摘要(yào):介紹了适用(yong)于井下浮子(zǐ)流量計 的結(jié)構設計、工作(zuò)原理，地面模(mó)拟實驗及在(zai)青海油田現(xiàn)場應用效果(guo)表明,該流量(liàng)計具有啓動(dòng)流量低、測量(liàng)範圍寬,能夠(gòu)應用于井下(xià)油水兩相流(liu)及産液含砂(shā)井的流量測(cè)量。
0引言
　　目前(qian)國内油井過(guò)環空産出剖(pōu)面測井的流(liú)量測量以 渦(wo)輪流量計 爲(wèi)主四，由于受(shòu)儀器外徑和(hé)集流效果限(xiàn)制，渦輪流量(liàng)計通常存在(zài)如下缺點:流(liú)量測量範圍(wei)小，或者啓動(dòng)排量過高或(huo)者測量流量(liang)上限太低;砂(shā)卡普遍較爲(wei)嚴重,不能測(cè)量含砂流體(ti);随着三次采(cai)油技術的推(tui)廣，渦輪流量(liàng)計因粘度影(yǐng)響,已無法滿(mǎn)足稠油及注(zhù)聚産液測量(liang)。因此,準确的(de)流量測量對(duì)新型流量計(jì)的需求顯得(de)愈加迫切。
1浮(fu)子流量計結(jie)構設計及工(gong)作原理
1.1浮子(zǐ)流量計結構(gou)
　　爲了達到降(jiang)低流量測量(liang)下限,提高流(liu)量測量上限(xian),進而拓寬流(liu)量測量範圍(wéi),同時也爲了(le)有效防止砂(sha)卡,客服流體(ti)粘度影響,從(cóng)而達到測量(liàng)含砂流體或(huo)注聚産液目(mù)的,井下浮子(zǐ)流量計的結(jié)構設計如圖(tú)1所示。

　　位移傳感器(qi)外殼1主要用(yong)于封裝位移(yí)傳感器2~8等部(bù)件;位移傳感(gan)器是差動變(bian)壓器式傳感(gǎn)器,其内.部鐵(tiě)芯3用于傳遞(dì)浮子位移、速(sù)度;浮子6置于(yu)流道中央進(jin)液口處進行(háng)流量測量;下(xia)壓彈簧4固定(dìng)于差動變壓(yā)器式傳感器(qì)2下端,用于提(tí)高流量上限(xian);浮子活動範(fàn)圍由出液口(kou)短接5長度所(suo)限;上托彈簧(huang)7用于降低流(liu)量下限。
1.2浮子(zǐ)流量計工作(zuò)原理
　　流體由(yóu)進液口進入(rù)儀器流道,推(tui)動浮子,浮子(zǐ)上移過程中(zhōng),流體在出液(ye)口處的流通(tong)截面積逐漸(jiàn)增大,不同的(de)流量對應不(bu)同的流通截(jie)面積,截面積(ji)的變化轉化(huà)爲浮子的位(wei)移，進而不同(tóng)的流量又轉(zhuǎn)化爲浮子的(de)不同位移,即(ji):流量一->面積(jī)一->位移。此位(wèi)移再由内部(bù)鐵芯傳遞給(gěi)差動變壓器(qì)式傳感器,位(wei)移傳感器通(tong)過測量浮子(zi)位移位移傳(chuán)感器通過測(ce)量浮子位移(yi)量來測量流(liú)體流量。
1.3浮子(zǐ)流量計特點(diǎn)
　　浮子式流量(liàng)計在地面計(jì)量中是一種(zhong)成型産品，投(tou)人實際應用(yong)的已好多種(zhong),但由于結構(gòu)設計限制，各(gè)式型号的浮(fu)子式流量計(jì)一直未能在(zai)井下過環空(kong)産出剖面流(liú)量測量中得(de)到較好應用(yong)。所述井下浮(fú)子流量計,綜(zōng)合以往各式(shi)浮子流量計(ji)特點的基礎(chu)上,針對渦輪(lún)流量計所存(cun)缺陷,面向目(mu)前新時期流(liu)量測量特點(dian),從結構設計(jì)角度出發,經(jing)多方優化設(shè)計而成,主要(yao)應用于井下(xià)過環空産出(chū)剖面穩定流(liu)态點測,其特(te)點如下:
(1)爲流(liu)體提供的流(liu)通通道短,浮(fú)子上、下兩處(chù)裝置兩根輔(fu)助彈簧。在浮(fú)子上移過程(cheng)中,流體在出(chū)液口處的流(liu)通截面積逐(zhu)漸增大,流體(ti)對浮子的沖(chòng)擊減弱,因此(cǐ)可通過加長(zhang)浮子位移量(liàng)提高流量上(shàng)限;在高流量(liàng)範圍内,在流(liú)通面積的增(zēng)加量不足以(yi)滿足測量範(fàn)圍要求時,浮(fu)子向上壓縮(suō)下壓彈簧,下(xià)壓彈簧彈力(li)克服相當部(bu)分流動壓力(li)及浮子自身(shēn)浮力，使流量(liang)計不至于很(hen)快飽和産出(chū)，因此可以通(tong)過增加下壓(ya)彈簧倔強系(xì)數提高流量(liang)測量上限;
(2)從(cong)啓動到下托(tuō)彈簧共工作(zuo)工程中，下托(tuo)彈簧使浮子(zi)處于受力平(píng)衡狀态，因而(ér)流量測量幾(jǐ)乎無須克服(fu)浮子自重而(ér)實現低啓動(dong)排量,極大程(cheng)度上降低了(le)流量測量下(xia)限;
(3)浮子與流(liu)通内壁距離(li)遠大于流體(ti)内含砂的.粒(lì)徑,能夠用于(yu)含砂流體的(de)測量，很好的(de)解決了渦輪(lún)流量計所無(wu)法克服的砂(sha)卡問題。
1.4浮子(zǐ)流量計流量(liàng)測量過程力(li)學分析
　　井下(xia)浮子流量計(jì)的測量原理(lǐ)既符合傳統(tǒng)浮子流量計(jì)的測量原理(lǐ),又有一定區(qu)别。該流量計(ji)工作時,浮子(zǐ)的受力、位移(yí)不斷變化,此(ci)過程大體分(fèn)爲四個階段(duan):.
1.4.1零流量
　　浮子(zi)6由上托彈簧(huang)8托扶,上托彈(dàn)簧8被壓縮，浮(fú)子6處于平衡(heng)位置,其力學(xué)關系式爲:
M+M2+M3=0(1)
　　其(qi)中，M是上托彈(dan)簧的彈力;M2是(shì)浮子所受的(de)浮力;Ms是浮子(zi)所受的重力(li)。上托彈簧力(lì)M和浮力M.克服(fu)浮子自身重(zhong)力M3，受力平衡(héng),零流量時浮(fú).子靜止，此時(shí)稍加流量,處(chù)于平衡狀态(tai)的浮子即可(kě)産生位移,降(jiang)低了啓動排(pái)量,帶人各自(zì)的表達式得(de):
ki△x+ρgV-mg=0(2)
　　k1上托彈簧倔(juè)強系數;△x.上托(tuō)彈簧的壓縮(suō)長.度;流體密(mi)度ρ;g重力加速(su)度;V浮子體積(ji);m浮子質量。
1.4.2低(di)流量
　　在流動(dòng)壓力作用下(xia),浮子6.上浮,其(qi)位移量由位(wei)移傳感器2測(ce)量,流體在出(chū)液口位置的(de)流通截面積(ji)增大,浮子6在(zai)新的位置達(da)到平衡,其力(li)學關系式爲(wèi):
F(Q)+kiOx+ρgV-mg≈0(3)
　　其中F(Q)爲流動(dong)壓力,該力是(shi)浮子上下的(de)流體壓力差(chà)，流體流出出(chū)液口後,以扇(shan)狀發散向上(shàng)流,設S1、S2分别是(shì)流束在浮子(zi)上下的流通(tōng)截面積;PIP2分别(bié)爲浮子上下(xia)的壓力;V1、V2爲流(liú)體在S.S2截面積(jī)上的流速。流(liú)體滿足伯努(nu)利方程:

　　其中(zhōng)ρ、v~g、h分别是流體(ti)密度、流速、重(zhòng)力加速度、液(ye)壓高度,流動(dòng)壓力爲:
F(Q)=P2-P:(5)
(4)代人(ren)(5)整理後得:
F(Q)=ρg(h2-h)+zρ(v2v2)(6)
又(yòu)Q、S、v關系:
Q=vS(7)
其中Q、S爲(wèi)流體流量、流(liu)通截面積。
Qi=vS:(8)
Q2=v2Sz(9)
流(liú)量一定時，流(liú)量計内與井(jǐng)筒内流量相(xiang)等,即:
Qi=Q2z(10)
v.Si=v2S2(11)
忽略浮(fu)子的垂直高(gao)度差,(8)(9)(10)帶人(6)得(de):

此式同時說(shuō)明流動壓力(li)F(Q)與流體的流(liu)量Q的平方成(cheng)正比。
1.4.3中流量(liang)
　　随着流量增(zeng)加,當流量足(zu)夠大時,浮子(zǐ)脫離.上托彈(dàn)簧8,但未觸及(ji)下壓彈簧4,浮(fú)子懸浮于流(liu)體當中,上托(tuo)、下壓彈簧的(de)形變均爲零(ling)。在該流量範(fan)圍内,重力、浮(fu)力、流體推動(dòng)力達到新的(de)平衡,浮子6的(de)力學關系式(shi)爲:
F(Q)=+ρgV-mg=0(13)
1.4.4高流量
　　進(jìn)人高流量後(hou),浮子向上壓(yā)縮下壓彈簧(huáng)4,此時浮子受(shòu)重力、浮力、流(liú)體推力、下壓(yā)彈簧反向推(tuī)力,
其力學關(guān)系式爲:F(Q)-kxΔx+pgV-mg=O(14)

2方法(fǎ)實驗
　　方法實(shí)驗介質爲柴(chái)油、水兩相流(liu):含水率調節(jiē)爲0、30%、50%、70%、80%、90%、100%;在每一含(han)水率.下,流量(liàng)調節爲1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d、8m3/d、9m3/d、100m3/d,記錄(lu)各含水率下(xià)不同流量時(shi)浮子流量計(ji)輸出頻率的(de)變化量,得到(dào)井下浮子流(liu)量計在油水(shuǐ)兩相流條件(jian)下的方法實(shi)驗結果(圖2)。圖(tú)中橫坐标是(shi)配比流量(m3/d),縱(zong)坐标是儀器(qi)輸出頻率(Hz)。

　　由圖2可以看(kan)出,浮子的啓(qǐ)動流量很低(dī)爲1m2/d,流量.上限(xiàn)達70m3/d;在0、30%、50%、70%、80%、90%、100%每一含(han)水率不同流(liú)量下,浮子流(liú)量計頻率響(xiǎng)應有較好的(de)線性關系;在(zài)1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d8m3/d、9m3/d、100m3/d每一流量下(xia)，不同含水率(lü)下儀器輸出(chū)頻率離散性(xing)很小。
3現場應(yīng)用及分析
　　多(duo)待測油井井(jing)況比較特殊(shū),以往的測井(jing)儀器根本無(wu)法下井,而且(qie)大都爲含砂(sha)井,砂卡普遍(bian)較爲嚴重,渦(wō)輪流量計根(gen)本無法應用(yòng)，無法進行産(chǎn)量測量”。井下(xià)浮子流量計(ji)憑借自身結(jie)構設計等方(fang)面的優勢,配(pei)接于産出剖(pōu)面測井儀，上(shàng)，采用傘式集(ji)流器在這些(xiē)油田成功的(de)實現了流量(liang)測量。圖3爲青(qing)海油田X井測(ce)井曲線圖,該(gai)井産量爲53.3m2/d,含(han)砂大約6%。由圖(tu)中井溫及微(wēi)差井溫曲線(xiàn)可以看出,該(gāi)井主産層在(zài)1460m-1510m,結合磁定位(wèi)曲線所示射(she)孔層位及井(jing)溫變化曲線(xian)可定性的判(pàn)斷出四個主(zhǔ)要産層,大緻(zhi)分布在深度(du)爲1470m~1475m，1480m附近，1485~1490m,1495m附近(jìn)，1500m附近開始進(jìn)人死水口。

　　根(gēn)據射孔深度(dù)、井溫曲線波(bo)動,該浮子流(liú)量計的測點(diǎn)深度分别選(xuan)取在1475.4m、1478.9m、1484.6m、1489.1m、1493.6m,相應射(she)孔深度的點(dian)測響應值分(fen)别爲960Hz.947Hz、837Hz、762Hz、646Hz,不同的(de)頻率值對應(yīng)不同的産量(liang),表明浮子流(liú)量計在主産(chan)層工作正常(cháng),能夠實現對(dui)各産層産量(liàng)進行準确測(ce)量,并且測量(liàng)不受限于含(han)砂流體,可以(yi)用于含砂井(jing)的流量測量(liang)。表1是将圖4浮(fú)子流量計測(cè)井頻率響應(yīng)曲線圖中深(shen)度與頻率對(dui)應關系轉化(hua)成深度及流(liú)量對應關系(xì)。選取1500m死水區(qū)頻率爲260Hz(浮子(zi)流量計基值(zhi))作爲基值,其(qi)他測點頻率(lü)響應與之分(fen)别作差頻,根(gen)據方法實驗(yan)結果,找出各(gè)差頻值對應(yīng)的流量,死水(shui)區選0m2/d.
選取表(biao)1中的測點深(shēn)度值爲橫坐(zuò)标，流量作爲(wei)縱坐标，繪制(zhi)浮子流量計(ji)深度-流量測(cè)井曲線(見圖(tu)4)。
4結論
　　井下浮(fú)子流量計流(liu)量測量原理(li)的正确性已(yi)經.由室内及(jí)現場實驗證(zhèng)實,而且青海(hai)油田現場測(cè)量結果表明(míng),該浮子式流(liú)量計的流量(liang)測量下限低(dī),流量測量範(fàn)圍寬,能測量(liàng)含砂流體,特(tè)别适合于井(jing)下流體測量(liàng)。

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