張秋平

中國(guó)石油大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 （黑龍江 大慶 163513）

隨著中國(guó)石油大慶油田開采進(jìn)入中后期，注水效果的好壞直接影響到石油開采的效果，注水方案能否實(shí)施是由水井測(cè)試調(diào)配工作是否及時(shí)、準(zhǔn)確、有效決定的。為了提高注水井調(diào)配的效率，2003年貴州某公司與大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠進(jìn)行研發(fā)，將試井工藝與生產(chǎn)測(cè)井工藝相結(jié)合，把生產(chǎn)測(cè)井中的電纜傳輸、井下直讀儀器、地面采集系統(tǒng)工藝應(yīng)用到試井井下存儲(chǔ)儀器當(dāng)中，進(jìn)行試井分層流量調(diào)配。經(jīng)過先后的初級(jí)版（2003年）、第二代（2008年）、完善版（2010年），使得分層流量調(diào)配勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，一次測(cè)調(diào)成功率達(dá)到90%。目前邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)[1]被廣泛應(yīng)用于注水井調(diào)剖，怎樣對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)而實(shí)現(xiàn)量值傳遞，如何制定檢定規(guī)程亟待解決。邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)模擬井的建立可以實(shí)現(xiàn)邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)校準(zhǔn)。大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司五大隊(duì)在國(guó)內(nèi)首先建立邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)模擬井，進(jìn)行校準(zhǔn)試驗(yàn)，以制定校準(zhǔn)規(guī)程，實(shí)現(xiàn)周期校準(zhǔn)[2]。文中重點(diǎn)對(duì)邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)模擬井筒井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和探討。

1 邊測(cè)邊調(diào)模擬井筒的井身結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和其技術(shù)參數(shù)，需要提供以下主要校準(zhǔn)設(shè)備：流量計(jì)檢定[3]裝置、壓力檢定[4]裝置、溫度檢定[5]裝置。重點(diǎn)探討邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)模擬井筒井身結(jié)構(gòu)。

目前建成的邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)模擬井筒井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。模擬井筒油管內(nèi)徑近似為63.5mm，水嘴距離井口1.75m，井深3.8m，進(jìn)液口1個(gè)，進(jìn)液口距井口100mm，出液口3個(gè)，1個(gè)位于井底油管尾部、2個(gè)位于水嘴處套管管線上。井底出液口和主回水管線連通 （該連通管線上的閥門記作閥門2），水通過標(biāo)準(zhǔn)表再回水池；水嘴處出液口和主回水管線連通（該連通管線的閥門記作4），水通過標(biāo)準(zhǔn)表再回水池；水嘴處出液口不和主回水管線連通（該連通管線的閥門記作3），不通過標(biāo)準(zhǔn)表直接回水池，進(jìn)水閥門記作1。當(dāng)1開→2開→3關(guān)→4關(guān)時(shí)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試上下流量；當(dāng)1開→2關(guān)→3關(guān)→4開時(shí)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試上流量；當(dāng)1開→2開→3開→4關(guān)時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)試下流量。

圖1 邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)模擬井筒井身結(jié)構(gòu)示意圖

2 流量校準(zhǔn)設(shè)備

2.1 參考文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果

[6]中表明“流量計(jì)的測(cè)量段一般應(yīng)距離井口為注水井管道內(nèi)徑的30倍以上，測(cè)量段距離出水口應(yīng)不小于15倍。如果條件允許，模擬井的深度越深越好”。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)表明，進(jìn)液口距離測(cè)量井段越深越好，進(jìn)液口到儀器上端距離0.39m時(shí)標(biāo)檢示值誤差為1.01%，1m時(shí)為 0.62%，2m時(shí)為 0.43%，2.5m時(shí)為0.39%（表1），結(jié)果表明進(jìn)液口距離測(cè)量井段越深越好，同時(shí)結(jié)果表明30倍和40倍檢定結(jié)果示值誤差非常接近。

2.3 理論分析

模擬井筒井深結(jié)構(gòu)主要控制流態(tài)的轉(zhuǎn)化和流態(tài)的穩(wěn)定性。流態(tài)轉(zhuǎn)化主要依據(jù)雷諾數(shù)來計(jì)算，經(jīng)過計(jì)算，該模擬井大多情況下流態(tài)為紊流。研究表明流態(tài)的穩(wěn)定距離符合經(jīng)驗(yàn)公式（1）和（2）。式（1）為層流穩(wěn)定距離經(jīng)驗(yàn)公式；式（2）為紊流穩(wěn)定距離經(jīng)驗(yàn)公式。以儀器在油管中為例，當(dāng)流量為28.1m3/d時(shí)，雷諾數(shù)取2 000，水從井口進(jìn)液口進(jìn)入模擬井筒需要3.556m的距離才能穩(wěn)定；實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)情況流態(tài)為紊流，理論上40倍最好，這里取30倍。

式中：l為穩(wěn)定距離，m；D為管道直徑,mm。

綜上所述，目前建成的模擬井筒不能同時(shí)進(jìn)行吊測(cè)和坐測(cè)校準(zhǔn)，同時(shí)進(jìn)行吊測(cè)和坐測(cè)校準(zhǔn)，模擬井筒以30倍計(jì)算至少為7.7m（不考慮層流）。

2.4 流量校準(zhǔn)設(shè)備滿足的條件

考慮到壓力和溫度參數(shù)及水嘴功能測(cè)試，校準(zhǔn)設(shè)備應(yīng)滿足以下條件：流量計(jì)檢定裝置，準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)優(yōu)于被校測(cè)調(diào)儀準(zhǔn)確度等級(jí)的2～3倍，流量裝置具有系統(tǒng)恒壓功能，最大恒定壓力不小于2MPa；模擬井內(nèi)應(yīng)裝有水井配水器，上、下游直管段應(yīng)大于管徑的30倍，在下游應(yīng)有背壓段，確保管路中的介質(zhì)流態(tài)穩(wěn)定。模擬井筒內(nèi)徑應(yīng)與測(cè)調(diào)儀工作筒內(nèi)徑相同；模擬井內(nèi)介質(zhì)應(yīng)為單相清潔穩(wěn)定的液體，介質(zhì)中無氣泡，介質(zhì)溫度保持在(15±10)℃范圍內(nèi)。

表1 不同深度校準(zhǔn)數(shù)據(jù)m3/d

3 關(guān)于坐測(cè)位置上提0.3m進(jìn)行吊測(cè)校準(zhǔn)可行性探討

3.1 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介

實(shí)驗(yàn)選取LTZ-200型（單流量）超聲波流量計(jì)1支，編號(hào):STC0240；電磁邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)2支，編號(hào)11-1140和11-11080。流量準(zhǔn)確度等級(jí)均為2%，流量范圍均為0～300m3/d。實(shí)驗(yàn)過程：首先在邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)模擬井筒中進(jìn)行坐測(cè)標(biāo)定，坐測(cè)和坐測(cè)支路（上流量）示值檢定；坐測(cè)位置上提0.3m吊測(cè)標(biāo)定，0.3m吊測(cè)檢定(距離進(jìn)液口0.7m)；更換到標(biāo)準(zhǔn)模擬井筒（光桿）標(biāo)定（距離進(jìn)液口1.5m）和光桿檢定，同時(shí)調(diào)取0.3m刻度方程光桿吊測(cè)檢定。

3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

圖2為STC0240的標(biāo)定曲線，從圖2上明顯地看出坐測(cè)標(biāo)定方程、上提0.3m標(biāo)定方程、光桿標(biāo)定方程在流量大于50m3/d時(shí)沒有重合，坐測(cè)和坐測(cè)位置上提0.3m標(biāo)定方程趨于接近，這是因?yàn)閱瘟髁康膫鞲衅髯鴾y(cè)時(shí)距離配水器工作筒上端28cm，上提0.3m為58cm，而流態(tài)穩(wěn)定距離從1m縮短到0.7m，根據(jù)紊流穩(wěn)定距離經(jīng)驗(yàn)公式（2）可知，影響不大。而流量小于50m3/d時(shí)基本重合，3條直線基本重合，主要原因是這一流量范圍內(nèi)流態(tài)屬于層流。而上提0.3m標(biāo)定方程和光桿吊測(cè)標(biāo)定方程在流量大于50m3/d時(shí)相差很大，認(rèn)為主要是由于配水器工作筒局部阻力損失造成，流道面積突然縮小造成的，其次為流態(tài)穩(wěn)定距離。所以坐測(cè)位置上提0.3m進(jìn)行吊測(cè)是不行的。為了驗(yàn)證這一結(jié)果，在光桿模擬井筒調(diào)取上提0.3m的刻度方程模擬現(xiàn)場(chǎng)儀器吊測(cè)進(jìn)行測(cè)試（檢定），從檢定數(shù)據(jù)可知坐測(cè)位置上提0.3m進(jìn)行吊測(cè)校準(zhǔn)超聲波邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)最大引用誤差達(dá)到-9.91%。同時(shí)將上提0.3m吊測(cè)和光桿吊測(cè)的刻度方程讓采油廠測(cè)試班組在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊測(cè)驗(yàn)證，流量小于50m3/d時(shí)，測(cè)試結(jié)果基本接近，但是流量大于50m3/d時(shí)，光桿吊測(cè)刻度更為準(zhǔn)確，井口水表顯示100m3/d時(shí),光桿吊測(cè)刻度測(cè)試結(jié)果為101m3/d，上提0.3m的吊測(cè)刻度方程測(cè)試結(jié)果為85m3/d。綜上所述，坐測(cè)位置上提0.3m進(jìn)行吊測(cè)校準(zhǔn)超聲波井下邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)是不可以的。

圖2 STC0240標(biāo)定曲線

圖3、圖4為11-11080儀器的標(biāo)定曲線。從圖3、圖4上可以明顯地看出，上流量的光桿吊測(cè)標(biāo)定方程和上提0.3m吊測(cè)標(biāo)定方程基本重合，坐測(cè)標(biāo)定方程與它們不重合，但三者在流量小于50m3/d時(shí)基本重合；而下流量的三者在流量大于20m3/d時(shí)完全不重合，主要因?yàn)榫植孔枇p失造成，坐測(cè)時(shí)，下流量距離工作筒29.5cm，上提0.3m剛好進(jìn)入工作筒，而光桿吊測(cè)沒有工作筒。所以針對(duì)電磁邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)，上流量可以再坐測(cè)位置上提0.3m進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)，但是下流量不可以，同時(shí)檢定數(shù)據(jù)也說明了這一結(jié)果。為了驗(yàn)證，用11-1140得到了同樣結(jié)論（圖 5、圖 6）。

圖3 11-11080上流量標(biāo)定曲線

圖5 11-1140上流量標(biāo)定曲線

圖6 11-1140下流量標(biāo)定曲線

通過實(shí)驗(yàn)可以得到如下結(jié)論：超聲波邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)上下流量大于50m3/d不能在坐測(cè)位置上提0.3m進(jìn)行吊測(cè)校準(zhǔn)；電磁邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)上流量可以在坐測(cè)位置上提0.3m進(jìn)行校準(zhǔn)，而下流量不能校準(zhǔn)；如果流量小于50m3/d，2種流量計(jì)均可在坐測(cè)位置上提0.3m進(jìn)行吊測(cè)校準(zhǔn)。

綜上所述，目前在邊測(cè)邊調(diào)模擬井筒中進(jìn)行坐測(cè)示值校準(zhǔn)、坐測(cè)支路示值校準(zhǔn)、水嘴功能測(cè)試（滿足25倍要求）；在存儲(chǔ)流量計(jì)模擬井筒（光油管）中進(jìn)行吊測(cè)示值校準(zhǔn)。

4 結(jié)論

1）目前的井身結(jié)構(gòu)不能同時(shí)進(jìn)行吊測(cè)和坐測(cè)校準(zhǔn)，如同時(shí)進(jìn)行吊測(cè)和坐測(cè)校準(zhǔn)，則以30倍管道直徑計(jì)算（不考慮層流）模擬井筒深度至少為7.7m。

2）超聲波邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)上下流量大于50m3/d不能在坐測(cè)位置上提0.3m進(jìn)行吊測(cè)校準(zhǔn)；電磁邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)上流量可以在坐測(cè)位置上提0.3m進(jìn)行校準(zhǔn)，而下流量不能校準(zhǔn)；如果流量小于50m3/d，2種流量計(jì)均可在坐測(cè)位置上提0.3m進(jìn)行吊測(cè)校準(zhǔn)。

3）目前在邊測(cè)邊調(diào)模擬井筒中進(jìn)行坐測(cè)示值校準(zhǔn)、坐測(cè)支路示值校準(zhǔn)、水嘴功能測(cè)試（滿足25倍要求）；在存儲(chǔ)流量計(jì)模擬井筒（光油管）中進(jìn)行吊測(cè)示值校準(zhǔn)。

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