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。
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
[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”。
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。
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)。
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
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。
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)。
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)。
參考文獻(xiàn):
[1]賈德利,趙常江,姚洪田,等.新型分層注水工藝高效測(cè)調(diào)技術(shù)的研究[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào),2011,16(4):90-94.
[2]張秋平.邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)檢定影響因素[J].石油化工應(yīng)用,2012,31(6):42-46.
[3]SY/T 6813-2010井溫儀校準(zhǔn)方法[S].
[4]SY/T 6640-2012電子式井下壓力計(jì)校準(zhǔn)方法[S].
[5]SY/T 6813-2010井溫儀校準(zhǔn)方法[S].
[6]朱振國(guó),陸廣玉,金東麗,等.關(guān)于井下流量計(jì)檢定模擬井建立的探討[J].計(jì)量技術(shù),2006(9):53-55.