邊測邊調井下流量計校準裝置模擬井筒標準化的探討

2014-10-31 03:23:46張秋平

石油工業技術監督 2014年7期

張秋平

中國石油大慶油田測試技術服務分公司（黑龍江大慶 163513）

隨著中國石油大慶油田開采進入中后期，注水效果的好壞直接影響到石油開采的效果，注水方案能否實施是由水井測試調配工作是否及時、準確、有效決定的。為了提高注水井調配的效率，2003年貴州某公司與大慶油田有限責任公司第三采油廠進行研發，將試井工藝與生產測井工藝相結合，把生產測井中的電纜傳輸、井下直讀儀器、地面采集系統工藝應用到試井井下存儲儀器當中，進行試井分層流量調配。經過先后的初級版（2003年）、第二代（2008年）、完善版（2010年），使得分層流量調配勞動強度大大降低，一次測調成功率達到90%。目前邊測邊調井下流量計[1]被廣泛應用于注水井調剖，怎樣對其進行校準而實現量值傳遞，如何制定檢定規程亟待解決。邊測邊調井下流量計模擬井的建立可以實現邊測邊調井下流量計校準。大慶油田測試技術服務分公司五大隊在國內首先建立邊測邊調井下流量計模擬井，進行校準試驗，以制定校準規程，實現周期校準[2]。文中重點對邊測邊調井下流量計模擬井筒井身結構進行分析和探討。

1 邊測邊調模擬井筒的井身結構分析

根據邊測邊調井下流量計的現場應用和其技術參數，需要提供以下主要校準設備：流量計檢定[3]裝置、壓力檢定[4]裝置、溫度檢定[5]裝置。重點探討邊測邊調井下流量計模擬井筒井身結構。

目前建成的邊測邊調井下流量計模擬井筒井身結構如圖1所示。模擬井筒油管內徑近似為63.5mm，水嘴距離井口1.75m，井深3.8m，進液口1個，進液口距井口100mm，出液口3個，1個位于井底油管尾部、2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，實現測試上下流量；當1開→2關→3關→4開時，實現測試上流量；當1開→2開→3開→4關時實現測試下流量。

圖1 邊測邊調井下流量計模擬井筒井身結構示意圖

2 流量校準設備

2.1 參考文獻調研結果

[6]中表明“流量計的測量段一般應距離井口為注水井管道內徑的30倍以上，測量段距離出水口應不小于15倍。如果條件允許，模擬井的深度越深越好”。

2.2 現場試驗結果

經反復試驗表明，進液口距離測量井段越深越好，進液口到儀器上端距離0.39m時標檢示值誤差為1.01%，1m時為 0.62%，2m時為 0.43%，2.5m時為0.39%（表1），結果表明進液口距離測量井段越深越好，同時結果表明30倍和40倍檢定結果示值誤差非常接近。

2.3 理論分析

模擬井筒井深結構主要控制流態的轉化和流態的穩定性。流態轉化主要依據雷諾數來計算，經過計算，該模擬井大多情況下流態為紊流。研究表明流態的穩定距離符合經驗公式（1）和（2）。式（1）為層流穩定距離經驗公式；式（2）為紊流穩定距離經驗公式。以儀器在油管中為例，當流量為28.1m3/d時，雷諾數取2 000，水從井口進液口進入模擬井筒需要3.556m的距離才能穩定；實際應用中大多數情況流態為紊流，理論上40倍最好，這里取30倍。

式中：l為穩定距離，m；D為管道直徑,mm。

綜上所述，目前建成的模擬井筒不能同時進行吊測和坐測校準，同時進行吊測和坐測校準，模擬井筒以30倍計算至少為7.7m（不考慮層流）。

2.4 流量校準設備滿足的條件

考慮到壓力和溫度參數及水嘴功能測試，校準設備應滿足以下條件：流量計檢定裝置，準確度等級應優于被校測調儀準確度等級的2～3倍，流量裝置具有系統恒壓功能，最大恒定壓力不小于2MPa；模擬井內應裝有水井配水器，上、下游直管段應大于管徑的30倍，在下游應有背壓段，確保管路中的介質流態穩定。模擬井筒內徑應與測調儀工作筒內徑相同；模擬井內介質應為單相清潔穩定的液體，介質中無氣泡，介質溫度保持在(15±10)℃范圍內。

表1 不同深度校準數據m3/d

3 關于坐測位置上提0.3m進行吊測校準可行性探討

3.1 實驗簡介

實驗選取LTZ-200型（單流量）超聲波流量計1支，編號:STC0240；電磁邊測邊調井下流量計2支，編號11-1140和11-11080。流量準確度等級均為2%，流量范圍均為0～300m3/d。實驗過程：首先在邊測邊調井下流量計模擬井筒中進行坐測標定，坐測和坐測支路（上流量）示值檢定；坐測位置上提0.3m吊測標定，0.3m吊測檢定(距離進液口0.7m)；更換到標準模擬井筒（光桿）標定（距離進液口1.5m）和光桿檢定，同時調取0.3m刻度方程光桿吊測檢定。

3.2 實驗數據分析

圖2為STC0240的標定曲線，從圖2上明顯地看出坐測標定方程、上提0.3m標定方程、光桿標定方程在流量大于50m3/d時沒有重合，坐測和坐測位置上提0.3m標定方程趨于接近，這是因為單流量的傳感器坐測時距離配水器工作筒上端28cm，上提0.3m為58cm，而流態穩定距離從1m縮短到0.7m，根據紊流穩定距離經驗公式（2）可知，影響不大。而流量小于50m3/d時基本重合，3條直線基本重合，主要原因是這一流量范圍內流態屬于層流。而上提0.3m標定方程和光桿吊測標定方程在流量大于50m3/d時相差很大，認為主要是由于配水器工作筒局部阻力損失造成，流道面積突然縮小造成的，其次為流態穩定距離。所以坐測位置上提0.3m進行吊測是不行的。為了驗證這一結果，在光桿模擬井筒調取上提0.3m的刻度方程模擬現場儀器吊測進行測試（檢定），從檢定數據可知坐測位置上提0.3m進行吊測校準超聲波邊測邊調井下流量計最大引用誤差達到-9.91%。同時將上提0.3m吊測和光桿吊測的刻度方程讓采油廠測試班組在現場進行吊測驗證，流量小于50m3/d時，測試結果基本接近，但是流量大于50m3/d時，光桿吊測刻度更為準確，井口水表顯示100m3/d時,光桿吊測刻度測試結果為101m3/d，上提0.3m的吊測刻度方程測試結果為85m3/d。綜上所述，坐測位置上提0.3m進行吊測校準超聲波井下邊測邊調井下流量計是不可以的。

圖2 STC0240標定曲線

圖3、圖4為11-11080儀器的標定曲線。從圖3、圖4上可以明顯地看出，上流量的光桿吊測標定方程和上提0.3m吊測標定方程基本重合，坐測標定方程與它們不重合，但三者在流量小于50m3/d時基本重合；而下流量的三者在流量大于20m3/d時完全不重合，主要因為局部阻力損失造成，坐測時，下流量距離工作筒29.5cm，上提0.3m剛好進入工作筒，而光桿吊測沒有工作筒。所以針對電磁邊測邊調井下流量計，上流量可以再坐測位置上提0.3m進行標定校準，但是下流量不可以，同時檢定數據也說明了這一結果。為了驗證，用11-1140得到了同樣結論（圖 5、圖 6）。