王海鵬

(大慶油田測試技術服務分公司 黑龍江 大慶 163513)

0 引 言

隨著油田開發(fā)進入特高含水期，注入效果的好壞直接影響到油田開采效果。為了及時、準確、有效實現(xiàn)分層流量測試和調(diào)配，測試工作者將試井工藝與生產(chǎn)測井工藝相結合，把生產(chǎn)測井中的電纜傳輸、井下直讀儀器、地面采集系統(tǒng)工藝應用到試井井下存儲儀器當中，2003年分層流量實時測調(diào)儀研制成功，2010年分層流量實時測調(diào)儀[1](以下簡稱測調(diào)儀)被廣泛應用于注入井分層流量調(diào)配[2]，使得分層流量調(diào)配勞動強度大大降低，一次測調(diào)成功率達到90%。測調(diào)儀按測量原理分為超聲波測調(diào)儀和電磁測調(diào)儀；按結構分為偏心測調(diào)儀和同心測調(diào)儀。為了實現(xiàn)測調(diào)儀的校準[3-5]，大慶油田測試技術服務分公司在國內(nèi)較早建立測調(diào)儀校準模擬井，對測調(diào)儀進行校準。測調(diào)儀流量校準影響因素很多[6]，但最重的影響因素是測調(diào)儀校準模擬井筒的深度，目前測調(diào)儀校準模擬井筒深度不能滿足測調(diào)儀校準的基本要求，因此研究測調(diào)儀校準模擬井筒深度對實現(xiàn)測調(diào)儀量值有效傳遞有著重要意義。

1 測調(diào)儀及其校準模擬井筒結構

1.1 測調(diào)儀結構和技術參數(shù)

測調(diào)儀的結構和技術參數(shù)決定測調(diào)儀校準模擬井筒的井身結構和井筒深度。偏心測調(diào)儀用于偏心注水井分層流量調(diào)節(jié)，決定了其校準模擬井筒必須有偏心配水器。同心測調(diào)儀用于同心注水井分層流量調(diào)節(jié)，決定了其校準模擬井筒必須有同心配水器。測調(diào)儀長度決定校準模擬井筒深度，測調(diào)儀流量精度決定流量校準結果的最大允許誤差，當校準結果的最大引用誤差小于等于最大允許誤差時，校準結果合格。超聲波測調(diào)儀長度和流量精度如表1所示。

表1 超聲波測調(diào)儀技術參數(shù)

1.2 測調(diào)儀校準模擬井筒結構

目前建成的偏心測調(diào)儀模擬井筒井身結構如圖1所示，主要由套管、封隔器、油管、偏心配水器、手動閥門、進水和出水管線等組成。

圖1 偏心測調(diào)儀校準模擬井筒結構示意圖

偏心測調(diào)儀模擬井筒油管內(nèi)徑62.5 mm，水嘴距離井口1.75 m，井深3.8 m，進液口1個，進液口距井口100 mm，出液口3個，一個位于井底油管尾部、兩個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)，水通過標準表再回水池；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)，水通過標準表再回水池；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)，不通過標準表直接回水池，進水閥門記作1。當1開→2開→3關→4關時實現(xiàn)測試上下流量，實現(xiàn)偏心測調(diào)儀吊測和坐測直通流量校準；當1開→2關→3關→4關，實現(xiàn)偏心測調(diào)儀上流量計坐測支路流量校準；當1開→2開→3開→4關，實現(xiàn)偏心測調(diào)儀下流量計吊測和坐測流量校準。

同心測調(diào)儀模擬井筒井身結構與偏心測調(diào)儀模擬井筒井身結構類似，區(qū)別在于配水器為同心配水器；沒有手動閥3和其管線，沒有下流量計校準功能。

光油管模擬井筒如圖2所示，由進水管線、進水閥門1、光油管(內(nèi)徑62.5 mm)、出水閥門2、出水管線等組成，和分層流量實時偏心測調(diào)儀校準模擬井筒主要區(qū)別在于沒有套管、配水器，為單根光油管。

圖2 光油管模擬井筒結構示意圖

2 測調(diào)儀校準模擬井筒深度研究

2.1 理論分析

模擬井筒井身結構和深度主要影響校準介質(zhì)的流型的轉化和流型的穩(wěn)定性。雷諾數(shù)表征液流慣性力與粘滯力相對大小，可用以判別流動形態(tài)轉化。流型的穩(wěn)定性主要表現(xiàn)為流態(tài)的穩(wěn)定距離，符合一定規(guī)律。

2.1.1 流型轉化計算

流型轉化主要依據(jù)雷諾數(shù)來計算，經(jīng)過推導，內(nèi)徑62.5 mm的油管中放置外徑38 mm的儀器其雷諾數(shù)計算公式如(1)。通過調(diào)研，層流、紊流的臨界雷諾數(shù)標準不一[7-9]，本文以2 300作為層流臨界雷諾數(shù)，4 000作為紊流臨界雷諾數(shù)計算，由公式可求得內(nèi)徑62.5 mm的油管居中放置外徑38 mm的儀器層流臨界流量為15.60 m3/d，紊流臨界流量27.13 m3/d。通過計算可知，測調(diào)儀在0～500 m3/d范圍內(nèi)校準測調(diào)儀，絕大多數(shù)流量校準點屬于紊流范圍。

(1)

式(1)中，Re為雷諾數(shù)，無量綱；ρ為流體密度，kg/m3；Q為流量，m3/d；μ為流體粘度，mPas；D為油管內(nèi)徑，m；d為儀器外徑，m。

2.1.2 流型穩(wěn)定距離計算

研究表明,流態(tài)的穩(wěn)定距離符合經(jīng)驗公式(2)和(3)[10]。式(2)為層流穩(wěn)定距離經(jīng)驗公式,式(3)為紊流穩(wěn)定距離經(jīng)驗公式。以外徑38 mm的儀器在油管中為例，雷諾數(shù)取2 300，當流量小于15.60 m3/d大于0 m3/d時屬于層流范圍，水從井口進液口進入模擬井筒需要4.0 m的距離才能穩(wěn)定；當流量小于27.13 m3/d大于15.60 m3/d時，屬于過渡流；當流量大于27.13 m3/d時，屬于紊流范圍。參考文獻[11]中表明，“流量計的測量段一般應距離井口30D(D為注水井管道內(nèi)徑)以上，測量段距離出水口應不小于15D。如果條件允許，模擬井的深度越深越好”。本文以30倍管道直徑計算，紊流穩(wěn)定距離為1.9 m。

(2)

(3)

式(2)和式(3)中，Re為雷諾數(shù)，無量綱；l為穩(wěn)定距離，m；D為油管直徑，m。

2.1.3 模擬井筒深度計算

從井口進液口開始，按照“吊測層流(紊流)穩(wěn)定距離+吊測儀器長度+吊測出水穩(wěn)定距離+坐測儀器長度+坐測出水穩(wěn)定距離”計算穩(wěn)定距離(見圖3和圖4)，偏心測調(diào)儀(雙流量)長度為1.9 m，考慮層流穩(wěn)定距離，偏心測調(diào)儀校準模擬井筒深度為9.8 m(4.0+1.9+1.0+1.9+1.0=9.8 m)，配水器以上凈油管長度7.35 m；不考慮層流穩(wěn)定距離，偏心測調(diào)儀校準模擬井筒深度為7.7 m(1.9+1.9+1.0+1.9+1.0=7.7 m)，配水器以上凈油管長度5.25 m。同心測調(diào)儀長度為1.5 m，考慮層流穩(wěn)定距離，同心測調(diào)儀校準模擬井筒深度為9.0 m(4.0+1.5+1.0+1.5+1.0=9.0 m)，配水器以上凈油管長度6.75 m；不考慮層流穩(wěn)定距離，同心測調(diào)儀校準模擬井筒深度為6.9 m(1.9+1.5+1.0+1.5+1.0=6.9 m)，配水器以上凈油管長度4.65 m。

圖3 偏心測調(diào)儀校準模擬井筒深度示意圖

圖4 同心測調(diào)儀校準模擬井筒深度示意圖

2.2 實驗驗證

實驗使用超聲波偏心測調(diào)儀(單流量)STC0240，儀器長度1.5 m，其它技術參數(shù)參見表1。

2.2.1 實驗1

相同模擬井筒不同穩(wěn)定距離，在光油管模擬井筒完成。光油管模擬井筒深度5 m，光油管內(nèi)經(jīng)62.5 mm，改變進液口到儀器頂端的距離分別為0.63、1、1.9、2.5 m。實驗數(shù)據(jù)見表2。由表2可知，進液口到儀器上端距離為0.63 m時校準最大引用誤差為1.02%，1 m時為0.69%，1.9 m時為0.49%，2.5 m時為0.38%。結果表明，進液口距離測量井段越深越好，同時結果表明30D(1.9 m)和40D(2.5 m)的校準結果最大引用誤差非常接近。

表2 實驗1不同穩(wěn)定距離校準數(shù)據(jù) m3·d-1

2.2.2 實驗2

不同模擬井筒和穩(wěn)定距離，在偏心測調(diào)儀校準模擬井筒和光油管模擬井筒中完成。先在偏心測調(diào)儀模擬井筒中坐測位置上提0.3 m處進行吊測刻度，并使用該刻度系數(shù)在此位置進行吊測檢定；其次在光油管模擬井筒1.9 m處進行吊測刻度，并使用該刻度系數(shù)在此位置進行吊測檢定，最后在該位置調(diào)取坐測位置上提0.3 m處的刻度系數(shù)進行吊測檢定。校準時帶扶正器，流量穩(wěn)定時間90 s。實驗數(shù)據(jù)見表3。由表3可知，偏心測調(diào)儀模擬井筒坐測位置上提0.3 m處(使用坐測位置上提0.3 m處吊測刻度系數(shù))進行吊測檢定，最大引用誤差為0.47%；光油管模擬井1.9 m處(使用坐測位置上提0.3 m吊測刻度系數(shù))吊測檢定最大引用誤差9.42%，大于最大允許2%，因此不合格；光油管模擬井1.9 m處(使用光油管1.9 m處吊測刻度系數(shù))吊測檢定最大引用誤差0.17%，結果表明坐測位置上提0.3 m處進行吊測校準刻度是不準確的，現(xiàn)場考核調(diào)配流量以配水器10 m以上吊測的流量為準，所以目前的測調(diào)儀模擬井筒不能同時進行吊測和坐測校準，只能在光油管模擬井筒進行吊測校準，在測調(diào)儀模擬井筒進行坐測校準。

表3 實驗2不同模擬井筒和穩(wěn)定距離校準數(shù)據(jù)

3 結 論

1)目前的測調(diào)儀模擬井筒不能同時進行吊測和坐測校準，在光油管模擬井筒進行吊測校準，在測調(diào)模擬井筒進行坐測校準。

2)同時進行吊測和坐測校準，如果考慮層流穩(wěn)定距離，偏心測調(diào)儀模擬井筒深度至少為9.8 m；同心測調(diào)儀模擬井筒深度至少為9 m。

3)同時進行吊測和坐測校準，如果不考慮層流穩(wěn)定距離，紊流穩(wěn)定距離以30倍管道直徑計算，偏心測調(diào)儀校準模擬井筒深度至少為7.7 m；同心測調(diào)儀校準模擬井筒深度至少為6.9 m。