张文忠陈洪明尤文超

(1.西部钻探工程有限责任公司测井公司 新疆克拉玛依) (2.江汉油田分公司采油工艺研究院 湖北潜江)

JZL660注水井井下涡街流量测试仪

张文忠1陈洪明2尤文超2

(1.西部钻探工程有限责任公司测井公司 新疆克拉玛依) (2.江汉油田分公司采油工艺研究院 湖北潜江)

文章介绍了一种能精确测试注水井各分层流量且无可动部件的流量计——JZL660型注水井井下涡街流量测试仪。简述其测试工艺、结构及工作原理和现场应用情况。

注水井;分层注水;吸水剖面;涡街流量计

0 引 言

油田注水开发是补充地层能量,实现长期稳产高产的重要手段之一。注水效果的好坏对油井的产量将产生直接的影响。及时准确地了解、掌握地层的吸水情况,对调整开发方案,实施增产措施具有十分重要的意义。注水井吸水剖面的测试,能够获取各层段的吸水能力,据此采取适当的调配措施,选择改造层位,从而确定合理的配注方案。

目前用于现场的各种仪器存在着或多或少的缺点。涡街流量计属于最新型的一类流量计,由于其发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。它具有结构简单牢固、适用流体种类多、精度较高、范围度宽、压损小等特点。由江汉油田采油院最新研制的“注水井井下涡街流量测试仪”将会克服现有仪器的一些缺陷,无论是仪器的测试工艺还是仪器的性能指标都有较大的提高。

1 仪器结构及工作原理

1.1 涡街传感器原理[1～3]

在流体中设置旋涡发生体,从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的涡街,被称为卡曼涡街。卡曼涡街形成原理示意图如图1所示。根据涡街出现的频率测定流量,这种流量计被称为涡街流量计。其特点是:输出为脉冲频率,其频率与被测流体的实际体积流量成正比,不受流体组分、密度、压力、温度的影响;精度高,线性范围宽;无可动部件,可靠性高,结构简单牢固,安装方便,维护简便。

图1 卡曼涡街形成原理示意图

单侧旋涡产生的频率f与流体流速v1之间有如下关系:

式中,v1为柱体两侧处的流速;d为柱体迎流面最大宽度;St为斯特劳哈尔数。

1.2 仪器结构[4]

注水井涡街流量计主要由绳帽、电池筒、处理电路、温度传感器、涡街传感器以及集流定位器等组成。

绳帽用来悬挂仪器下井,它上面设计有“倒刺”型卡锁结构,以便仪器落井后打捞;电池筒装有耐高温电池,为下井仪器电路提供电源。一般选取大容量高温电池,以满足仪器长时间工作;下井仪电路主要是完成流量、温度的自动采集和存储。所选用的元器件耐温指标都在125℃以上;温度计采用薄膜铂电阻作传感器,它具有检测电路简单、灵敏度高以及滞后小的特点;集流定位装置用于仪器的定位、集流测试。配合井下管柱的偏心配水器使用,使仪器卡座在中心工作筒内,完成注水层段的测试。

1.3 仪器工作原理[4]

测井时,仪器首先下过最下一级偏心配水器,然后上提仪器,当仪器经过偏心配水器的中心工作筒时,触动集流定位器的刮舌,定位爪自动打开,然后下放仪器,让仪器座封在工作筒上,注入该层段以及以下的流体全部流经涡街传感器而得到测量,依照同样的方法,上提仪器,从下至上依次座封在各级偏心配水器的中心工作筒内,测得各定位点的流量,仪器起出地面后,经计算机回放出测试结果。应用递减法,计算出各注入层段的流量。测试工艺原理如图2所示。

图2 仪器工作原理图

井下测量电路主要由流量检测部分、温度测量电路、单片机、数据存储器、通讯电路,复位电路等几部分组成。

1.4 仪器技术指标

仪器外径:Φ38 mm;

流量测试范围:2 m3/d～300m3/d精度2%;

仪器耐温:125℃;

仪器耐压:60 MPa;

餐厨垃圾主要品种是蔬菜、瓜果、肉品等下脚料、剩饭剩菜等食品加工、餐饮服务、集体供餐产生的食物残余和废弃食用油脂。在物质不断丰富的当下，生活水平极大的改善，城市餐厨垃圾的产生量也日越增多，约占城市生活垃圾总量的30%-40%。同时易滋长寄生虫、卵及病原微生物和霉菌毒素等有害物质，给人们的生活带来诸多烦恼和困扰，严重的影响着人们的生活环境和身心健康。

采样周期:1～3 600 s任意可调;

数据存储容量:10 000组数据。

2 仪器测井软件简介

测试软件含现场测井及解释两部分功能。软件界面分标定和测试两部分。标定部分主要包含标定初始化、标定数据接收、标定原始数据、绘制流量模板、编辑流量模板等功能。测试部分主要包含测量初始化、测量数据接收、测量原始数据、数据回放、测量结果等功能。界面简洁明了直观,易操作。

3 应用实例

仪器的集流装置有很大的创新,与常规的不同。仪器在下井过程中集流器皮碗呈收拢状态,避免了起下过程中皮碗的易磨损以及仪器遇阻情况的发生。在偏心配水器位置座封时,加快仪器的下放速度,使皮碗受力压缩张开从而封隔偏心配水器的中心工作筒。我们通过测试过程和测试资料分析两个部分进行实际测试的详细描述。

3.1 测试过程

注水井井下涡街流量测试仪采用集流方式,由下至上逐层卡点测试工艺。Z5-25井为一级封隔器二层注水管柱结构,仪器下过最深一层偏心配水器(Pn)后缓缓提升钢丝,将仪器再次上提过Pn,当仪器通过Pn的中心工作筒时,触动定位刮舌,带动凸轮旋转,打开定位爪后,继续上提仪器30 m左右。再快速下放仪器“下蹬”,利用定位爪使仪器定位在偏心配水器中,集流橡胶皮碗正好在中心工作筒内扩张进行密封集流,使注入Pn层段以及以下层段的注入水全部通过仪器传感器。观察采样延时时间,等待延时过后,井下电路开始采样工作,测取流量数据Qn,此时,记录下仪器坐封集流和起出的时间Tn、Tn′。在Pn处延时测量10～15分钟以后,提升仪器,起过Pn-1偏心配水器,然后再下放仪器,与测Qn同样的道理,让仪器坐封在Pn-1偏心配水器中测取流量数据Qn-1,并记录下仪器坐封集流和起出的时间Tn-1、Tn-1′。用同样的方法,依次再测量Pn-2、,Pn-3,…,P1的各流量值Qn-2、Qn-3…Q1,并记录好各层段的测量时间Tn-2、Tn-2′,Tn-3、Tn-3′,…,T1,T1′。待测试完P1偏心配水器后,从井中起出仪器,卸下电池,记录好仪器断电时间T。测量过程中,如果需要测取地层的吸水指数,则应改变注水压力,测量测点的流量,并记录相应的变化过程及时间,以便用测井资料的解释来获取地层吸水指数数据。

测试完毕后则是进行测井资料绘解工作。测井软件将会自动解释出各测点的流量、温度值。再应用递减法计算出每个偏心配水器的地层吸水量。最后,处理打印解释成果报告。

3.2 测试资料分析

图3为Z5-25井测试原始曲线,Z5-25井为一级封隔器二层注水管柱结构,层段1 845.0 m～1 867.4 m处为324、325层,该偏心配水器的堵塞器水嘴为死嘴;层段1 876.2 m～1 990.2 m处为326、7、332、3、4、5、6、7层,偏心配水器的堵塞器水嘴为Φ4.5 mm。

图3 Z5-25井测试曲线

表1为Z5-25井的解释成果。全井配注量51 m3/d,配水器(p1)为死嘴,不吸水,实测偏心配水器(p2)吸水量为50.5 m3/d,误差1%。测得该井的吸水指数为9.38 m3/d·MPa,也即p2的吸水指数,该值较大,说明地层的吸水能力较强。该数据对调整注水方案具有指导意义。

表1 Z5-25井测试成果

图4为该井的吸水指数曲线,它是一条直线,注水量与注水压力呈线性关系,随着注水压力的增加注水量加大。

图4 吸水指数曲线图

4 结论及建议

注水井涡街分层流量测试仪较好地解决了分层注水井的吸水剖面测试问题,测井软件界面直观、简洁,解释方法准确、可靠、方便。仪器下井成功率100%,能满足流量、温度等注水井测井要求。现场测试后仪器的清洗简单,维护、检修工作量很小,易于推广使用。实践证明,涡街流量计是最新型且具有发展前景的流量计,随着研究的不断深入,其应用将会越来越广,该类仪器必将成为注水井流量测试技术的发展趋势。与其它注水井流量测试仪相比,具有以下创新点:

1)仪器性能稳定,可靠性好,测试成功率高:该仪器不含可动部件,解决了涡轮流量计易卡堵的问题。且仪器具有长期稳定工作的特性,克服了其它类型仪器因性能不稳反复标定的麻烦。

2)可“收缩、扩张”式集流装置设计,很好地解决了仪器起下过程中集流器皮碗摩擦易损坏以及坐封时难密封的问题。

3)采取可“移动存储器”的“便携式”方式设计(两节五号电池大小),数据盘通过数据线实现仪器测量数据与计算机之间的转移,可随身携带,以利于测井解释,回放测试数据时不必再拿着整支仪器。

由于该油田采取污水回注,地层水氯离子含量高,因而测井过程中仍然存在一定的盐蚀问题。仪器的材质应进一步提高,今后应改用质量更好的不锈钢,以提高仪器的防腐蚀能力。另外,应扩大现场应用范围,使科研成果尽快转化为产品,使之成为注水测试领域的佼佼者。

[1] 程 达.流量计结构、使用维修和检定.中国石油天然气管道局,1992(资料)

[2] 苏文平.电子电路应用实例精选[M].北京:航空航天大学出版社,2000

[3] 戴昌辉.流体流动测量[M].北京:航空工业出版社,1991

[4] 朱德祥.流量仪表原理和应用[M].南京:华东化工学院出版社,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

张文忠,男,1968年生,工程师,2003年7月毕业于西南石油学院算机应用与维护专业,2007年1月毕业于长江大学勘察技术与工程专业,函授本科,目前在西部钻探工程有限公司测井公司测井六分公司工作。邮编:834000

2010-09-25编辑:姜 婷)