王延軍, 成志偉, 張玉輝, 劉艷玲, 張自成, 劉興斌

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150006; 2.大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司, 黑龍江 大慶 163453)

0 引 言

大慶油田長(zhǎng)垣老區(qū)綜合含水已達(dá)到90%以上,產(chǎn)出剖面測(cè)井主要使用渦輪流量計(jì)-阻抗式含水率計(jì)組合測(cè)井儀進(jìn)行流量和含水率測(cè)量[1-3]。對(duì)于出砂嚴(yán)重的油井,特別是進(jìn)行三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化推廣應(yīng)用之后,井下測(cè)量環(huán)境更為惡劣,油井產(chǎn)出液狀態(tài)更加復(fù)雜,井筒中固形塊狀結(jié)垢物富集,導(dǎo)致渦輪流量計(jì)極易卡死;產(chǎn)液流體黏度變大,渦輪流量計(jì)受到流體黏度的非線性影響,無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量產(chǎn)量。因此,急需研發(fā)不受流體黏度影響、可靠性高的流量測(cè)量新技術(shù)。

電磁法測(cè)量流體流量被廣泛應(yīng)用于油田注水井、注聚井的注入剖面測(cè)井中[4-6]。經(jīng)過(guò)多年攻關(guān),研發(fā)成功了無(wú)可動(dòng)部件、可靠性高、不受流體黏度影響的過(guò)環(huán)空小直徑集流型電磁流量計(jì)[7-11],成功實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)有產(chǎn)出剖面測(cè)井儀器渦輪流量計(jì)-阻抗含水率計(jì)的配接,形成了新型的集流電磁流量-渦輪流量-阻抗含水率組合測(cè)井儀器。儀器在模擬井上完成了油水兩相流以及不同黏度聚合物溶液中標(biāo)定評(píng)價(jià),在水驅(qū)、聚驅(qū)以及復(fù)合驅(qū)油井累計(jì)完成現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)評(píng)價(jià)47井次,取得了良好的測(cè)井資料,驗(yàn)證了儀器的可靠性和測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1 儀器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及技術(shù)指標(biāo)

1.1 儀器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

儀器結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。儀器從下而上依次為集流器、渦輪流量計(jì)、阻抗含水率計(jì)、電磁流量傳感器、流體出液口、電路筒。電磁流量傳感器結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2)由2個(gè)發(fā)射磁極和2個(gè)測(cè)量電極構(gòu)成,由內(nèi)向外分別為絕緣內(nèi)襯、金屬內(nèi)壁、液壓油、金屬外壁。2個(gè)接收電極與2個(gè)發(fā)射磁極在圓周上相互垂直均勻分布,接收電極鑲嵌在絕緣內(nèi)襯壁上,直接接觸測(cè)量流體,磁極由磁芯和線圈2部分組成,即在每個(gè)磁極磁芯的外側(cè)均包裹線圈,產(chǎn)生交變磁場(chǎng),當(dāng)導(dǎo)電流體從流道內(nèi)流過(guò)時(shí)將切割磁力線,并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。該儀器采用集流的測(cè)量方式以提高傳感器內(nèi)流體流速。流量測(cè)量可以采用渦輪流量計(jì)和電磁流量計(jì)2種方式,以提高測(cè)井成功率及測(cè)量可靠性;含水率測(cè)量采用阻抗含水率計(jì)[1]。

儀器外徑Φ28 mm;耐溫125 ℃;耐壓40 MPa;含水率測(cè)量范圍和精度50%～100%(±3%);流量測(cè)量范圍及精度±3%(2～60 m3/d、含水率90%～100%),±3%(10～60 m3/d、含水率80%～100%),±5%(5～60 m3/d、含水率60%～100%)。

1.2 模擬井實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)研制的2支測(cè)井儀器在模擬井實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了油水兩相流中的標(biāo)定實(shí)驗(yàn),流量調(diào)節(jié)分別為60、55、50、40、30、20、10、5、4、3、2、1、0.5 m3/d,含水率調(diào)節(jié)為50%～100%,以10%的間隔增加。

圖3所示為1號(hào)儀器在清水中進(jìn)行5次標(biāo)定的結(jié)果。圖3顯示,儀器在清水中標(biāo)定時(shí)具有很好的重復(fù)性及良好的線性,表明儀器工作狀態(tài)良好,測(cè)量穩(wěn)定可靠。

圖3 1號(hào)儀器清水中電磁流量標(biāo)定結(jié)果

圖4、圖5分別為1號(hào)、2號(hào)儀器在油水兩相流中的標(biāo)定結(jié)果。圖4、圖5中,當(dāng)含水率超過(guò)60%,同一流量時(shí)不同含水率下儀器響應(yīng)頻率接近,顯示出傘集流電磁流量計(jì)在油水兩相情況下標(biāo)定結(jié)果不隨含水率變化而變化,并與清水中標(biāo)定結(jié)果基本一致;當(dāng)含水率超過(guò)50%、流量超過(guò)30 m3/d,電磁流量計(jì)在油水兩相情況下標(biāo)定結(jié)果不隨含水率變化而變化,并與清水中標(biāo)定結(jié)果基本一致。

圖4 1號(hào)儀器模擬井電磁流量油水兩相實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖5 2號(hào)儀器模擬井電磁流量油水兩相實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖6 1號(hào)儀器油水兩相中電磁流量測(cè)量誤差分布

圖7 2號(hào)儀器油水兩相中電磁流量測(cè)量誤差

為了解電磁流量計(jì)測(cè)量高含水油水兩相流的流量測(cè)量誤差情況,對(duì)誤差進(jìn)行了計(jì)算。圖6、圖7所示分別為1號(hào)、2號(hào)儀器在油水兩相流中測(cè)量流量時(shí)誤差分布情況。圖6、圖7顯示,當(dāng)含水率高于60%、流量高于5 m3/d時(shí)測(cè)量誤差均在±5%以內(nèi);當(dāng)含水率高于80%、流量高于10 m3/d時(shí)測(cè)量誤差均在±3%以內(nèi)。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況及分析

2.1 總體試驗(yàn)情況

在4個(gè)采油廠水驅(qū)、聚驅(qū)以及三元復(fù)合驅(qū)油井中完成現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及生產(chǎn)應(yīng)用47口井。對(duì)47口井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析:①有2口井儀器下井后無(wú)法正常工作,測(cè)井成功率為96%;②完成了7口高黏度井的測(cè)試,電磁流量計(jì)測(cè)井成功率為100%;③有12口油井由于渦輪流量計(jì)出現(xiàn)砂卡導(dǎo)致測(cè)量失敗,電磁流量計(jì)測(cè)井成功率為100%;④在5口井中完成了2支儀器的一致性和重復(fù)性對(duì)比,儀器的最大重復(fù)性誤差小于3%,儀器的最大一致性誤差小于5%,儀器的重復(fù)性和一致性良好;⑤全井測(cè)量誤差與井口計(jì)量誤差優(yōu)于10%的油井占全部測(cè)試油井的比例為85.1%,儀器的測(cè)量準(zhǔn)確性較高?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用中獲得了良好的測(cè)井效果,在高含水井中應(yīng)用能夠提供可靠的測(cè)量結(jié)果。

2.2 高黏度井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

完成了5口高黏度井的測(cè)試,成功率為100%。杏X(jué)6-1-×井為三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)出井,井口產(chǎn)量30 m3/d,化驗(yàn)含水98%,測(cè)井當(dāng)天化驗(yàn)黏度13.8×10-3Pa·s。表1為渦輪流量計(jì)測(cè)井解釋成果,渦輪流量計(jì)2次重復(fù)測(cè)量全井產(chǎn)量分別為18.6 m3/d和19.5 m3/d,與井口產(chǎn)量的偏差分別為-38.0%和-35.0%。表2為電磁流量計(jì)測(cè)井解釋成果,電磁流量計(jì)2次重復(fù)測(cè)量全井產(chǎn)量分別為27.2 m3/d和28.1 m3/d,與井口產(chǎn)量的偏差分別為-9.3%和-6.3%,重復(fù)性和準(zhǔn)確性較好。對(duì)比表1和表2,電磁流量計(jì)在每個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果均明顯高于渦輪流量計(jì)的測(cè)試結(jié)果,電磁流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確性優(yōu)于渦輪流量計(jì)。電磁流量計(jì)測(cè)量流量明顯高于渦輪流量計(jì)的原因是流體黏度高于10×10-3Pa·s,渦輪流量計(jì)受到流體黏度的非線性影響導(dǎo)致流量測(cè)量誤差變大[12],電磁流量計(jì)不受流體黏度影響[13]。

表1 X6-1-×井渦輪流量計(jì)測(cè)井解釋成果表

表2 X6-1-×井電磁流量計(jì)測(cè)井解釋成果表

2.3 渦輪砂卡井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

統(tǒng)計(jì)共有12口油井由于渦輪流量計(jì)出現(xiàn)砂卡導(dǎo)致測(cè)量失敗,而電磁流量計(jì)測(cè)井成功率為100%。X2-1-×井為三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)出井,井口產(chǎn)量9 m3/d,化驗(yàn)含水98.2%。該井井況復(fù)雜,渦輪流量計(jì)在第1測(cè)點(diǎn)被卡死導(dǎo)致流量測(cè)量失敗,但電磁流量計(jì)很好地完成了該井的測(cè)試。表3為電磁流量計(jì)測(cè)井解釋成果,電磁流量計(jì)2次重復(fù)測(cè)量全井產(chǎn)量分別為8.8 m3/d和8.6 m3/d,與井口產(chǎn)量的偏差分別為2.2%和4.4%,重復(fù)性和準(zhǔn)確性較好。該井測(cè)試結(jié)果表明,渦輪流量計(jì)卡死造成測(cè)量失敗,電磁流量計(jì)能夠完成流量測(cè)量,提高了測(cè)井成功率,顯示了電磁流量計(jì)在渦輪易砂卡油井中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯。

表3 X2-1-×井電磁流量計(jì)測(cè)井解釋成果表

2.4 重復(fù)性及一致性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)儀器的重復(fù)性和一致性,在5口井中完成了2支儀器的一致性和重復(fù)性對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明儀器的最大重復(fù)性誤差優(yōu)于3%,儀器的最大一致性誤差優(yōu)于5%,儀器的重復(fù)性和一致性良好。X12-1-×井為聚合物驅(qū)產(chǎn)出井,井口產(chǎn)量49.2 m3/d,化驗(yàn)含水82.4%。表4為1號(hào)電磁流量計(jì)的測(cè)井解釋成果,在每個(gè)測(cè)點(diǎn)深度都進(jìn)行了重復(fù)性測(cè)量,1號(hào)電磁流量計(jì)3次重復(fù)測(cè)量全井產(chǎn)量分別為52.2、52.2、52.3 m3/d,與井口產(chǎn)量的偏差分別為6.1%、6.1%、6.3%,重復(fù)性和準(zhǔn)確性較好。表5為2號(hào)電磁流量計(jì)的測(cè)井解釋成果,在每個(gè)測(cè)點(diǎn)深度都進(jìn)行了重復(fù)性測(cè)量,2號(hào)電磁流量計(jì)3次重復(fù)測(cè)量全井產(chǎn)量分別為51.7、51.0、50.1 m3/d,與井口產(chǎn)量的偏差分別為5.1%、3.7%、1.8%,重復(fù)性和準(zhǔn)確性較好。1號(hào)儀器和2號(hào)儀器的一致性誤差為4.5%。2支儀器的測(cè)量結(jié)果互相驗(yàn)證,證明電磁流量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)可靠可信,重復(fù)性和一致性較好,可以準(zhǔn)確給出各層產(chǎn)量。

表4 X12-1-×井1號(hào)電磁流量計(jì)測(cè)井解釋成果表

表5 X12-1-×井2號(hào)電磁流量計(jì)測(cè)井解釋成果表

3 結(jié) 論

(1) 渦輪流量計(jì)因有旋轉(zhuǎn)部件并且易受流體黏度的非線性影響,在出砂嚴(yán)重的油井和流體黏度高的油井無(wú)法完成測(cè)井任務(wù);電磁流量計(jì)測(cè)量通道沒(méi)有可動(dòng)部件和阻流部件,流量測(cè)量不受油井出砂、流體黏度的影響,可以適應(yīng)惡劣井況的產(chǎn)出剖面測(cè)井需求。

(2) 電磁流量計(jì)在井下工作穩(wěn)定可靠,測(cè)試成功率高,測(cè)量準(zhǔn)確性、重復(fù)性和一致性良好;在水驅(qū)、聚驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)油井具有良好的應(yīng)用前景。

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