不同注入量下Sondex全井眼渦輪流量計(jì)類型選擇

(中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探解釋研究中心 北京 100101)

0 引 言

Sondex全井眼渦輪流量計(jì)有多種類型，在油田注入產(chǎn)出剖面測(cè)量時(shí)常常慣性地選用某種類型。在一般情況下該種流量計(jì)可能工作得很好，但當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí)，測(cè)得的數(shù)據(jù)就沒(méi)有那么好，甚至可能是無(wú)效數(shù)據(jù)。本文列舉了Sondex全井眼渦輪流量計(jì)的性能指標(biāo)，并通過(guò)一個(gè)很有啟發(fā)性的注入剖面測(cè)井實(shí)例，說(shuō)明了儀器類型選擇和測(cè)前設(shè)計(jì)的重要性。

1 儀器介紹

Sondex全井眼渦輪流量計(jì)利用液體流動(dòng)推動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)進(jìn)行測(cè)量,所測(cè)曲線單位為rps(轉(zhuǎn)每秒)。利用HALL效應(yīng)，旋轉(zhuǎn)被檢測(cè)到，每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生10個(gè)脈沖信號(hào)，分辨率為0.1 rps。 測(cè)量值進(jìn)而可以轉(zhuǎn)換為流速[1]。儀器外徑比較細(xì)，有1～11/16 in(1 in=2.54cm)和1～1/2 in兩種，可以收攏起來(lái)進(jìn)出油管，然后在套管里打開(kāi)進(jìn)行測(cè)量(見(jiàn)圖1)。可以測(cè)量氣體、液體上行流動(dòng)和下行流動(dòng)[2]。

全井眼渦輪流量計(jì)渦輪葉片占井眼的面積大，所以流速測(cè)量精度比較高，流速的測(cè)量范圍也比較寬，啟動(dòng)門檻速度低。測(cè)量上限能達(dá)到500 ft/min(1ft=0.304 8 m)，精度能達(dá)到正負(fù)2 ft/min，分辨率為0.1 rps，水中啟動(dòng)門檻速度為1.7～2.5 ft/min[3]。

圖1 Sondex全井眼渦輪流量計(jì)進(jìn)出油管示意圖

2 應(yīng)用實(shí)例

X-30是一口注水井，測(cè)量段位于外徑為7 in，內(nèi)徑為6.366 in的套管中，共有6個(gè)射孔層段，分布于1 251.5～1 316.5 m之間。測(cè)井目的是想搞清楚各射孔層段的吸水量多少，得到注入剖面，從而為油田優(yōu)化注采提供依據(jù)。

流量測(cè)量使用的Sondex全井眼渦輪流量計(jì)為CFBM-028 (Caged Full Bore Flowmeter)，測(cè)量分為上測(cè)，下測(cè)各5趟，測(cè)速為10, 15, 20, 25, 30 m/min。測(cè)得的原始曲線如圖2所示。流量曲線的曲線名為CFB，單位為rps。

圖2 X-30測(cè)井曲線圖

容易發(fā)現(xiàn)，第4道(CFB道)中，在第1、第4、第5射孔段，CFB流量曲線均出現(xiàn)臺(tái)階狀變化，反映吸水;在第2、第3、第6射孔段，CFB流量曲線沒(méi)有明顯的臺(tái)階狀變化，反映吸水不多或者不吸。還有一個(gè)現(xiàn)象值得注意，在第1個(gè)射孔段以上(1 251.5m以上)，上測(cè)5趟的CFB流量曲線重疊在一起。這5趟CFB流量曲線對(duì)應(yīng)的是不同的上測(cè)速度，重疊在一起是不應(yīng)該的。同時(shí)對(duì)CFB曲線進(jìn)行刻度計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)，1 251.5 m之上刻度段對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)明顯異常(見(jiàn)圖3中虛線圈中的點(diǎn))，其線性關(guān)系明顯與一般理論規(guī)律[2]違背，與其他幾組刻度段數(shù)據(jù)的趨勢(shì)也完全不同。因而后續(xù)計(jì)算時(shí)，1 251.5 m之上這些上測(cè)時(shí)的異常數(shù)據(jù)點(diǎn)只能排除在外，不能參與計(jì)算。

圖3 X-30 CFB刻度圖

因?yàn)楫惓＞l(fā)生在上測(cè)時(shí)，而且位置均為所有射孔段之上儀器處于總注水的沖擊下，因而懷疑在上測(cè)時(shí)，由于儀器與注入水相對(duì)速度過(guò)大，導(dǎo)致葉片受力超過(guò)極限發(fā)生收攏，測(cè)量值不正常。

后來(lái)查閱了文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)渦輪其實(shí)可以進(jìn)一步細(xì)分為測(cè)向上流動(dòng)的渦輪葉片(upflow spinner)的和測(cè)向下流動(dòng)的渦輪葉片(downflow spinner的)[3]。兩種葉片對(duì)上、下流量都可以同時(shí)測(cè)量，但因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不一樣，上測(cè)、下測(cè)方面各有側(cè)重。測(cè)向上流動(dòng)的葉片，也就是本井中使用的渦輪流量計(jì)葉片類型，主要適用于測(cè)向上的流動(dòng)，儀器手冊(cè)中標(biāo)稱的7 in套管中能測(cè)量的最大流量是28 250 bbl/d(1 bbl =0.028 316 8 m3)。但這里所說(shuō)的最大測(cè)量流量是針對(duì)向上的流量說(shuō)的；如果是注水井，水流方向向下，則儀器所能工作的流量上限應(yīng)該遠(yuǎn)低于28 250 bbl/d。也就是說(shuō)，當(dāng)水流方向向下時(shí)，使用這種葉片，儀器只會(huì)在較小范圍內(nèi)正常工作。

后來(lái)在另一份材料上找到，Sondex廠家建議在向下流動(dòng)速度超過(guò)240 ft/min時(shí)就使用測(cè)向下流動(dòng)的渦輪葉片(downflow spinner)[4]。本井地面計(jì)量的總注入量大約為11 000 bbl/d，對(duì)應(yīng)流速約為193.6 ft/min。又考慮到注入水和電纜之間的相對(duì)速度，上測(cè)時(shí)電纜運(yùn)動(dòng)方向和注入水流動(dòng)方向相反，相對(duì)速度要大于注入水流速；下測(cè)時(shí)電纜運(yùn)動(dòng)方向和注入水流動(dòng)方向相同，相對(duì)速度要小于注入水流速。

上測(cè)時(shí)，1 251.5 m以上渦輪被總的注入水所沖擊，相對(duì)速度與廠家建議的向下流動(dòng)的流速極限很接近，所以出現(xiàn)了CFB曲線異常。

下測(cè)時(shí)相對(duì)速度比較小，所以CFB曲線沒(méi)有出現(xiàn)如上測(cè)時(shí)的異常。

因而本井在1 251.5m以上，上測(cè)曲線為無(wú)效數(shù)據(jù)，浪費(fèi)了測(cè)井時(shí)間。如果能測(cè)前了解清楚注入量的大小，做好測(cè)井設(shè)計(jì)，測(cè)速上加以優(yōu)化或者直接采用測(cè)向下流動(dòng)的渦輪(downflow spinner)，將會(huì)保證測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的有效性和質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

為了高效、高質(zhì)量地進(jìn)行注入剖面測(cè)量，需要結(jié)合井的實(shí)際情況，如注入量、流體類型、套管內(nèi)徑大小，合理選擇流量計(jì)及葉片類型，確保儀器測(cè)量范圍適合；做好測(cè)前設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)合理的上測(cè)、下測(cè)測(cè)速；測(cè)量時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整測(cè)井方案。