屈瑞娜，王偉濤

（西安思源學(xué)院，陜西西安，710038）

0 引言

油田投入開(kāi)發(fā)后，隨著開(kāi)采時(shí)間的增長(zhǎng)，油層壓力不斷下降，地下原油大量脫氣，粘度增加，油井產(chǎn)量大大減小，甚至?xí)娡．a(chǎn)，造成地下殘留大量死油開(kāi)采不出來(lái)。為了彌補(bǔ)原油開(kāi)采出后所造成的地下虧空，保持或提高油層壓力，實(shí)現(xiàn)油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，并獲得較高的采收率，必須對(duì)油田進(jìn)行注水。

目前石油領(lǐng)域常用的配水器工具主要分為傳統(tǒng)的投撈式配水器、邊測(cè)邊調(diào)配水器、有纜自動(dòng)測(cè)調(diào)配水器、無(wú)纜測(cè)調(diào)配水器和壓控智能配水器等幾種。

（1）偏心鋼絲投撈固定水嘴式配水器：主要是通過(guò)鋼絲等對(duì)偏心配水器水嘴進(jìn)行投撈，滿(mǎn)足地層配水量。缺點(diǎn)：①精度差，固定水嘴無(wú)法對(duì)水量精細(xì)調(diào)節(jié)，誤差大。②無(wú)法實(shí)現(xiàn)水量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。③現(xiàn)場(chǎng)測(cè)調(diào)時(shí)間長(zhǎng)、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，投撈成功率低。

（2）邊測(cè)邊調(diào)配水器：電纜連接流量測(cè)調(diào)儀，通過(guò)流量計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量水量大小，判斷水嘴開(kāi)度是否合適。缺點(diǎn)：①無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。②長(zhǎng)期配水精度差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精細(xì)分注。③測(cè)調(diào)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，工藝復(fù)雜。

（3）有纜自動(dòng)測(cè)調(diào)配水器具備自動(dòng)測(cè)調(diào)與測(cè)試功能，且下井作業(yè)完成后，后續(xù)操作和維護(hù)簡(jiǎn)便，且后期無(wú)成本，長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)時(shí)成本較低，同時(shí)可實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)是：在油田生產(chǎn)過(guò)程中，由于儀器須采用電纜進(jìn)行信號(hào)的傳輸，所以下井前須選用不同規(guī)格電纜并在下井時(shí)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。同時(shí)要求井場(chǎng)有外接電源，這樣不但增加儀器成本，而且下井作業(yè)比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

（4）無(wú)纜自動(dòng)測(cè)調(diào)配水器也局部自動(dòng)測(cè)調(diào)和測(cè)試功能，同時(shí)下井作業(yè)過(guò)程較為簡(jiǎn)單，成本低，對(duì)井場(chǎng)要求比較低。缺點(diǎn)是：在油田生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)井下儀器數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，須用測(cè)井車(chē)進(jìn)行作業(yè)，后期累計(jì)作業(yè)費(fèi)較高。

（5）壓控智能配水器主要使用在注水井中，由于井下的壓力、溫度較高而且注水過(guò)程中配水器會(huì)隨著油管柱產(chǎn)生振動(dòng)，可能存在儀器內(nèi)部有少量水汽的風(fēng)險(xiǎn)。在流量測(cè)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)水嘴開(kāi)度在80%～100%時(shí)，水嘴開(kāi)度的變化對(duì)通過(guò)的流量幾乎無(wú)影響。壓控配水器的流量計(jì)是通過(guò)壓差來(lái)計(jì)算相應(yīng)的流量，所以根據(jù)壓力傳感器的特點(diǎn)，需定期對(duì)壓差傳感器的零點(diǎn)進(jìn)行校正。針對(duì)以上幾點(diǎn)，在現(xiàn)有的壓控智能配水器上進(jìn)行了優(yōu)化、改進(jìn)。

1 技術(shù)分析

壓控配水器主要包括驗(yàn)封短節(jié)、流量計(jì)、水嘴短節(jié)、電池電源和防返吐裝置等?，F(xiàn)有儀器的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 壓控配水器結(jié)構(gòu)圖

優(yōu)化改進(jìn)后的配水器結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 優(yōu)化改進(jìn)配水器結(jié)構(gòu)圖

2 配水器優(yōu)化、改進(jìn)措施

在原有壓控智能配水器的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，主要表現(xiàn)在對(duì)儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了二次密封結(jié)構(gòu)；對(duì)儀器的流量調(diào)節(jié)部分進(jìn)行了優(yōu)化；差壓流量計(jì)采用傳感器自校準(zhǔn)功能。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）二次密封結(jié)構(gòu)主要是對(duì)儀器內(nèi)部的元器件和各個(gè)模塊增加密封外殼，避免凝結(jié)水蒸氣和其他氣體對(duì)元器件的影響。

（2）流量調(diào)節(jié)部分是對(duì)流體的出口形狀進(jìn)行了更改，保證小方量的調(diào)節(jié)精度和大方量的調(diào)節(jié)要求。

（3）傳感器自校準(zhǔn)功能是對(duì)儀器在井下長(zhǎng)時(shí)間工作后出現(xiàn)零點(diǎn)漂移，通過(guò)配合流量調(diào)節(jié)裝置，進(jìn)行差壓零點(diǎn)校準(zhǔn)。

（4）基于井下多級(jí)壓損的流量測(cè)量技術(shù)，由原來(lái)的單級(jí)孔板流量計(jì)優(yōu)化為多級(jí)孔板流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)了4-40m3/d流量精準(zhǔn)測(cè)量，且有效降低了孔板堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

3 儀器的具體改進(jìn)實(shí)施方案

儀器整體優(yōu)化如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 配水器整體結(jié)構(gòu)圖

圖4 水嘴結(jié)構(gòu)圖

圖5 配水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖3中編號(hào)表示為：1下接頭，2差壓流量計(jì)，3驗(yàn)封短節(jié)，4流量調(diào)節(jié)裝置，5控制電路，6供電部分，7上接頭，8中心管，9外護(hù)管，10入水口，11過(guò)流通道，12出水口。

如圖3中所示，儀器的結(jié)構(gòu)為：下接頭1連接下行的油管管柱，上接頭7連接同時(shí)連接著上行管柱。下接頭1和上接頭7之間，內(nèi)部用中心管8密封連接，外部用外護(hù)管9密封連接。上述幾個(gè)零部件之間的環(huán)空內(nèi)腔安裝著儀器的各個(gè)模塊和元器件。

驗(yàn)封短節(jié)3安裝有壓力傳感器，分別測(cè)量油管內(nèi)壓力和油管外壓力；該短節(jié)安裝于下接頭1上，并與控制電路5通過(guò)線路進(jìn)行數(shù)據(jù)通信?？刂齐娐?和驗(yàn)封短節(jié)3利用外殼進(jìn)行密封保護(hù)，隔絕外界水汽、凝結(jié)液及其他氣體對(duì)元器件的腐蝕短路。

如圖3所示，流量調(diào)節(jié)裝置4包含電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分及調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)控制部分，利用護(hù)管將整個(gè)電子元器件及驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行包裹，提高其防護(hù)等級(jí)。流量調(diào)節(jié)裝置4通過(guò)驅(qū)動(dòng)中間活塞桿，來(lái)改變圖4中所示的出水截面積大小，進(jìn)而改變流量的大小。而出水口形狀如圖4所示，為梯形形狀，當(dāng)活塞桿以勻速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，小方量時(shí)出水面積變化慢，方量變大時(shí)出水口面積變化快，起到小方量時(shí)調(diào)節(jié)精度高，大方量時(shí)滿(mǎn)足要求的目的。

如圖4所示，流體從油管內(nèi)經(jīng)過(guò)上接頭7的入水口10進(jìn)入差壓流量計(jì)2，然后從差壓流量計(jì)2通過(guò)下接頭1的過(guò)流通道11進(jìn)入流量調(diào)節(jié)裝置4，最后從流量調(diào)節(jié)裝置4流出后，經(jīng)過(guò)下接頭1的出水口12流出，達(dá)到油管外到達(dá)地層。

圖5所示，差壓流量計(jì)2主要是測(cè)量從儀器流出并進(jìn)入地層流體的方量。當(dāng)差壓流量計(jì)2的傳感器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用后，會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)漂移。所以一段時(shí)間后需要將差壓流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)，先將流量調(diào)節(jié)裝置4關(guān)閉，此時(shí)通過(guò)差壓流量計(jì)2的流體方量為零，差壓流量計(jì)2的差壓為零。然后通過(guò)對(duì)差壓傳感器2的值進(jìn)行采集，最后計(jì)算流量時(shí)對(duì)差壓傳感器的進(jìn)行零點(diǎn)補(bǔ)償，這樣就能消除流量計(jì)2的偏移誤差。

多級(jí)壓損孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖6所示：

圖6 多級(jí)壓損孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖

多級(jí)壓損的流量測(cè)量技術(shù)是在傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)的基礎(chǔ)上，利用多個(gè)孔板串聯(lián)的辦法，將流體進(jìn)行多次節(jié)流，進(jìn)而產(chǎn)生多個(gè)壓損疊加的效果，最終獲得較大的壓損結(jié)果。這樣能夠提高流量計(jì)的測(cè)量精度及測(cè)量下限，滿(mǎn)足測(cè)量小方量的需求，同時(shí)，相比單級(jí)孔板的孔徑增大，能夠有效降低孔板堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

表1 壓控智能配水器原理

技術(shù)結(jié)果單一孔板壓損-流量對(duì)應(yīng)關(guān)系n個(gè)孔板壓損-流量對(duì)應(yīng)關(guān)系。k≥1為補(bǔ)償系數(shù)最小壓力測(cè)量范圍下，流量測(cè)量下限變化。