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水平井井下浮子流量计的研制
发布时间：2019-04-09

摘要：低渗透油田水平井产液量低，目前使用的水平井产液剖面测井仪器的流量测量下限偏高，造成低渗透油藏水平井测量结果偏差较大，影响了测井资料的正确率，为此选择了水平井井下浮子流量计，该流量计克服了涡轮流量计不适应低液量水平井的不足，确保了分段流量测试结果的正确率。水平井井下浮子流量计室内现场应用均取得了良好效果，流量测试结果不受含水率和井斜角的影响，启动排量仅为0.5m3/d，流量测量误差在4%以内，解决了现有的涡轮流量计在流量低时测量结果不准确、甚至涡轮不启动的问题。
　　流量测量在油田动态监测中的地位变得越来越重要[1]。国内的低渗透油田水平井普遍存在改造段数多、单井产量低[2-3]等问题，部分油田单井产液量为1～10m3/d，有的甚至低于5m3/d。产液剖面测井仪器的流量测量下限偏高，造成低渗透油藏水平井测量结果偏差较大，影响测井资料的正确率[4-5]。
　　针对上述问题，借鉴直井中使用的浮子流量计，水平井井下浮子流量计，该流量计克服了常规涡轮流量计在流量低时测量结果不准确、甚至不启动的问题[6]，实现了低渗透油藏水平井流量分段测试。
1水平井井下浮子流量计设计
1.1结构设计与工作原理
　　水平井井下浮子流量计结构如图1所示。流量护管为锥形孔结构，加大了浮子与流量护管的间隙，提高了浮子流量计井下运行的可靠性。采用螺线管线圈式自感传感器原理，可以测量0.01μm~50mm的机械位移，同时浮子采用钛合金材质，提高了密封性。
水平井井下浮子流量计结构图
　　测试期间给浮子感应线圈提供恒定的电流激励，水平状态下利用弹簧弹性力使得流体流经浮子前后产生压差，被测介质通过过流通道克服弹簧弹性力推动套在推杆上的浮子组件移动，带动浮子组件上的滑套外部衔铁发生位移，不同流量下浮子稳定在一定的相应位置，引起感应线圈中磁阻变化，产生感应电动势。感应电动势经滤波放大输入单片机内进行处理，从而测出流量值（图2）。
水平井井下浮子流量计位移监测原路图示
1.2主要技术参数与性能特点
　　仪器最大外径89mm，工作温度150℃，最大工作压力≤60MPa，流量测量范围1~45m3/d，测量误差±5%，采样间隔3s。
流量计的主要性能特点如下：
（1）为了适应水平井井下恶劣的工作条件，在水平井井下浮子流量计进液口增加割缝筛管以降低砂卡程度，充分考虑高压密封性及防震抗冲击性，确保了仪器在井下工作的长期稳定。
（2）流量计采用桥式双通道结构，液压坐封时流体从外管和隔离管之间的环空过流通道流过，此时浮子�；さハ蚍Уハ蚪刂梗Ｖぷ庖貉沽Σ挥跋旄∽幼榧�。生产时本层产液从过桥孔经底部进液口进入，从隔离管与仪器环空空间流过，其他层产液从隔离管与外管环空空间流过，互不干扰，确保了多段压裂水平井测试顺利。
（3）水平状态下浮子采用了钛合金材质和浮子+弹簧式结构，不同流量下浮子稳定在一定的位置，从而提高密封性。同时增加浮子限位结构，过流通道采用锥形结构，可加大浮子与流量护管间隙，防止浮子运动时卡死。
2室内实验
2.1含水率响应
　　在油水两相介质下进行了含水率响应实验。在浮子流量计垂直状态下进行流量检定，流量为0、1、2……10m3/d，分别选择含水率为100%、80%、40%进行流量测试，对流量刻度进行曲线拟合（图3）。

　　实验结果表明，当流经浮子流量计的流量超过0.5m3/d时，在相同含水率情况下不同流量的计数响应呈很好的线性关系，确定浮子流量计启动流量为0.5m3/d。另外，在一定井筒角度、不同流量的情况下，当含水率发生变化时，油水界面的变化并不明显，且不同含水率下的流量测试曲线基本重合，说明含水率对浮子流量计的影响可忽略。
2.2倾角响应
　　将仪器分别处于水平（90°）和负角度（-30°）（即进液口低于出液口）状态下，流量为0、1、2……10m3/d，分别选择含水率为100%、80%、40%进行流量测试实验，对流量刻度进行曲线拟合（图4、图5）。


　　实验结果表明，在水平（90°）和负角度（-30°）状态下，流量响应不受流动管道倾斜角度的影响，仪器标定只需在水平条件下刻度即可。
　　同时在多角度下对浮子流量计进行实验，结果表明：在水平与垂直状态流量测量最大误差4%；在负角度下由于浮子本身质量的原因误差高达13%；样机通过测量并转换而来的平均相关流速与标准流量呈很好的线性关系（表1）。

3现场应用
　　在室内实验取得成功的基础上，水平井井下浮子流量计流量测试的正确率，利用油管和双封单卡工艺将水平井井下浮子流量计输送到水平井井段，对该井喷点1进行了测试，同时对地面单量进行液量验证。
　　该井射孔7段，测试前日产液16.07m3，含水率100%。仪器设置采样间隔为10min，6天后起出，测得喷点1单层流量为3.77m3/d，地面单量喷点1的日产液为3.61m3/d。测试流量与实际单量结果接近，流量测试误差4.3%（图6）。

4结论
　　水平井井下浮子流量计满足了低渗透油藏水平井低产液量分段流量测试的需要，解决了常规流量计启动排量低的问题。使用该流量计，提高了低流量水平井产液量测试的正确率，可为掌握水平井生产层段产液信息及油藏合理开采提供依据。

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