边测边调井下流量计校准装置模拟井筒标准化的探讨

2014-10-31张秋平

石油工业技术监督 2014年7期

张秋平

中国石油大庆油田测试技术服务分公司（黑龙江大庆 163513）

随着中国石油大庆油田开采进入中后期，注水效果的好坏直接影响到石油开采的效果，注水方案能否实施是由水井测试调配工作是否及时、准确、有效决定的。为了提高注水井调配的效率，2003年贵州某公司与大庆油田有限责任公司第三采油厂进行研发，将试井工艺与生产测井工艺相结合，把生产测井中的电缆传输、井下直读仪器、地面采集系统工艺应用到试井井下存储仪器当中，进行试井分层流量调配。经过先后的初级版（2003年）、第二代（2008年）、完善版（2010年），使得分层流量调配劳动强度大大降低，一次测调成功率达到90%。目前边测边调井下流量计[1]被广泛应用于注水井调剖，怎样对其进行校准而实现量值传递，如何制定检定规程亟待解决。边测边调井下流量计模拟井的建立可以实现边测边调井下流量计校准。大庆油田测试技术服务分公司五大队在国内首先建立边测边调井下流量计模拟井，进行校准试验，以制定校准规程，实现周期校准[2]。文中重点对边测边调井下流量计模拟井筒井身结构进行分析和探讨。

1 边测边调模拟井筒的井身结构分析

根据边测边调井下流量计的现场应用和其技术参数，需要提供以下主要校准设备：流量计检定[3]装置、压力检定[4]装置、温度检定[5]装置。重点探讨边测边调井下流量计模拟井筒井身结构。

目前建成的边测边调井下流量计模拟井筒井身结构如图1所示。模拟井筒油管内径近似为63.5mm，水嘴距离井口1.75m，井深3.8m，进液口1个，进液口距井口100mm，出液口3个，1个位于井底油管尾部、2个位于水嘴处套管管线上。井底出液口和主回水管线连通（该连通管线上的阀门记作阀门2），水通过标准表再回水池；水嘴处出液口和主回水管线连通（该连通管线的阀门记作4），水通过标准表再回水池；水嘴处出液口不和主回水管线连通（该连通管线的阀门记作3），不通过标准表直接回水池，进水阀门记作1。当1开→2开→3关→4关时，实现测试上下流量；当1开→2关→3关→4开时，实现测试上流量；当1开→2开→3开→4关时实现测试下流量。

图1 边测边调井下流量计模拟井筒井身结构示意图

2 流量校准设备

2.1 参考文献调研结果

[6]中表明“流量计的测量段一般应距离井口为注水井管道内径的30倍以上，测量段距离出水口应不小于15倍。如果条件允许，模拟井的深度越深越好”。

2.2 现场试验结果

经反复试验表明，进液口距离测量井段越深越好，进液口到仪器上端距离0.39m时标检示值误差为1.01%，1m时为 0.62%，2m时为 0.43%，2.5m时为0.39%（表1），结果表明进液口距离测量井段越深越好，同时结果表明30倍和40倍检定结果示值误差非常接近。

2.3 理论分析

模拟井筒井深结构主要控制流态的转化和流态的稳定性。流态转化主要依据雷诺数来计算，经过计算，该模拟井大多情况下流态为紊流。研究表明流态的稳定距离符合经验公式（1）和（2）。式（1）为层流稳定距离经验公式；式（2）为紊流稳定距离经验公式。以仪器在油管中为例，当流量为28.1m3/d时，雷诺数取2 000，水从井口进液口进入模拟井筒需要3.556m的距离才能稳定；实际应用中大多数情况流态为紊流，理论上40倍最好，这里取30倍。

式中：l为稳定距离，m；D为管道直径,mm。

综上所述，目前建成的模拟井筒不能同时进行吊测和坐测校准，同时进行吊测和坐测校准，模拟井筒以30倍计算至少为7.7m（不考虑层流）。

2.4 流量校准设备满足的条件

考虑到压力和温度参数及水嘴功能测试，校准设备应满足以下条件：流量计检定装置，准确度等级应优于被校测调仪准确度等级的2～3倍，流量装置具有系统恒压功能，最大恒定压力不小于2MPa；模拟井内应装有水井配水器，上、下游直管段应大于管径的30倍，在下游应有背压段，确保管路中的介质流态稳定。模拟井筒内径应与测调仪工作筒内径相同；模拟井内介质应为单相清洁稳定的液体，介质中无气泡，介质温度保持在(15±10)℃范围内。

表1 不同深度校准数据m3/d

3 关于坐测位置上提0.3m进行吊测校准可行性探讨

3.1 实验简介

实验选取LTZ-200型（单流量）超声波流量计1支，编号:STC0240；电磁边测边调井下流量计2支，编号11-1140和11-11080。流量准确度等级均为2%，流量范围均为0～300m3/d。实验过程：首先在边测边调井下流量计模拟井筒中进行坐测标定，坐测和坐测支路（上流量）示值检定；坐测位置上提0.3m吊测标定，0.3m吊测检定(距离进液口0.7m)；更换到标准模拟井筒（光杆）标定（距离进液口1.5m）和光杆检定，同时调取0.3m刻度方程光杆吊测检定。

3.2 实验数据分析

图2为STC0240的标定曲线，从图2上明显地看出坐测标定方程、上提0.3m标定方程、光杆标定方程在流量大于50m3/d时没有重合，坐测和坐测位置上提0.3m标定方程趋于接近，这是因为单流量的传感器坐测时距离配水器工作筒上端28cm，上提0.3m为58cm，而流态稳定距离从1m缩短到0.7m，根据紊流稳定距离经验公式（2）可知，影响不大。而流量小于50m3/d时基本重合，3条直线基本重合，主要原因是这一流量范围内流态属于层流。而上提0.3m标定方程和光杆吊测标定方程在流量大于50m3/d时相差很大，认为主要是由于配水器工作筒局部阻力损失造成，流道面积突然缩小造成的，其次为流态稳定距离。所以坐测位置上提0.3m进行吊测是不行的。为了验证这一结果，在光杆模拟井筒调取上提0.3m的刻度方程模拟现场仪器吊测进行测试（检定），从检定数据可知坐测位置上提0.3m进行吊测校准超声波边测边调井下流量计最大引用误差达到-9.91%。同时将上提0.3m吊测和光杆吊测的刻度方程让采油厂测试班组在现场进行吊测验证，流量小于50m3/d时，测试结果基本接近，但是流量大于50m3/d时，光杆吊测刻度更为准确，井口水表显示100m3/d时,光杆吊测刻度测试结果为101m3/d，上提0.3m的吊测刻度方程测试结果为85m3/d。综上所述，坐测位置上提0.3m进行吊测校准超声波井下边测边调井下流量计是不可以的。

图2 STC0240标定曲线

图3、图4为11-11080仪器的标定曲线。从图3、图4上可以明显地看出，上流量的光杆吊测标定方程和上提0.3m吊测标定方程基本重合，坐测标定方程与它们不重合，但三者在流量小于50m3/d时基本重合；而下流量的三者在流量大于20m3/d时完全不重合，主要因为局部阻力损失造成，坐测时，下流量距离工作筒29.5cm，上提0.3m刚好进入工作筒，而光杆吊测没有工作筒。所以针对电磁边测边调井下流量计，上流量可以再坐测位置上提0.3m进行标定校准，但是下流量不可以，同时检定数据也说明了这一结果。为了验证，用11-1140得到了同样结论（图 5、图 6）。