摘要：水平井產液剖面測試使用的渦輪流量計受啟動流量影響，不適應于低液量水平井測試。研制了適用于小流量測試的井下存儲式金屬管浮子流量計，并(bing)與溫度、壓力(li)、含水(shui)測(ce)試(shi)(shi)(shi)傳感器組成井(jing)(jing)(jing)(jing)下存儲式水(shui)平井(jing)(jing)(jing)(jing)產(chan)(chan)液(ye)(ye)剖面(mian)測(ce)試(shi)(shi)(shi)儀，該儀器隨油管下入水(shui)平井(jing)(jing)(jing)(jing)段(duan)，無需電(dian)纜和(he)爬行器，可在油井(jing)(jing)(jing)(jing)正常生產(chan)(chan)的情況下連續工作一個月，提高了低液(ye)(ye)量水(shui)平井(jing)(jing)(jing)(jing)產(chan)(chan)液(ye)(ye)剖面(mian)測(ce)試(shi)(shi)(shi)的準(zhun)確(que)率和(he)成功率。室內實驗(yan)(yan)和(he)現場先導性試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)表(biao)明(ming)，井(jing)(jing)(jing)(jing)下金屬管浮子流(liu)量計應(ying)用于(yu)水(shui)平井(jing)(jing)(jing)(jing)產(chan)(chan)液(ye)(ye)剖面(mian)測(ce)試(shi)(shi)(shi)可行，為低滲透油田水(shui)平井(jing)(jing)(jing)(jing)產(chan)(chan)液(ye)(ye)剖面(mian)的流(liu)量測(ce)試(shi)(shi)(shi)提供了新途徑。

0　引　言
        水(shui)(shui)平井(jing)(jing)產(chan)液(ye)(ye)(ye)剖(pou)面測(ce)(ce)(ce)(ce)試技術是(shi)從油(you)(you)套環(huan)(huan)空通過電纜(lan)或連(lian)續油(you)(you)管(guan)將產(chan)液(ye)(ye)(ye)剖(pou)面測(ce)(ce)(ce)(ce)試儀(yi)器(qi)輸(shu)送至射(she)孔(kong)段，在(zai)抽(chou)油(you)(you)機(ji)不停抽(chou)情(qing)況下采用渦(wo)輪流(liu)量(liang)計、持水(shui)(shui)率(lv)(lv)儀(yi)實時監測(ce)(ce)(ce)(ce)流(liu)量(liang)、含水(shui)(shui)，該(gai)技術的(de)(de)(de)(de)優點是(shi)能在(zai)抽(chou)油(you)(you)機(ji)不停抽(chou)的(de)(de)(de)(de)情(qing)況下獲得井(jing)(jing)下分段的(de)(de)(de)(de)流(liu)量(liang)、含水(shui)(shui)率(lv)(lv)等數(shu)據［１?常蕁５?牽(qian)?９娌(li)?浩拭娌(li)饈栽謁?驕?忻媼偎?蕉味嘞嗔魈宸植恪⒌繢攣薹ㄏ氯氳(yun)任侍猓?饕(tao)?捎肕APS陣(zhen)列式測(ce)(ce)(ce)(ce)井(jing)(jing)儀(yi)和爬(pa)行器(qi)等解決(jue)方案［４?叮蕁Ｈ歡???浩拭媸褂玫奈新至髁考(kao)圃冢蛋(dan)園遡n倡套管(guan)井(jing)(jing)中流(liu)量(liang)小(xiao)于(yu)５０m３／d時，渦(wo)輪啟動困(kun)難(nan)［７］，不適用于(yu)低液(ye)(ye)(ye)量(liang)水(shui)(shui)平井(jing)(jing)產(chan)液(ye)(ye)(ye)剖(pou)面測(ce)(ce)(ce)(ce)試；爬(pa)行器(qi)受(shou)井(jing)(jing)筒(tong)環(huan)(huan)境(jing)影響(xiang)，測(ce)(ce)(ce)(ce)試成功率(lv)(lv)不高且測(ce)(ce)(ce)(ce)試作(zuo)業費用昂(ang)貴。長慶油(you)(you)田水(shui)(shui)平井(jing)(jing)日產(chan)液(ye)(ye)(ye)小(xiao)于(yu)２０m３的(de)(de)(de)(de)井(jing)(jing)占總井(jing)(jing)數(shu)的(de)(de)(de)(de)８７％，平均(jun)單段日產(chan)液(ye)(ye)(ye)小(xiao)于(yu)２m３，低液(ye)(ye)(ye)量(liang)水(shui)(shui)平井(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)產(chan)液(ye)(ye)(ye)剖(pou)面測(ce)(ce)(ce)(ce)試已成為(wei)一個重要難(nan)題。為(wei)此，本文開展了將金屬管(guan)浮子流(liu)量(liang)計應用于(yu)水(shui)(shui)平井(jing)(jing)產(chan)液(ye)(ye)(ye)剖(pou)面測(ce)(ce)(ce)(ce)試的(de)(de)(de)(de)探索研究，實現(xian)了無(wu)需電纜(lan)輸(shu)送儀(yi)器(qi)、提(ti)高測(ce)(ce)(ce)(ce)試準確率(lv)(lv)、降(jiang)低作(zuo)業成本的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。

1　金屬管浮子流量計
1.1　結構和原理
        金屬管浮子流量計由一個錐形管和一個置于錐形管中可以上下自由移動的浮子組成（見圖１）。流量計本體兩端用法蘭連接或螺紋連接的方式垂直安裝在測量管路上，使流體自下而上流過流量計，推動浮子。由于節流作用，使上下游產生壓差Δp，由于該壓差的存在，使得浮子受到迎面的壓差阻力，在該阻力的作用下，浮子在錐管中上升，流通面積A增大，環隙中流體的平均速度減小，直到該阻力與浮子的自重和浮力相平衡時，浮子停留在某一高度。流量Qv越大，浮子停留的高度h越高。在穩定情況下，浮子懸浮的高度h與通過流量計的體積Qv之間有一定的比例關系為
       
        式(shi)中(zhong)，α是(shi)金屬管(guan)浮子(zi)流(liu)量(liang)計的(de)流(liu)量(liang)系數；Df是(shi)浮子(zi)的(de)非常大直徑；Af是(shi)浮子(zi)迎面流(liu)體面積；Vf是(shi)浮子(zi)的(de)體積；ρf是(shi)浮子(zi)材料(liao)密度(du)；φ是(shi)錐(zhui)管(guan)的(de)錐(zhui)角(jiao)；ρ是(shi)流(liu)體介質密度(du)；h是(shi)浮子(zi)高度(du)。

        對于一定的流量(liang)計和流體(ti)，式（１）中的Df、Af、Vf、ρf、φ、ρ等均為常數，因此(ci)，只要保持α為常數，則流量(liang)Qv與浮子(zi)高度h之間就存在近似線性關系。

        因(yin)此，可以(yi)將(jiang)這種對應(ying)關系直接刻度(du)在流量計的錐管上，根據浮(fu)子(zi)的高度(du)直接讀出流量值，或通過(guo)電存儲(chu)方式將(jiang)流量信號（即浮(fu)子(zi)的位(wei)置信號）記錄(lu)。

1.2　金屬管浮子流量計的特點
        由于金屬管浮子(zi)流(liu)量(liang)(liang)(liang)計在測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)過(guo)程中始終(zhong)保持節流(liu)件前(qian)后的(de)(de)(de)壓差(cha)不變，通過(guo)改變流(liu)通面積實(shi)現(xian)流(liu)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)。①幾乎不會遇到(dao)砂卡的(de)(de)(de)現(xian)象，與渦輪(lun)流(liu)量(liang)(liang)(liang)計相比受(shou)井筒環境的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)小(xiao)；②可(ke)接收微小(xiao)流(liu)量(liang)(liang)(liang)信號，實(shi)現(xian)低液(ye)(ye)量(liang)(liang)(liang)井流(liu)量(liang)(liang)(liang)測(ce)(ce)試；③浮子(zi)的(de)(de)(de)高度取(qu)決于液(ye)(ye)體的(de)(de)(de)流(liu)量(liang)(liang)(liang)，氣(qi)體對測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)結果(guo)影(ying)響(xiang)(xiang)很小(xiao)［８］。

2　井下存儲式水平井產液剖面測試儀
        借鑒常規(gui)金屬管(guan)浮子(zi)流(liu)量計(ji)(ji)，同(tong)時考慮到水(shui)平(ping)井(jing)中儀器無法通過(guo)電(dian)(dian)纜在水(shui)平(ping)段(duan)下放，使用(yong)爬行器價格昂貴(gui)且(qie)受井(jing)筒環境影響故障率(lv)高(gao)等因素，設計(ji)(ji)了適用(yong)于低液(ye)量水(shui)平(ping)井(jing)產(chan)液(ye)剖(pou)面測(ce)(ce)試(shi)(shi)的井(jing)下金屬管(guan)浮子(zi)流(liu)量計(ji)(ji)，同(tong)時與溫(wen)度、壓力、含水(shui)測(ce)(ce)試(shi)(shi)傳感器以(yi)及電(dian)(dian)路(lu)系(xi)統(tong)組成井(jing)下存(cun)儲式水(shui)平(ping)井(jing)產(chan)液(ye)剖(pou)面測(ce)(ce)試(shi)(shi)儀，該儀器和油管(guan)連(lian)接(jie)后一起下入到射孔段(duan)，可以(yi)連(lian)續監(jian)測(ce)(ce)多段(duan)壓裂(lie)水(shui)平(ping)井(jing)產(chan)液(ye)信(xin)息。

2.1　水平井井下金屬管浮子流量計設計
        水(shui)平(ping)井井下金屬(shu)管浮子流量(liang)計由(you)浮子、推桿、滑(hua)套、線圈、彈簧、流量(liang)護管、單流閥等組成（見圖２）。

        工作原理：給浮子感(gan)(gan)應線(xian)(xian)圈(quan)(quan)上(shang)提供恒定的(de)電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)激勵，當(dang)井(jing)下流(liu)(liu)(liu)體通過過流(liu)(liu)(liu)通道，推動浮子移動，銜(xian)鐵發(fa)生位移，引起感(gan)(gan)應線(xian)(xian)圈(quan)(quan)中磁阻變化，產生感(gan)(gan)應電(dian)(dian)動勢，感(gan)(gan)應電(dian)(dian)動勢經濾波放大，輸(shu)入單(dan)片機內進行(xing)處理后測(ce)得流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)。流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)測(ce)量(liang)(liang)(liang)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)采用差(cha)分結構，溫漂(piao)小，在流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)外加屏蔽(bi)層，減(jian)少外部對(dui)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)測(ce)量(liang)(liang)(liang)的(de)干擾；自感(gan)(gan)傳感(gan)(gan)器(qi)可以(yi)測(ce)量(liang)(liang)(liang)０暢０１μm～５０mm的(de)機械位移，具有測(ce)量(liang)(liang)(liang)精度(du)高(gao)、靈敏度(du)高(gao)、線(xian)(xian)性(xing)好、結構簡圖3　存儲式水平井(jing)產液剖面測(ce)試儀單(dan)、性(xing)能(neng)可靠等優(you)點。

2.2　含水率、溫度和壓力測量設計
        含水率(lv)測(ce)試(shi)儀采用電容(rong)式(shi)含水率(lv)傳感(gan)器和阻(zu)抗式(shi)含水率(lv)傳感(gan)器組合(he)設計，分別測(ce)試(shi)流體的電容(rong)值和電導率(lv)，可(ke)以適應低(di)含水和高含水傳感(gan)器組合(he)，可(ke)以更加精準測(ce)量(liang)含水率(lv)。

        溫度測量原理：給PT１０００提供恒(heng)流激勵，當井(jing)溫變(bian)化時，PT１０００的阻(zu)值也會發生變(bian)化，測量電路(lu)輸出(chu)與溫度成(cheng)正比(bi)的差(cha)動電壓(ya)信號(hao)，經(jing)過單片機AD采(cai)集，得到溫度信號(hao)。

        壓(ya)力(li)(li)測量原理：壓(ya)力(li)(li)傳感器采(cai)用恒壓(ya)供(gong)電電路，輸出與壓(ya)力(li)(li)成正比(bi)的壓(ya)力(li)(li)差動電壓(ya)信(xin)號(hao)，經過單片機AD采(cai)集，得到壓(ya)力(li)(li)信(xin)號(hao)。

2.3　儀器功耗設計
        儀器選用容量為９Ah的高溫電池，采樣間隔有多種類型可供選擇，非常小可設置為３s。儀器工作３０d非常大功耗設計如下。
        （１）當儀器采樣間隔設置為３s時。每間隔３s需要采集１次數據，采集０暢８s，此時總電流不超過２５mA。１個月的耗電量４暢８Ah。
        （２）當儀器不工作時，進入休眠狀態。總電流不超過１００μA。１個月耗電量０暢０７２Ah。
        （３）儀器每采集８７組數據（８７×３s＝２６１s）進行一次數據存儲。存儲時間為０暢６s，總電流不超過５０mA。１個月耗電量０暢０８２Ah。
        （４）儀器１個月(yue)非常大耗電量(liang)４暢９５４Ah。儀器可在井(jing)下連續工作１個半(ban)月(yue)以上。

2.4　水平井產液剖面測試儀結構及原理
        井(jing)下(xia)存儲(chu)式水(shui)平井(jing)產(chan)液(ye)剖面測試(shi)儀(yi)由(you)金屬管浮子流(liu)量(liang)計、含水(shui)探(tan)頭(tou)、溫(wen)度探(tan)頭(tou)、壓力(li)傳感器、測量(liang)電(dian)(dian)路、供(gong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)池組成(cheng)（見圖３）。當正常產(chan)液(ye)時(shi)(shi)，坐(zuo)(zuo)封(feng)單向閥截止(zhi)，流(liu)體通(tong)(tong)過(guo)(guo)進液(ye)口，推動浮子移動，從(cong)而測得流(liu)量(liang)。流(liu)體由(you)過(guo)(guo)流(liu)通(tong)(tong)道流(liu)經溫(wen)度探(tan)頭(tou)、壓力(li)探(tan)頭(tou)與含水(shui)探(tan)頭(tou)時(shi)(shi)，可測得流(liu)體含水(shui)率、壓力(li)與溫(wen)度，非常后通(tong)(tong)過(guo)(guo)出液(ye)口流(liu)出。坐(zuo)(zuo)封(feng)時(shi)(shi)，浮子保(bao)護單向閥截止(zhi)，流(liu)體從(cong)隔離管與外護管環(huan)空過(guo)(guo)流(liu)通(tong)(tong)道流(liu)過(guo)(guo)，打開坐(zuo)(zuo)封(feng)單向閥，實現坐(zuo)(zuo)封(feng)。

3　室內實驗
3.1　含水率對流量測試的影響
        （１）介質：柴油和水兩相。
        （２）方式：在垂直狀態下進行流量標定，流量從０、１、２、⋯、１０m３／d，分別選擇含水率為１００％、８０％、４０％進行流量測試實驗。
       ; （３）對流量(liang)刻度進行曲(qu)線(xian)擬合。

        實驗結(jie)果表明，金屬管(guan)浮(fu)子(zi)流(liu)(liu)量計啟動流(liu)(liu)量為０暢(chang)５m３／d，可對低液量井(jing)進(jin)行測(ce)試(shi)(shi)；不(bu)同含(han)水率的流(liu)(liu)量測(ce)試(shi)(shi)曲線基本(ben)重合(he)，說明浮(fu)子(zi)位置的變化(hua)只與通(tong)過浮(fu)子(zi)流(liu)(liu)體的流(liu)(liu)量相關，流(liu)(liu)體含(han)水率對金屬管(guan)浮(fu)子(zi)流(liu)(liu)量計測(ce)試(shi)(shi)結(jie)果的影響可忽略。

3.2　儀器傾角對流量測試的影響
        （１）介質：柴油和水兩相。
        （２）方式：將儀器分別處于水平狀態０°和負角度－３０°（即進液口高于出液口）狀態下，流量從０、１、２、⋯、１０m３／d，分別選擇含水率為１００％、８０％、４０％進行流量測試實驗。
        （３）對流量刻度進行(xing)曲線擬(ni)合。

        實驗(yan)結(jie)果表明，當(dang)(dang)井筒處于(yu)水(shui)平狀態(tai)甚至負(fu)角度狀態(tai)下，盡管(guan)流(liu)體(ti)的(de)型態(tai)為層(ceng)流(liu)或逆向流(liu)，但對金屬管(guan)浮子流(liu)量計和含水(shui)率(lv)的(de)測(ce)(ce)試(shi)結(jie)果影響較小，非常大誤差僅４％。分(fen)(fen)(fen)析認為這(zhe)是由于(yu)浮子位置變化只與進(jin)入錐(zhui)形管(guan)空間流(liu)體(ti)流(liu)量有(you)關，基本克服了油、水(shui)的(de)分(fen)(fen)(fen)層(ceng)流(liu)動使(shi)渦輪流(liu)量計響應變得復(fu)雜的(de)問題。當(dang)(dang)流(liu)體(ti)經過(guo)電容＋阻抗式持水(shui)率(lv)儀(yi)時，由于(yu)在(zai)圓周上(shang)配置多個持水(shui)率(lv)傳感器(qi)，能夠很(hen)好地解決常規儀(yi)器(qi)只能中心采樣不能探測(ce)(ce)到(dao)的(de)全截面流(liu)體(ti)的(de)問題，可以清(qing)楚地分(fen)(fen)(fen)辨出油和水(shui)。

4　現場應用
        ２０１６年(nian)２月在(zai)長慶油田CP?井(jing)首次(ci)開展水(shui)(shui)平井(jing)存儲式金(jin)(jin)屬(shu)管浮(fu)子流(liu)(liu)量計井(jing)下(xia)(xia)先導性試(shi)驗(yan)(yan)，該井(jing)射孔(kong)９段(duan)，測試(shi)前日產(chan)液１６暢(chang)０７m３，含(han)(han)(han)水(shui)(shui)１００％。為了驗(yan)(yan)證(zheng)流(liu)(liu)量、含(han)(han)(han)水(shui)(shui)測試(shi)準確性，對該井(jing)射孔(kong)段(duan)１進行雙封(feng)單(dan)(dan)卡工藝測試(shi)，同時地面單(dan)(dan)獨(du)測量該段(duan)產(chan)液量并(bing)化驗(yan)(yan)含(han)(han)(han)水(shui)(shui)，測試(shi)管柱(zhu)見(jian)圖４。該井(jing)儀(yi)器設(she)置采樣間(jian)隔為１０min，３５d后起出，測試(shi)結(jie)果顯(xian)示射孔(kong)段(duan)１單(dan)(dan)層(ceng)流(liu)(liu)量為３暢(chang)７７m３／d，含(han)(han)(han)水(shui)(shui)９８暢(chang)６％（見(jian)圖５）；同時，地面單(dan)(dan)獨(du)測量射孔(kong)段(duan)１的日產(chan)液為３暢(chang)５８m３，含(han)(han)(han)水(shui)(shui)１００％。測試(shi)流(liu)(liu)量和含(han)(han)(han)水(shui)(shui)與實際單(dan)(dan)量和化驗(yan)(yan)結(jie)果接近，說明(ming)存儲式產(chan)液剖(pou)面測試(shi)儀(yi)首次(ci)在(zai)水(shui)(shui)平井(jing)井(jing)下(xia)(xia)試(shi)驗(yan)(yan)取得成功，證(zheng)明(ming)了井(jing)下(xia)(xia)金(jin)(jin)屬(shu)管浮(fu)子流(liu)(liu)量計應用于低液量水(shui)(shui)平井(jing)產(chan)液剖(pou)面測試(shi)可行。

5　結　論
        （１）井下存儲式金屬管浮子流量計啟動流量小于０.５m３／d，且不受井筒出砂影響，彌補了渦輪流量計不適應低液量水平井的不足，提高了低液量水平井測試結果的準確性。
        （２）室內動態實驗表明，無論是垂直、水平及傾斜情況下，金屬管浮子流量計響應特性均不敏感于含水率，擁有非常好的不依賴于流型的特性。
        （３）測試儀器隨油管下入目的層，無需電纜和爬行器，一趟管柱即可完成水平井產液剖面測試，大幅度降低了產液剖面測試成本。
        （４）測試結果包(bao)含流量、含水(shui)、壓力和(he)溫度等(deng)儲(chu)層流體物性參數，可進行(xing)各射孔段產能評價、判斷井筒出水(shui)位(wei)置，為低液量水(shui)平井控水(shui)穩油措施提(ti)供依(yi)據。

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