摘要：井下渦街流量計是一種新型的同心集成注水井分層流量測試儀。文中著重介紹了其原理、結構、特點及室內實驗、現(xiàn)場應用情況。該儀器已在大慶等油田完成160多層測試任務,應用效果良好。
油田的分層開采發(fā)揮了重要作用,其關鍵是分層注水。隨著分層注水的發(fā)展,相應的分層流量測試也有了長足的進步,從初期的投球法測試到浮子流量計,再到現(xiàn)在的超聲波流量計、電磁流量計等,都先后為油田分層流量測試技術的發(fā)展做出了貢獻。
以往渦街流量計主要用于地面的流量檢測,還沒有關于其在井下測試中應用的報道。2001年渦街流量計在井下測試的可能性,目前已研制出兩個系列的井下渦街流量計,一種是外徑φ21mm,用于同心集成注水井的分層流量測試(已完成40多口井160多層的測試);一種是外徑φ38mm,用于常規(guī)偏心注水井的測試。本文著重介紹外徑φ21mm的井下渦街流量計。
井下渦街流量計工作原理
渦街流量計是基于卡曼渦街原理制成的一種流體振蕩性流量計(見圖1)。在流體中安放一根(或多根)非流線型阻流體,流體在阻流體兩側交替地分離釋放出兩串規(guī)則的漩渦,被稱為卡曼渦街。在一定的流量范圍內漩渦的分離頻率正比于管道內的平均流速。
式中:ƒ一渦街頻率;
V一流速;
d一漩渦發(fā)生體寬度;
St一斯特勞哈爾數(shù)。
St的值與漩渦發(fā)生體寬度d和雷諾數(shù)Re有關，實驗證明:當Re在2x104~7x106的范圍內,St值基本保持不變。因此,(1)式表明,當d和st為定值時,漩渦產生的頻率ƒ與流體的平均流速V成正比,利用這一特性制成井下渦街流量計。實際渦街傳感器所測的并不是平均流速,而大約是漩渦發(fā)生體兩側的流速。由流體力學知識可知,在漩渦發(fā)生體兩側流速的分布規(guī)律,是隨著流速的變化而變化的。因此,渦街傳感器檢測到的流速與管道平均流速不是完全線性關系對應,而且井下流動狀態(tài)更為復雜,受壓力變化、噪聲、振動等影響。在設計時，先確定井下渦街流量計的管徑,再通過室內試驗，選定漩渦發(fā)生體的形狀,以及漩渦發(fā)生體與漩渦檢測體之間的距離等一系列參數(shù),使井下渦街流量計能夠產生并檢測到強烈而穩(wěn)定的漩渦;其次,通過井下電路的降噪、濾波和地面軟件的處理,使井底的噪聲和振動等影響降到最小，保證流量計的測試精度達到足夠的要求。在實際使用時,通過先把渦街傳感器的儀表系數(shù)固化在流量計的E2PROM中,然后通過標定用地面軟件繪制出的頻率與標準流量的試驗曲線,實現(xiàn)對井下渦街流量計的非線性修正。
井下渦街流量計的設計
1.工藝流程
井下電路原理見圖2。當流體流經井下渦街流量計的漩渦發(fā)生體時，這種發(fā)生體可產生強烈的穩(wěn)定的旋渦,旋渦的頻率經信號放大后進行濾波，然后由轉換電路轉換成單片機可處理的信號,由單片機對信號進行接收、處理，并存于存儲器中,存儲器中的數(shù)據(jù)可用接口與地面儀表連接回放。
2.數(shù)據(jù)處理軟件
井下渦街流量計數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)由一臺便攜式微型計算機構成。微機通過串行口與流量計進行通訊�？刂栖浖䦟τ嬎銠C的配置要求寬松,操作系統(tǒng)兼容MicrosoftWindow95.98、NT或2000。
井下控制軟件采用PLM語言編制,主要包括標定、采集和回放三部分。利用節(jié)能控制方式控制儀器工作,儀器工作時間和工作方式可以方便地調整。地面數(shù)據(jù)處理軟件采用Delphi語言編制,軟件和電子流量計配合使用,自動測量每口井不同介質、不同井層的流量和溫度數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)注水井計量統(tǒng)計的自動化。其中本系統(tǒng)軟件主要實現(xiàn)的功能是將流量計測量的原始數(shù)據(jù)進行加工整理，然后在測量結果的基礎上繪制出流量壓力指示曲線,并將每次測量的原始數(shù)據(jù)和最終結果以圖像或數(shù)據(jù)表格的方式進行預覽打印和歸類保存。軟件不需要安裝,直接復制到目標目錄即可，軟件界面友好,操作簡便、易學,在應用中得到了使用者的好評。
3.井下儀器結構
井下渦街流量計整體為不銹鋼全密封結構,如圖3所示，主要由引管、渦街傳感器倉、走線盒、進液孔、電路倉和電池倉組成。
室內試驗
為檢驗流量計性能指標,為現(xiàn)場試驗提供依據(jù)，流量計組裝、調試完成后進行系統(tǒng)的室內試驗。
1.室內耐壓耐溫試驗
將接通電源的流量計下人到試驗缸中進行試驗,向試驗缸中注人柴油并升溫到85℃,升壓到60MPa,穩(wěn)定壓力、溫度1h后泄壓。反復升壓、穩(wěn)壓、泄壓兩次，完成流量計耐壓、耐溫及疲勞試驗。流量計起出后,經檢驗外型無形變,流量計傳感器、線路筒及電池筒無滲漏。室內耐溫耐壓試驗表明，隨著溫度、壓力的變化流量計工作狀態(tài)穩(wěn)定,溫度在30℃~85℃之間,零點數(shù)據(jù)的溫度漂移為0.016%/℃(試驗數(shù)據(jù)略)。流量計耐壓、耐溫性能可以滿足現(xiàn)場的需要。
2.流計標定試驗
標定曲線和回歸曲線見圖4、圖5。從標定曲線上看,井下渦街流量計在流量發(fā)生變化時,曲線臺階有明顯變化,回歸曲線近乎直線,說明其線性很好。.在室內對十幾只流量計進行了標定試驗,其標定曲線及回歸曲線非常相似。同時.用標定好的流量計在室內模擬井下測試,試驗表明,該井下渦街流量計用于分層注水井流量測量是可行的。
3.流量計性能參數(shù)
流量計參數(shù)可由圖6、表1得出。
(3)穩(wěn)定性
由于井下渦街流量計沒有可動部件,所以它的特性在使用中變化很小，在長時間使用過程中參數(shù)十分穩(wěn)定,而且不需頻繁標定,暫定為半年標--次�，F(xiàn)場試驗利用該技術,使用φ21mm井下渦街流量計先后在6個油田完成了40多口井160層同心集成注水井的分層流量調配，應用效果良好。
圖7是采油一廠南1-2-水140井第--層流量測試曲線,從現(xiàn)場施工過程和測試曲線看,井下渦街流量計具有以下兩個優(yōu)點:
(1)井下渦街流量計分辨率高。圖7中第一壓力點和第二壓力點流量測試值僅相差1m3/d左右。
(2)井下渦街流量計由于沒有可動部件,彌補了注水水質較差時堵、塞儀器造成測試成功率低、測試周期長等不足。使用井下渦街流量計對同心集成注水井進行流量調配,平均測試次數(shù)是2~3次,大大縮短了測試周期。
結論
1.井下渦街流量計與同心集成式細分注水工藝配套,可滿足現(xiàn)場分流測試調配要求。注水水質較差時,適應性好,而且還能用于偏心注水井的測試。
2.井下渦街流量計具有無可動部件、測試精度高、重復性好,操作簡便易行等特點,符合未來流量測試的發(fā)展方向。
3.井下渦街流量計穩(wěn)定性好,不需要頻繁標定。
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