張揚(yáng)洋

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163513)

0 引 言

井下存儲流量計(jì)在油田開發(fā)注入井測調(diào)中具有重要作用，對其進(jìn)行周期校準(zhǔn)，才能實(shí)現(xiàn)量值準(zhǔn)確傳遞。影響井下存儲流量計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果的因素有流量點(diǎn)設(shè)置順序、流量保持時(shí)間、停泵時(shí)間、放空、扶正器等校準(zhǔn)工藝細(xì)節(jié)以及主要因素模擬井筒井身結(jié)構(gòu)[1-2]。目前大慶油田生產(chǎn)單位(不包括科研單位)校準(zhǔn)井下存儲流量計(jì)的模擬井筒深度僅為3.5 m，管道內(nèi)徑為2in(1 in=25.4 mm)，約62 mm。由于從地面管線到模擬井筒的進(jìn)液口不是直管段，所以這一深度的模擬井筒在校準(zhǔn)井下流量計(jì)時(shí)，沒有足夠產(chǎn)生穩(wěn)定、均勻流場的直管段，不能確保井下流量計(jì)準(zhǔn)確測量。目前最長井下流量計(jì)接近3 m，最短為1.5 m，儀器長短的差異會導(dǎo)致模擬井筒深度長度不一致，但從進(jìn)液口到儀器頂端的穩(wěn)定距離對井下存儲流量計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響存在一定的規(guī)律，因此研究穩(wěn)定距離對井下流量計(jì)量值傳遞有著重要意義。

1 理論依據(jù)

1.1 流態(tài)轉(zhuǎn)換依據(jù)——雷諾數(shù)

穩(wěn)定距離對校準(zhǔn)結(jié)果的影響主要表現(xiàn)為控制流態(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，流體慣性力與粘性力的比值稱為雷諾數(shù)，它是一個(gè)無因次的量，用(1)式表示：

(1)

式中：D為水力半徑，V為流體流動速度，ρ為流體密度，μ為流體粘度，Re為雷諾數(shù)。

通過調(diào)研，經(jīng)過調(diào)研[3-5]，層流選取的臨界雷諾數(shù)為2 300、紊流的臨界雷諾數(shù)為4 000。那么內(nèi)徑62 mm圓管中放置外徑38 mm的儀器，在環(huán)套中水力直徑為：

De=D-d

(2)

又因?yàn)椋?/p>

D2-d2=(D+d)(D-d)

(3)

把(2)和(3)式帶入(1)式得(4)式：

(4)

當(dāng)水的粘度μ=1.01×10-3mPas，ρ=1×103kg/m3，D=0.062m，d=0.038m，則De=0.024 m，經(jīng)(4)式計(jì)算，該模擬井多情況流態(tài)為紊流，當(dāng)流量大于27.13 m3/d為紊流，小于15.60 m3/d為層流，兩者之間為過渡流。

1.2 穩(wěn)定距離依據(jù)

研究表明流態(tài)的穩(wěn)定距離符合經(jīng)驗(yàn)公式(5)和(6)。(5)式為層流穩(wěn)定距離經(jīng)驗(yàn)公式；(6)式為紊流穩(wěn)定距離經(jīng)驗(yàn)公式。以儀器在油管中為例，當(dāng)流量小于15.60 m3/d時(shí)，雷諾數(shù)取2 300，水從井口進(jìn)液口進(jìn)入模擬井筒需要3.9 m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40d最好，參考文獻(xiàn)[6]倍數(shù)取30，即測量井段距進(jìn)液口1.9 m。

(5)

(6)

式中：l為穩(wěn)定距離，d為管道直徑。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過軟連接改變進(jìn)液口到儀器頂端的距離，10d0.62 m、15d1 m、30d2 m、40d2.5 m。試驗(yàn)選取2支超聲波和2支電磁超聲波井下流量計(jì)，校準(zhǔn)時(shí)帶上下扶正器。井下存儲電磁流量計(jì)流量穩(wěn)定時(shí)間60 s，井下存儲超聲波流量計(jì)流量穩(wěn)定時(shí)間90 s，試驗(yàn)儀器基礎(chǔ)信息見表1。

表1 試驗(yàn)儀器基礎(chǔ)信息

經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)表明，進(jìn)液口距離測量井段越深越好，數(shù)據(jù)見表2、表3、表4、表5(單位：m3/d)、圖1。以STC0172為例由表2可知硬鏈接穩(wěn)定距離0.35 m時(shí)校準(zhǔn)示值誤差1.20%，軟連接，進(jìn)液口到儀器上端距離0.62 m時(shí)標(biāo)檢示值誤差為1.02%，1 m時(shí)為0.69%，2 m時(shí)為0.49%，2.5 m時(shí)為0.38%。從圖1可知不論是超聲波還是電磁井下存儲流量計(jì)，穩(wěn)定距離對校準(zhǔn)結(jié)果的影響趨勢一致，即進(jìn)液口距離測量井段越深越好，同時(shí)結(jié)果表明30d和40d，校準(zhǔn)結(jié)果示值誤差非常接近。

表2 STC0172不同穩(wěn)定距離校準(zhǔn)數(shù)據(jù) m

表3 STD0022不同穩(wěn)定距離校準(zhǔn)數(shù)據(jù) m

表4 3A-393H不同穩(wěn)定距離校準(zhǔn)數(shù)據(jù) m

表5 3A-395H不同穩(wěn)定距離校準(zhǔn)數(shù)據(jù) m

圖1 校準(zhǔn)穩(wěn)定距離與示值誤差折線圖

3 結(jié) 論

穩(wěn)定距離對井下存儲流量計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響符合層流和紊流穩(wěn)定經(jīng)驗(yàn)公式，隨著穩(wěn)定距離的增加，校準(zhǔn)精度提高，不考慮層流穩(wěn)定距離，紊流穩(wěn)定距離30d和40d的校準(zhǔn)結(jié)果示值誤差非常接近。