可調(diào)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(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司第九大隊(duì)，黑龍江 大慶 163853）

邊測(cè)邊調(diào)技術(shù)通過電纜通信將地面控制器與井下可調(diào)堵塞器有效聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊［1］。通過地面控制，實(shí)現(xiàn)了儀器一次下井完成全井測(cè)調(diào)的功能［2］。經(jīng)過幾年的研究改進(jìn)，這一技術(shù)已經(jīng)基本成型，在油田的推廣試驗(yàn)中也取得了較好的應(yīng)用效果。但邊測(cè)邊調(diào)技術(shù)的井下堵塞器［3］，在經(jīng)過多次調(diào)節(jié)之后，無法獲知井下堵塞器開度到底是多大，這就為后續(xù)的測(cè)調(diào)帶來了很大的麻煩。而一旦誤操作，就會(huì)影響到整口井的測(cè)調(diào)速度。要使測(cè)調(diào)更有目的性，效率更高，需要解決2個(gè)問題:一是要確保測(cè)調(diào)儀的調(diào)節(jié)臂與井下堵塞器完全對(duì)接，二是實(shí)現(xiàn)對(duì)水嘴開度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。為此，筆者通過對(duì)水嘴調(diào)節(jié)過程中水嘴開度變化的分析，利用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)了井下堵塞器水嘴開度調(diào)節(jié)過程的地面可視化，進(jìn)一步提高了注水井測(cè)調(diào)效率。

1 數(shù)學(xué)建模及軟件編程

1.1 數(shù)學(xué)建模

圖1所示為目前常用的可調(diào)堵塞器孔口形狀平面圖。從圖1可以看出，整個(gè)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(shù)關(guān)系計(jì)算是分段函數(shù)。

首先計(jì)算水嘴正調(diào)過程的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系式。令矩形部分橫向長(zhǎng)度為a，縱向長(zhǎng)度為b，三角形頂角一半為α，假設(shè)經(jīng)過時(shí)間t后，孔口開到x位置，可以計(jì)算出如下的函數(shù)關(guān)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(shí)間t的函數(shù)關(guān)系，令:

將式 （2）帶入式 （1），整理得:

式中，n為調(diào)節(jié)桿轉(zhuǎn)速，r／s；P為調(diào)節(jié)桿螺距，mm；T為調(diào)節(jié)時(shí)間，s。

為了更適應(yīng)傳統(tǒng)測(cè)調(diào)方法對(duì)水嘴大小的認(rèn)知，將面積A轉(zhuǎn)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(jì)算函數(shù)的數(shù)學(xué)建模之后，下一步的工作就是利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程，使函數(shù)程序化、軟件化。結(jié)合現(xiàn)在使用的地面控制器軟件編制所使用的計(jì)算機(jī)語(yǔ)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(jì)算軟件界面。為了使函數(shù)運(yùn)算更為精確，在開始運(yùn)行計(jì)算函數(shù)之前應(yīng)該將相對(duì)應(yīng)的可調(diào)堵塞器的參數(shù)輸入到軟件內(nèi)。另外，在每次計(jì)算之前，都要輸入上次測(cè)調(diào)之后該層的水嘴開度d值，根據(jù)d值會(huì)計(jì)算出一個(gè)相應(yīng)的時(shí)間t。此次調(diào)整水嘴就是在時(shí)間t的基礎(chǔ)上，加上此次調(diào)整水嘴的時(shí)間來計(jì)算調(diào)整之后水嘴開度增加或減小到多少，將最后的調(diào)整結(jié)果顯示在“水嘴開度”框內(nèi)。

以現(xiàn)在使用的西安斯坦生產(chǎn)的可調(diào)堵塞器為例，其各項(xiàng)參數(shù)值為a＝5.8mm、b＝10mm、α＝30°、n＝0.067r／s、p＝2mm，將d值預(yù)設(shè)為5.0mm （假設(shè)上次調(diào)整之后的水嘴開度為5.0mm），將各項(xiàng)參數(shù)輸入到軟件內(nèi)，如圖3（a）所示，點(diǎn)擊正調(diào)按鈕，軟件首先將d＝5.0mm對(duì)應(yīng)的t值計(jì)算出來，計(jì)算結(jié)果為t＝44.0s，然后在這個(gè)時(shí)間t的基礎(chǔ)上開始增大水嘴，如圖3（b）所示，當(dāng)t值增大到45.51s時(shí)，也就是正調(diào)了1.51s，此時(shí)點(diǎn)擊 “停止”按鈕，“水嘴開度”框內(nèi)顯示此時(shí)的水嘴開度為5.171mm。由此可見，通過軟件就可以隨時(shí)在地面清楚的知道井下水嘴開度程度，從而使測(cè)調(diào)工作更加有序高效。

圖2 水嘴開度計(jì)算軟件界面

圖3 軟件計(jì)算過程演示

2 對(duì)接研究

有了正確的水嘴開度變化函數(shù)和正確的程序，并不一定就能實(shí)現(xiàn)地面正確顯示井下水嘴變化情況，還需要一個(gè)基本前提就是確保測(cè)調(diào)儀的機(jī)械臂與井下可調(diào)堵塞器的完全對(duì)接。

圖4所示為機(jī)械臂與堵塞器對(duì)接情況示意圖。因?yàn)檫厹y(cè)邊調(diào)技術(shù)是利用電纜通信，所以考慮在測(cè)調(diào)儀機(jī)械臂內(nèi)加裝限位開關(guān)，并在地面控制器上安裝與限位開關(guān)通信的指示燈。如圖4（a）所示，只要2者沒有完全對(duì)接，可調(diào)堵塞器的打撈頭就無法接觸到機(jī)械臂內(nèi)的限位開關(guān)，這時(shí)限位開關(guān)就不能向地面?zhèn)鬏斨噶?，地面操作器的?duì)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(duì)接。如果機(jī)械臂與堵塞器完全對(duì)接了，如圖4（b）所示，則可調(diào)堵塞器的打撈頭就會(huì)將限位開關(guān)的觸點(diǎn)按下，限位開關(guān)就會(huì)向地面發(fā)出信號(hào)，地面控制器上的對(duì)接指示燈顯示亮的狀態(tài)，這時(shí)現(xiàn)場(chǎng)操作人員就可以確認(rèn)井下測(cè)調(diào)儀與可調(diào)堵塞器完全對(duì)接，從而開展后續(xù)的調(diào)整水嘴開度的工作。

3 應(yīng)用效果

為了更好的驗(yàn)證水嘴開度可視化的應(yīng)用效果，在第九采油廠所屬的L37－20井和 T48－16井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，T48－16井與L37－20井水嘴調(diào)節(jié)對(duì)比情況如表1所示。

T48－16井在第1次使用邊測(cè)邊調(diào)技術(shù)測(cè)調(diào)時(shí)，只根據(jù)檢配卡片的分水情況，放大偏Ⅰ，縮小偏Ⅱ，就達(dá)到了設(shè)計(jì)配注要求，但經(jīng)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(cè)調(diào)時(shí)，經(jīng)過多次調(diào)節(jié)耗時(shí)4h才最終達(dá)到設(shè)計(jì)配注要求。該井只有2個(gè)配注層段，如果配注層段多，完全盲目的調(diào)整各個(gè)層段的水嘴，就會(huì)給測(cè)調(diào)工作帶來了更大的麻煩。

L37－20井在第1次測(cè)調(diào)的過程中使用了筆者編寫的軟件，在調(diào)整各層段吸水合格之后，清楚的計(jì)算出偏Ⅰ和偏Ⅳ最終的大小情況，如表1。在第2次對(duì)該井進(jìn)行測(cè)調(diào)的時(shí)候，根據(jù)檢配卡片的情況以及上次調(diào)后水嘴開度的情況，直接選擇了縮小偏Ⅳ，通過軟件跟蹤計(jì)算偏Ⅳ水嘴減小的情況，只進(jìn)行了2次縮小調(diào)整，就滿足了設(shè)計(jì)配注要求，整個(gè)調(diào)出合格層共用了不到2h，大大提高了測(cè)調(diào)效率。

圖4 機(jī)械臂與堵塞器對(duì)接情況示意圖

表1 T48－16與L37－20水嘴調(diào)節(jié)對(duì)比情況

4 結(jié)論與建議

1）通過數(shù)學(xué)建模與delphi編程，可以實(shí)現(xiàn)井下堵塞器水嘴開度大小在地面的直觀顯示，解決了邊測(cè)邊調(diào)技術(shù)在推廣應(yīng)用中的一個(gè)技術(shù)難題，為邊測(cè)邊調(diào)的推廣提供了強(qiáng)力的保障，同時(shí)也為該技術(shù)與其它測(cè)調(diào)技術(shù)的融合打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2）測(cè)調(diào)儀機(jī)械臂中加裝限位開關(guān)可以為地面操作人員提供直觀的井下儀器對(duì)接情況，確保了堵塞器開度地面顯示的準(zhǔn)確性。

3）下一步工作是將水嘴調(diào)節(jié)程序與現(xiàn)行的地面控制器軟件有機(jī)統(tǒng)一，以便于在使用過程中更方便、快捷、準(zhǔn)確。

［1］陳彥杰 .邊測(cè)邊調(diào)測(cè)試技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及評(píng)價(jià) ［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(cè)調(diào)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用 ［J］.石油科技論壇，2010（6）:28－32.

［3］張秋平 .邊測(cè)邊調(diào)井下流量計(jì)檢定影響因素 ［J］.石油化工應(yīng)用，2012（6）:42－50.