摘要:介紹(shào)了适用于井下(xia)浮子流量計 的(de)結構設計、工作(zuo)原理，地面模拟(ni)實驗及在青海(hǎi)油田現場應用(yòng)效果表明,該流(liu)量計具有啓動(dòng)流量低、測量範(fàn)圍寬,能夠應用(yòng)于井下油水兩(liang)相流及産液含(hán)砂井的流量測(cè)量。
0引言
　　目前國(guo)内油井過環空(kong)産出剖面測井(jing)的流量測量以(yi) 渦輪流量計 爲(wèi)主四，由于受儀(yi)器外徑和集流(liu)效果限制，渦輪(lún)流量計通常存(cun)在如下缺點:流(liu)量測量範圍小(xiao)，或者啓動排量(liang)過高或者測量(liang)流量上限太低(di);砂卡普遍較爲(wèi)嚴重,不能測量(liàng)含砂流體;随着(zhe)三次采油技術(shù)的推廣，渦輪流(liú)量計因粘度影(yǐng)響,已無法滿足(zu)稠油及注聚産(chan)液測量。因此,準(zhǔn)确的流量測量(liàng)對新型流量計(jì)的需求顯得愈(yu)加迫切。
1浮子流(liu)量計結構設計(ji)及工作原理
1.1浮(fú)子流量計結構(gòu)
　　爲了達到降低(dī)流量測量下限(xian),提高流量測量(liàng)上限,進而拓寬(kuān)流量測量範圍(wei),同時也爲了有(you)效防止砂卡,客(kè)服流體粘度影(yǐng)響,從而達到測(ce)量含砂流體或(huo)注聚産液目的(de),井下浮子流量(liang)計的結構設計(ji)如圖1所示。

　　位移傳感器外(wài)殼1主要用于封(fēng)裝位移傳感器(qì)2~8等部件;位移傳(chuan)感器是差動變(bian)壓器式傳感器(qì),其内.部鐵芯3用(yòng)于傳遞浮子位(wei)移、速度;浮子6置(zhì)于流道中央進(jin)液口處進行流(liu)量測量;下壓彈(dàn)簧4固定于差動(dòng)變壓器式傳感(gan)器2下端,用于提(ti)高流量上限;浮(fú)子活動範圍由(yóu)出液口短接5長(zhǎng)度所限;上托彈(dàn)簧7用于降低流(liú)量下限。
1.2浮子流(liú)量計工作原理(li)
　　流體由進液口(kǒu)進入儀器流道(dào),推動浮子,浮子(zǐ)上移過程中,流(liu)體在出液口處(chù)的流通截面積(ji)逐漸增大,不同(tong)的流量對應不(bu)同的流通截面(miàn)積,截面積的變(bian)化轉化爲浮子(zi)的位移，進而不(bu)同的流量又轉(zhuǎn)化爲浮子的不(bu)同位移,即:流量(liang)一->面積一->位移(yí)。此位移再由内(nèi)部鐵芯傳遞給(gěi)差動變壓器式(shì)傳感器,位移傳(chuan)感器通過測量(liàng)浮子位移位移(yi)傳感器通過測(cè)量浮子位移量(liàng)來測量流體流(liu)量。
1.3浮子流量計(jì)特點
　　浮子式流(liú)量計在地面計(ji)量中是一種成(chéng)型産品，投人實(shi)際應用的已好(hǎo)多種,但由于結(jié)構設計限制，各(gè)式型号的浮子(zi)式流量計一直(zhí)未能在井下過(guò)環空産出剖面(miàn)流量測量中得(de)到較好應用。所(suǒ)述井下浮子流(liu)量計,綜合以往(wǎng)各式浮子流量(liang)計特點的基礎(chǔ)上,針對渦輪流(liu)量計所存缺陷(xian),面向目前新時(shi)期流量測量特(te)點,從結構設計(ji)角度出發,經多(duo)方優化設計而(er)成,主要應用于(yu)井下過環空産(chan)出剖面穩定流(liu)态點測,其特點(diǎn)如下:
(1)爲流體提(tí)供的流通通道(dao)短,浮子上、下兩(liǎng)處裝置兩根輔(fǔ)助彈簧。在浮子(zǐ)上移過程中,流(liú)體在出液口處(chù)的流通截面積(jī)逐漸增大,流體(tǐ)對浮子的沖擊(jī)減弱,因此可通(tōng)過加長浮子位(wèi)移量提高流量(liàng)上限;在高流量(liang)範圍内,在流通(tōng)面積的增加量(liang)不足以滿足測(ce)量範圍要求時(shi),浮子向上壓縮(suō)下壓彈簧,下壓(ya)彈簧彈力克服(fú)相當部分流動(dòng)壓力及浮子自(zi)身浮力，使流量(liang)計不至于很快(kuai)飽和産出，因此(ci)可以通過增加(jia)下壓彈簧倔強(qiáng)系數提高流量(liang)測量上限;
(2)從啓(qǐ)動到下托彈簧(huang)共工作工程中(zhong)，下托彈簧使浮(fú)子處于受力平(ping)衡狀态，因而流(liu)量測量幾乎無(wu)須克服浮子自(zi)重而實現低啓(qi)動排量,極大程(chéng)度上降低了流(liú)量測量下限;
(3)浮(fú)子與流通内壁(bì)距離遠大于流(liu)體内含砂的.粒(lì)徑,能夠用于含(hán)砂流體的測量(liang)，很好的解決了(le)渦輪流量計所(suǒ)無法克服的砂(sha)卡問題。
1.4浮子流(liu)量計流量測量(liàng)過程力學分析(xi)
　　井下浮子流量(liàng)計的測量原理(lǐ)既符合傳統浮(fú)子流量計的測(cè)量原理,又有一(yī)定區别。該流量(liàng)計工作時,浮子(zi)的受力、位移不(bu)斷變化,此過程(chéng)大體分爲四個(gè)階段:.
1.4.1零流量
　　浮(fú)子6由上托彈簧(huáng)8托扶,上托彈簧(huang)8被壓縮，浮子6處(chu)于平衡位置,其(qi)力學關系式爲(wei):
M+M2+M3=0(1)
　　其中，M是上托彈(dàn)簧的彈力;M2是浮(fu)子所受的浮力(lì);Ms是浮子所受的(de)重力。上托彈簧(huang)力M和浮力M.克服(fu)浮子自身重力(li)M3，受力平衡,零流(liú)量時浮.子靜止(zhǐ)，此時稍加流量(liàng),處于平衡狀态(tai)的浮子即可産(chǎn)生位移,降低了(le)啓動排量,帶人(ren)各自的表達式(shì)得:
ki△x+ρgV-mg=0(2)
　　k1上托彈簧倔(juè)強系數;△x.上托彈(dan)簧的壓縮長.度(du);流體密度ρ;g重力(lì)加速度;V浮子體(tǐ)積;m浮子質量。
1.4.2低(dī)流量
　　在流動壓(yā)力作用下,浮子(zi)6.上浮,其位移量(liang)由位移傳感器(qì)2測量,流體在出(chu)液口位置的流(liu)通截面積增大(da),浮子6在新的位(wèi)置達到平衡,其(qí)力學關系式爲(wèi):
F(Q)+kiOx+ρgV-mg≈0(3)
　　其中F(Q)爲流動壓(yā)力,該力是浮子(zi)上下的流體壓(yā)力差，流體流出(chu)出液口後,以扇(shan)狀發散向上流(liu),設S1、S2分别是流束(shu)在浮子上下的(de)流通截面積;PIP2分(fen)别爲浮子上下(xià)的壓力;V1、V2爲流體(tǐ)在S.S2截面積上的(de)流速。流體滿足(zú)伯努利方程:

　　其(qi)中ρ、v~g、h分别是流體(tǐ)密度、流速、重力(lì)加速度、液壓高(gāo)度,流動壓力爲(wei):
F(Q)=P2-P:(5)
(4)代人(5)整理後得(de):
F(Q)=ρg(h2-h)+zρ(v2v2)(6)
又Q、S、v關系:
Q=vS(7)
其中Q、S爲(wei)流體流量、流通(tōng)截面積。
Qi=vS:(8)
Q2=v2Sz(9)
流量一(yī)定時，流量計内(nei)與井筒内流量(liàng)相等,即:
Qi=Q2z(10)
v.Si=v2S2(11)
忽略浮(fú)子的垂直高度(du)差,(8)(9)(10)帶人(6)得:

此式(shì)同時說明流動(dong)壓力F(Q)與流體的(de)流量Q的平方成(chéng)正比。
1.4.3中流量
　　随(suí)着流量增加,當(dang)流量足夠大時(shí),浮子脫離.上托(tuō)彈簧8,但未觸及(jí)下壓彈簧4,浮子(zǐ)懸浮于流體當(dāng)中,上托、下壓彈(dàn)簧的形變均爲(wèi)零。在該流量範(fàn)圍内,重力、浮力(lì)、流體推動力達(da)到新的平衡,浮(fú)子6的力學關系(xì)式爲:
F(Q)=+ρgV-mg=0(13)
1.4.4高流量
　　進(jìn)人高流量後,浮(fú)子向上壓縮下(xià)壓彈簧4,此時浮(fu)子受重力、浮力(li)、流體推力、下壓(yā)彈簧反向推力(li),
其力學關系式(shì)爲:F(Q)-kxΔx+pgV-mg=O(14)

2方法實驗
　　方(fāng)法實驗介質爲(wèi)柴油、水兩相流(liu):含水率調節爲(wei)0、30%、50%、70%、80%、90%、100%;在每一含水率(lǜ).下,流量調節爲(wèi)1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d、8m3/d、9m3/d、100m3/d,記錄各含水率(lü)下不同流量時(shí)浮子流量計輸(shū)出頻率的變化(hua)量,得到井下浮(fú)子流量計在油(you)水兩相流條件(jiàn)下的方法實驗(yan)結果(圖2)。圖中橫(heng)坐标是配比流(liu)量(m3/d),縱坐标是儀(yí)器輸出頻率(Hz)。

　　由圖2可以(yǐ)看出,浮子的啓(qi)動流量很低爲(wèi)1m2/d,流量.上限達70m3/d;在(zài)0、30%、50%、70%、80%、90%、100%每一含水率不(bu)同流量下,浮子(zi)流量計頻率響(xiang)應有較好的線(xian)性關系;在1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d8m3/d、9m3/d、100m3/d每一(yi)流量下，不同含(hán)水率下儀器輸(shū)出頻率離散性(xing)很小。
3現場應用(yòng)及分析
　　多待測(cè)油井井況比較(jiao)特殊,以往的測(cè)井儀器根本無(wú)法下井,而且大(dà)都爲含砂井,砂(sha)卡普遍較爲嚴(yán)重,渦輪流量計(ji)根本無法應用(yòng)，無法進行産量(liang)測量”。井下浮子(zǐ)流量計憑借自(zi)身結構設計等(děng)方面的優勢,配(pei)接于産出剖面(miàn)測井儀，上，采用(yong)傘式集流器在(zài)這些油田成功(gong)的實現了流量(liang)測量。圖3爲青海(hai)油田X井測井曲(qu)線圖,該井産量(liàng)爲53.3m2/d,含砂大約6%。由(you)圖中井溫及微(wēi)差井溫曲線可(kě)以看出,該井主(zhǔ)産層在1460m-1510m,結合磁(cí)定位曲線所示(shi)射孔層位及井(jing)溫變化曲線可(ke)定性的判斷出(chu)四個主要産層(céng),大緻分布在深(shen)度爲1470m~1475m，1480m附近，1485~1490m,1495m附近(jìn)，1500m附近開始進人(ren)死水口。

　　根據射(shè)孔深度、井溫曲(qu)線波動,該浮子(zǐ)流量計的測點(dian)深度分别選取(qǔ)在1475.4m、1478.9m、1484.6m、1489.1m、1493.6m,相應射孔深(shēn)度的點測響應(ying)值分别爲960Hz.947Hz、837Hz、762Hz、646Hz,不同(tóng)的頻率值對應(yīng)不同的産量,表(biao)明浮子流量計(jì)在主産層工作(zuò)正常,能夠實現(xiàn)對各産層産量(liang)進行準确測量(liang),并且測量不受(shòu)限于含砂流體(tǐ),可以用于含砂(sha)井的流量測量(liàng)。表1是将圖4浮子(zǐ)流量計測井頻(pín)率響應曲線圖(tu)中深度與頻率(lü)對應關系轉化(hua)成深度及流量(liang)對應關系。選取(qǔ)1500m死水區頻率爲(wei)260Hz(浮子流量計基(ji)值)作爲基值,其(qí)他測點頻率響(xiǎng)應與之分别作(zuo)差頻,根據方法(fa)實驗結果,找出(chu)各差頻值對應(yīng)的流量,死水區(qu)選0m2/d.
選取表1中的(de)測點深度值爲(wei)橫坐标，流量作(zuò)爲縱坐标，繪制(zhi)浮子流量計深(shen)度-流量測井曲(qu)線(見圖4)。
4結論
　　井(jing)下浮子流量計(ji)流量測量原理(lǐ)的正确性已經(jing).由室内及現場(chǎng)實驗證實,而且(qie)青海油田現場(chang)測量結果表明(míng),該浮子式流量(liàng)計的流量測量(liang)下限低,流量測(ce)量範圍寬,能測(ce)量含砂流體,特(tè)别适合于井下(xia)流體測量。

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