JZL660注水井井下渦街流量測試儀

張文忠陳洪明尤文超

(1.西部鉆探工程有限責(zé)任公司測井公司 新疆克拉瑪依) (2.江漢油田分公司采油工藝研究院 湖北潛江)

JZL660注水井井下渦街流量測試儀

張文忠1陳洪明2尤文超2

(1.西部鉆探工程有限責(zé)任公司測井公司 新疆克拉瑪依) (2.江漢油田分公司采油工藝研究院 湖北潛江)

文章介紹了一種能精確測試注水井各分層流量且無可動部件的流量計——JZL660型注水井井下渦街流量測試儀。簡述其測試工藝、結(jié)構(gòu)及工作原理和現(xiàn)場應(yīng)用情況。

注水井;分層注水;吸水剖面;渦街流量計

0 引 言

油田注水開發(fā)是補(bǔ)充地層能量,實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要手段之一。注水效果的好壞對油井的產(chǎn)量將產(chǎn)生直接的影響。及時準(zhǔn)確地了解、掌握地層的吸水情況,對調(diào)整開發(fā)方案,實(shí)施增產(chǎn)措施具有十分重要的意義。注水井吸水剖面的測試,能夠獲取各層段的吸水能力,據(jù)此采取適當(dāng)?shù)恼{(diào)配措施,選擇改造層位,從而確定合理的配注方案。

目前用于現(xiàn)場的各種儀器存在著或多或少的缺點(diǎn)。渦街流量計屬于最新型的一類流量計,由于其發(fā)展迅速,目前已成為通用的一類流量計。它具有結(jié)構(gòu)簡單牢固、適用流體種類多、精度較高、范圍度寬、壓損小等特點(diǎn)。由江漢油田采油院最新研制的“注水井井下渦街流量測試儀”將會克服現(xiàn)有儀器的一些缺陷,無論是儀器的測試工藝還是儀器的性能指標(biāo)都有較大的提高。

1 儀器結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 渦街傳感器原理[1～3]

在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體,從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的渦街,被稱為卡曼渦街。卡曼渦街形成原理示意圖如圖1所示。根據(jù)渦街出現(xiàn)的頻率測定流量,這種流量計被稱為渦街流量計。其特點(diǎn)是:輸出為脈沖頻率,其頻率與被測流體的實(shí)際體積流量成正比,不受流體組分、密度、壓力、溫度的影響;精度高,線性范圍寬;無可動部件,可靠性高,結(jié)構(gòu)簡單牢固,安裝方便,維護(hù)簡便。

圖1 卡曼渦街形成原理示意圖

單側(cè)旋渦產(chǎn)生的頻率f與流體流速v1之間有如下關(guān)系:

式中,v1為柱體兩側(cè)處的流速;d為柱體迎流面最大寬度;St為斯特勞哈爾數(shù)。

1.2 儀器結(jié)構(gòu)[4]

注水井渦街流量計主要由繩帽、電池筒、處理電路、溫度傳感器、渦街傳感器以及集流定位器等組成。

繩帽用來懸掛儀器下井,它上面設(shè)計有“倒刺”型卡鎖結(jié)構(gòu),以便儀器落井后打撈;電池筒裝有耐高溫電池,為下井儀器電路提供電源。一般選取大容量高溫電池,以滿足儀器長時間工作;下井儀電路主要是完成流量、溫度的自動采集和存儲。所選用的元器件耐溫指標(biāo)都在125℃以上;溫度計采用薄膜鉑電阻作傳感器,它具有檢測電路簡單、靈敏度高以及滯后小的特點(diǎn);集流定位裝置用于儀器的定位、集流測試。配合井下管柱的偏心配水器使用,使儀器卡座在中心工作筒內(nèi),完成注水層段的測試。

1.3 儀器工作原理[4]

測井時,儀器首先下過最下一級偏心配水器,然后上提儀器,當(dāng)儀器經(jīng)過偏心配水器的中心工作筒時,觸動集流定位器的刮舌,定位爪自動打開,然后下放儀器,讓儀器座封在工作筒上,注入該層段以及以下的流體全部流經(jīng)渦街傳感器而得到測量,依照同樣的方法,上提儀器,從下至上依次座封在各級偏心配水器的中心工作筒內(nèi),測得各定位點(diǎn)的流量,儀器起出地面后,經(jīng)計算機(jī)回放出測試結(jié)果。應(yīng)用遞減法,計算出各注入層段的流量。測試工藝原理如圖2所示。

圖2 儀器工作原理圖

井下測量電路主要由流量檢測部分、溫度測量電路、單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲器、通訊電路,復(fù)位電路等幾部分組成。

1.4 儀器技術(shù)指標(biāo)

儀器外徑:Φ38 mm;

流量測試范圍:2 m3/d～300m3/d精度2%;

儀器耐溫:125℃;

儀器耐壓:60 MPa;

餐廚垃圾主要品種是蔬菜、瓜果、肉品等下腳料、剩飯剩菜等食品加工、餐飲服務(wù)、集體供餐產(chǎn)生的食物殘余和廢棄食用油脂。在物質(zhì)不斷豐富的當(dāng)下，生活水平極大的改善，城市餐廚垃圾的產(chǎn)生量也日越增多，約占城市生活垃圾總量的30%-40%。同時易滋長寄生蟲、卵及病原微生物和霉菌毒素等有害物質(zhì)，給人們的生活帶來諸多煩惱和困擾，嚴(yán)重的影響著人們的生活環(huán)境和身心健康。

采樣周期:1～3 600 s任意可調(diào);

數(shù)據(jù)存儲容量:10 000組數(shù)據(jù)。

2 儀器測井軟件簡介

測試軟件含現(xiàn)場測井及解釋兩部分功能。軟件界面分標(biāo)定和測試兩部分。標(biāo)定部分主要包含標(biāo)定初始化、標(biāo)定數(shù)據(jù)接收、標(biāo)定原始數(shù)據(jù)、繪制流量模板、編輯流量模板等功能。測試部分主要包含測量初始化、測量數(shù)據(jù)接收、測量原始數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)回放、測量結(jié)果等功能。界面簡潔明了直觀,易操作。

3 應(yīng)用實(shí)例

儀器的集流裝置有很大的創(chuàng)新,與常規(guī)的不同。儀器在下井過程中集流器皮碗呈收攏狀態(tài),避免了起下過程中皮碗的易磨損以及儀器遇阻情況的發(fā)生。在偏心配水器位置座封時,加快儀器的下放速度,使皮碗受力壓縮張開從而封隔偏心配水器的中心工作筒。我們通過測試過程和測試資料分析兩個部分進(jìn)行實(shí)際測試的詳細(xì)描述。

3.1 測試過程

注水井井下渦街流量測試儀采用集流方式,由下至上逐層卡點(diǎn)測試工藝。Z5-25井為一級封隔器二層注水管柱結(jié)構(gòu),儀器下過最深一層偏心配水器(Pn)后緩緩提升鋼絲,將儀器再次上提過Pn,當(dāng)儀器通過Pn的中心工作筒時,觸動定位刮舌,帶動凸輪旋轉(zhuǎn),打開定位爪后,繼續(xù)上提儀器30 m左右。再快速下放儀器“下蹬”,利用定位爪使儀器定位在偏心配水器中,集流橡膠皮碗正好在中心工作筒內(nèi)擴(kuò)張進(jìn)行密封集流,使注入Pn層段以及以下層段的注入水全部通過儀器傳感器。觀察采樣延時時間,等待延時過后,井下電路開始采樣工作,測取流量數(shù)據(jù)Qn,此時,記錄下儀器坐封集流和起出的時間Tn、Tn′。在Pn處延時測量10～15分鐘以后,提升儀器,起過Pn-1偏心配水器,然后再下放儀器,與測Qn同樣的道理,讓儀器坐封在Pn-1偏心配水器中測取流量數(shù)據(jù)Qn-1,并記錄下儀器坐封集流和起出的時間Tn-1、Tn-1′。用同樣的方法,依次再測量Pn-2、,Pn-3,…,P1的各流量值Qn-2、Qn-3…Q1,并記錄好各層段的測量時間Tn-2、Tn-2′,Tn-3、Tn-3′,…,T1,T1′。待測試完P(guān)1偏心配水器后,從井中起出儀器,卸下電池,記錄好儀器斷電時間T。測量過程中,如果需要測取地層的吸水指數(shù),則應(yīng)改變注水壓力,測量測點(diǎn)的流量,并記錄相應(yīng)的變化過程及時間,以便用測井資料的解釋來獲取地層吸水指數(shù)數(shù)據(jù)。

測試完畢后則是進(jìn)行測井資料繪解工作。測井軟件將會自動解釋出各測點(diǎn)的流量、溫度值。再應(yīng)用遞減法計算出每個偏心配水器的地層吸水量。最后,處理打印解釋成果報告。

3.2 測試資料分析

圖3為Z5-25井測試原始曲線,Z5-25井為一級封隔器二層注水管柱結(jié)構(gòu),層段1 845.0 m～1 867.4 m處為324、325層,該偏心配水器的堵塞器水嘴為死嘴;層段1 876.2 m～1 990.2 m處為326、7、332、3、4、5、6、7層,偏心配水器的堵塞器水嘴為Φ4.5 mm。

圖3 Z5-25井測試曲線

表1為Z5-25井的解釋成果。全井配注量51 m3/d,配水器(p1)為死嘴,不吸水,實(shí)測偏心配水器(p2)吸水量為50.5 m3/d,誤差1%。測得該井的吸水指數(shù)為9.38 m3/d·MPa,也即p2的吸水指數(shù),該值較大,說明地層的吸水能力較強(qiáng)。該數(shù)據(jù)對調(diào)整注水方案具有指導(dǎo)意義。

表1 Z5-25井測試成果

圖4為該井的吸水指數(shù)曲線,它是一條直線,注水量與注水壓力呈線性關(guān)系,隨著注水壓力的增加注水量加大。

圖4 吸水指數(shù)曲線圖

4 結(jié)論及建議

注水井渦街分層流量測試儀較好地解決了分層注水井的吸水剖面測試問題,測井軟件界面直觀、簡潔,解釋方法準(zhǔn)確、可靠、方便。儀器下井成功率100%,能滿足流量、溫度等注水井測井要求。現(xiàn)場測試后儀器的清洗簡單,維護(hù)、檢修工作量很小,易于推廣使用。實(shí)踐證明,渦街流量計是最新型且具有發(fā)展前景的流量計,隨著研究的不斷深入,其應(yīng)用將會越來越廣,該類儀器必將成為注水井流量測試技術(shù)的發(fā)展趨勢。與其它注水井流量測試儀相比,具有以下創(chuàng)新點(diǎn):

1)儀器性能穩(wěn)定,可靠性好,測試成功率高:該儀器不含可動部件,解決了渦輪流量計易卡堵的問題。且儀器具有長期穩(wěn)定工作的特性,克服了其它類型儀器因性能不穩(wěn)反復(fù)標(biāo)定的麻煩。

2)可“收縮、擴(kuò)張”式集流裝置設(shè)計,很好地解決了儀器起下過程中集流器皮碗摩擦易損壞以及坐封時難密封的問題。

3)采取可“移動存儲器”的“便攜式”方式設(shè)計(兩節(jié)五號電池大小),數(shù)據(jù)盤通過數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)儀器測量數(shù)據(jù)與計算機(jī)之間的轉(zhuǎn)移,可隨身攜帶,以利于測井解釋,回放測試數(shù)據(jù)時不必再拿著整支儀器。

由于該油田采取污水回注,地層水氯離子含量高,因而測井過程中仍然存在一定的鹽蝕問題。儀器的材質(zhì)應(yīng)進(jìn)一步提高,今后應(yīng)改用質(zhì)量更好的不銹鋼,以提高儀器的防腐蝕能力。另外,應(yīng)擴(kuò)大現(xiàn)場應(yīng)用范圍,使科研成果盡快轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,使之成為注水測試領(lǐng)域的佼佼者。

[1] 程 達(dá).流量計結(jié)構(gòu)、使用維修和檢定.中國石油天然氣管道局,1992(資料)

[2] 蘇文平.電子電路應(yīng)用實(shí)例精選[M].北京:航空航天大學(xué)出版社,2000

[3] 戴昌輝.流體流動測量[M].北京:航空工業(yè)出版社,1991

[4] 朱德祥.流量儀表原理和應(yīng)用[M].南京:華東化工學(xué)院出版社,1992

PI,2010,24(6):14～16

The paper introduces JZL660,a downhole vortex shedding flow meter without any movable component,which can be used to precisely measure separate layer flow rate for the water injection well.The configuration,work mechanism and testing technology of the flow meter are presented as well.

Key words:injection well;stratified water;injection profile;vortex flow meter

Chen Hongming and You Wenchao.JZL660 vortex shedding flow meter of water injection well.

Zhang Wenzhong,

P631.8+1

B

1004-9134(2010)06-0014-03

張文忠,男,1968年生,工程師,2003年7月畢業(yè)于西南石油學(xué)院算機(jī)應(yīng)用與維護(hù)專業(yè),2007年1月畢業(yè)于長江大學(xué)勘察技術(shù)與工程專業(yè),函授本科,目前在西部鉆探工程有限公司測井公司測井六分公司工作。郵編:834000

2010-09-25編輯:姜 婷)