可調堵塞器水嘴開度可視化研究

張文華

（中石油大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司第九大隊，黑龍江 大慶 163853）

邊測邊調技術通過電纜通信將地面控制器與井下可調堵塞器有效聯接，實現實時通訊［1］。通過地面控制，實現了儀器一次下井完成全井測調的功能［2］。經過幾年的研究改進，這一技術已經基本成型，在油田的推廣試驗中也取得了較好的應用效果。但邊測邊調技術的井下堵塞器［3］，在經過多次調節之后，無法獲知井下堵塞器開度到底是多大，這就為后續的測調帶來了很大的麻煩。而一旦誤操作，就會影響到整口井的測調速度。要使測調更有目的性，效率更高，需要解決2個問題:一是要確保測調儀的調節臂與井下堵塞器完全對接，二是實現對水嘴開度的實時監測。為此，筆者通過對水嘴調節過程中水嘴開度變化的分析，利用相應的計算機語言編程實現了井下堵塞器水嘴開度調節過程的地面可視化，進一步提高了注水井測調效率。

1 數學建模及軟件編程

1.1 數學建模

圖1所示為目前常用的可調堵塞器孔口形狀平面圖。從圖1可以看出，整個孔口可以分為2部分，上半部分的矩形和下半部分的三角形，所以函數關系計算是分段函數。

首先計算水嘴正調過程的數學函數關系式。令矩形部分橫向長度為a，縱向長度為b，三角形頂角一半為α，假設經過時間t后，孔口開到x位置，可以計算出如下的函數關系式:

圖1 堵塞器孔口形狀平面圖

式中，A為孔口開度面積。

為了建立孔口面積與時間t的函數關系，令:

將式 （2）帶入式 （1），整理得:

式中，n為調節桿轉速，r／s；P為調節桿螺距，mm；T為調節時間，s。

為了更適應傳統測調方法對水嘴大小的認知，將面積A轉換成直徑表示:

將式 （4）帶入式 （3），整理得:

式中，d為水嘴直徑，mm。

1.2 軟件編程

解決了計算函數的數學建模之后，下一步的工作就是利用計算機語言編程，使函數程序化、軟件化。結合現在使用的地面控制器軟件編制所使用的計算機語言，軟件采用delphi編程。

圖2所示為利用delphi編程得到的水嘴開度計算軟件界面。為了使函數運算更為精確，在開始運行計算函數之前應該將相對應的可調堵塞器的參數輸入到軟件內。另外，在每次計算之前，都要輸入上次測調之后該層的水嘴開度d值，根據d值會計算出一個相應的時間t。此次調整水嘴就是在時間t的基礎上，加上此次調整水嘴的時間來計算調整之后水嘴開度增加或減小到多少，將最后的調整結果顯示在“水嘴開度”框內。

以現在使用的西安斯坦生產的可調堵塞器為例，其各項參數值為a＝5.8mm、b＝10mm、α＝30°、n＝0.067r／s、p＝2mm，將d值預設為5.0mm （假設上次調整之后的水嘴開度為5.0mm），將各項參數輸入到軟件內，如圖3（a）所示，點擊正調按鈕，軟件首先將d＝5.0mm對應的t值計算出來，計算結果為t＝44.0s，然后在這個時間t的基礎上開始增大水嘴，如圖3（b）所示，當t值增大到45.51s時，也就是正調了1.51s，此時點擊 “停止”按鈕，“水嘴開度”框內顯示此時的水嘴開度為5.171mm。由此可見，通過軟件就可以隨時在地面清楚的知道井下水嘴開度程度，從而使測調工作更加有序高效。

圖2 水嘴開度計算軟件界面

圖3 軟件計算過程演示

2 對接研究

有了正確的水嘴開度變化函數和正確的程序，并不一定就能實現地面正確顯示井下水嘴變化情況，還需要一個基本前提就是確保測調儀的機械臂與井下可調堵塞器的完全對接。

圖4所示為機械臂與堵塞器對接情況示意圖。因為邊測邊調技術是利用電纜通信，所以考慮在測調儀機械臂內加裝限位開關，并在地面控制器上安裝與限位開關通信的指示燈。如圖4（a）所示，只要2者沒有完全對接，可調堵塞器的打撈頭就無法接觸到機械臂內的限位開關，這時限位開關就不能向地面傳輸指令，地面操作器的對接指示燈就不亮，那么地面操作人員就可以上提儀器，重新下坐，直到2者完全對接。如果機械臂與堵塞器完全對接了，如圖4（b）所示，則可調堵塞器的打撈頭就會將限位開關的觸點按下，限位開關就會向地面發出信號，地面控制器上的對接指示燈顯示亮的狀態，這時現場操作人員就可以確認井下測調儀與可調堵塞器完全對接，從而開展后續的調整水嘴開度的工作。

3 應用效果

為了更好的驗證水嘴開度可視化的應用效果，在第九采油廠所屬的L37－20井和 T48－16井進行了現場試驗，T48－16井與L37－20井水嘴調節對比情況如表1所示。

T48－16井在第1次使用邊測邊調技術測調時，只根據檢配卡片的分水情況，放大偏Ⅰ，縮小偏Ⅱ，就達到了設計配注要求，但經過多次放大與縮小操作后，最終偏Ⅰ和偏Ⅱ的水嘴開度大小完全未知。在第2次測調時，經過多次調節耗時4h才最終達到設計配注要求。該井只有2個配注層段，如果配注層段多，完全盲目的調整各個層段的水嘴，就會給測調工作帶來了更大的麻煩。

L37－20井在第1次測調的過程中使用了筆者編寫的軟件，在調整各層段吸水合格之后，清楚的計算出偏Ⅰ和偏Ⅳ最終的大小情況，如表1。在第2次對該井進行測調的時候，根據檢配卡片的情況以及上次調后水嘴開度的情況，直接選擇了縮小偏Ⅳ，通過軟件跟蹤計算偏Ⅳ水嘴減小的情況，只進行了2次縮小調整，就滿足了設計配注要求，整個調出合格層共用了不到2h，大大提高了測調效率。

圖4 機械臂與堵塞器對接情況示意圖

表1 T48－16與L37－20水嘴調節對比情況

4 結論與建議

1）通過數學建模與delphi編程，可以實現井下堵塞器水嘴開度大小在地面的直觀顯示，解決了邊測邊調技術在推廣應用中的一個技術難題，為邊測邊調的推廣提供了強力的保障，同時也為該技術與其它測調技術的融合打下了堅實的基礎。

2）測調儀機械臂中加裝限位開關可以為地面操作人員提供直觀的井下儀器對接情況，確保了堵塞器開度地面顯示的準確性。

3）下一步工作是將水嘴調節程序與現行的地面控制器軟件有機統一，以便于在使用過程中更方便、快捷、準確。

［1］陳彥杰 .邊測邊調測試技術現場應用及評價 ［J］.科技與生活，2011（13）:154.

［2］徐廣天，朱忠慶，張傳軍，等 .注水井高效測調技術的開發與應用 ［J］.石油科技論壇，2010（6）:28－32.

［3］張秋平 .邊測邊調井下流量計檢定影響因素 ［J］.石油化工應用，2012（6）:42－50.