装磁钢，涡轮调试结果持续时间30s,最大引用误差2.458%合格，启动排量1m3/d时，涡轮转动，平均转.速为2.245r/s。P032和K001的校准结果表明，在启动排量时，涡轮叶片转动的持续时间超过20s,就可以保证启动排量、最大引用误差合格。为了提高涡轮流量计校准精度，硬性规定为了保证启动排量，涡轮叶片转动的持续时间为30s。

3.3磁钢位置和大小的确定
　　由表2可知,解卡装置末端粘贴寬15mm、长15.2mm、厚1.8mm的弧形磁钢,安装距离涡轮流量计磁钢8.9cm时,P032第3次涡轮叶片转动持续时间28s,40m3/d平均转速49.650r/s;同样的磁钢大小和安装距离，K001第2次调试涡轮,叶轮转动持续时间26s,最大引用误差1.908%合格，启动排量1m3/d时,平均转速0.513r/s,不合格。K001第3次，解卡装置末端粘贴宽15mm、长3.8mm、厚1.8mm的弧形磁钢，安装距离涡轮流量计磁钢9.6cm,涡轮没有调试持续时间30s,但校准结果最大引用误差3.752%不合格，启动排量1m3/d没有启动，平均转速0.666r/s不合格。K001第4次，重新调试涡轮，持续时间30s,同时将宽15mm、长3.8mm、厚1.8mm的弧形磁钢,距离涡轮流量计磁钢的距离调整为12.16cm,最大引用误差1.095%，启动排量1m3/d启动,平均转速2.587。故最终确定弧形磁钢宽15mm、长3.8mm、厚1.8mm,距离涡轮流量计磁钢的距离为12.16cm。此时在流量计启动排量时，涡轮叶片转动。
3.4中心管、解卡装置材质确定
　　将解卡装置下端弧形磁钢去掉，并重新调试涡轮，结果见表3。涡轮调试结果持续时间35s,虽然误差-2.12%合格，但启动排量2m3/d仍没有启动。磁钢去掉后，还有什么原因呢?2014年8月24日检修发现,中心管、解卡装置被磁化，变相有磁场影响涡轮流量计启动排量。更换中心管薄壁筒重新校准,重复校准13次,误差为分别为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值为1.29左右。从结果可知,仪器P033线性、稳定性、重复性良好。所以中心管、解卡装置必须为不导磁材料。

4现场应用
　　防砂卡涡轮流量计在五大队成功解卡370井次，现场解卡测试曲线见图5。刚测试时，涡轮叶片转动正常，大约在20s左右，由于流体带进的杂质导致流量曲线归零。通过仪器二芯供电收伞，大约15s后再开伞，一芯流量供电测试，涡轮叶片通过瞬间开收伞，扩大了叶轮与涡轮壳体之间的空间，杂质通过涡轮叶片旋转正常。从曲线可以看出,在解卡前和解卡后,涡轮旋转--致，都为15m3/d左右，而且解卡前后冲次一致，涡轮流量计解卡装置有效解决了因油井出砂、垢片、间隙小造成的砂卡，砂卡率由原先的70%降低到30%，实现了产液剖面流量准确测试。

　　在现场应用中发现，磁钢固定采用AB胶效果不理想，下一步研究怎么固定磁钢，磁场的大小怎么确定，解决涡轮磁钢吸附铁屑造成的砂卡。
5结论
1)K值可以衡量解卡装置、进液孔、出液孔、弧形磁钢造成的摩擦和局部阻力损失;
2)在解卡装置末端粘贴宽15mm、长3.8mm、厚1.8mm的弧形磁钢，距离涡轮流量计磁钢的距离为12.16cm时,在涡轮流量计启动排量不会造成不启动;
3)中心管、解卡装置必须是不导磁材料,否则启动排量不能启动;
4)磁钢固定采用AB胶效果不理想，下一步研究磁场的大小和磁钢固定方式。

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