摘要(yào):介紹了适(shi)用于井下(xia)浮子流量(liàng)計 的結構(gou)設計、工作(zuo)原理，地面(mian)模拟實驗(yàn)及在青海(hǎi)油田現場(chang)應用效果(guo)表明,該流(liú)量計具有(you)啓動流量(liàng)低、測量範(fàn)圍寬,能夠(gou)應用于井(jing)下油水兩(liang)相流及産(chan)液含砂井(jing)的流量測(ce)量。
0引言
　　目(mu)前國内油(yóu)井過環空(kōng)産出剖面(miàn)測井的流(liu)量測量以(yi) 渦輪流量(liang)計 爲主四(sì)，由于受儀(yi)器外徑和(hé)集流效果(guo)限制，渦輪(lún)流量計通(tōng)常存在如(rú)下缺點:流(liu)量測量範(fàn)圍小，或者(zhě)啓動排量(liàng)過高或者(zhe)測量流量(liang)上限太低(di);砂卡普遍(bian)較爲嚴重(zhòng),不能測量(liàng)含砂流體(ti);随着三次(cì)采油技術(shù)的推廣，渦(wo)輪流量計(ji)因粘度影(ying)響,已無法(fǎ)滿足稠油(you)及注聚産(chan)液測量。因(yin)此,準确的(de)流量測量(liàng)對新型流(liu)量計的需(xu)求顯得愈(yù)加迫切。
1浮(fu)子流量計(ji)結構設計(ji)及工作原(yuan)理
1.1浮子流(liú)量計結構(gòu)
　　爲了達到(dao)降低流量(liang)測量下限(xian),提高流量(liàng)測量上限(xian),進而拓寬(kuan)流量測量(liang)範圍,同時(shi)也爲了有(yǒu)效防止砂(shā)卡,客服流(liú)體粘度影(ying)響,從而達(da)到測量含(han)砂流體或(huo)注聚産液(ye)目的,井下(xià)浮子流量(liang)計的結構(gòu)設計如圖(tú)1所示。

　　位移(yi)傳感器外(wài)殼1主要用(yòng)于封裝位(wei)移傳感器(qi)2~8等部件;位(wei)移傳感器(qi)是差動變(bian)壓器式傳(chuan)感器,其内(nèi).部鐵芯3用(yòng)于傳遞浮(fú)子位移、速(sù)度;浮子6置(zhì)于流道中(zhong)央進液口(kou)處進行流(liu)量測量;下(xià)壓彈簧4固(gù)定于差動(dong)變壓器式(shi)傳感器2下(xia)端,用于提(tí)高流量上(shang)限;浮子活(huó)動範圍由(you)出液口短(duan)接5長度所(suǒ)限;上托彈(dan)簧7用于降(jiàng)低流量下(xià)限。
1.2浮子流(liú)量計工作(zuò)原理
　　流體(ti)由進液口(kǒu)進入儀器(qi)流道,推動(dòng)浮子,浮子(zǐ)上移過程(chéng)中,流體在(zài)出液口處(chù)的流通截(jie)面積逐漸(jiàn)增大,不同(tong)的流量對(dui)應不同的(de)流通截面(mian)積,截面積(jī)的變化轉(zhuan)化爲浮子(zǐ)的位移，進(jìn)而不同的(de)流量又轉(zhuan)化爲浮子(zǐ)的不同位(wèi)移,即:流量(liàng)一->面積一(yī)->位移。此位(wèi)移再由内(nei)部鐵芯傳(chuán)遞給差動(dong)變壓器式(shì)傳感器,位(wèi)移傳感器(qì)通過測量(liàng)浮子位移(yí)位移傳感(gan)器通過測(cè)量浮子位(wèi)移量來測(cè)量流體流(liú)量。
1.3浮子流(liú)量計特點(diǎn)
　　浮子式流(liú)量計在地(di)面計量中(zhong)是一種成(chéng)型産品，投(tóu)人實際應(yīng)用的已好(hao)多種,但由(you)于結構設(she)計限制，各(gè)式型号的(de)浮子式流(liú)量計一直(zhi)未能在井(jǐng)下過環空(kong)産出剖面(miàn)流量測量(liang)中得到較(jiào)好應用。所(suo)述井下浮(fú)子流量計(ji),綜合以往(wǎng)各式浮子(zǐ)流量計特(te)點的基礎(chǔ)上,針對渦(wō)輪流量計(jì)所存缺陷(xian),面向目前(qián)新時期流(liu)量測量特(te)點,從結構(gou)設計角度(dù)出發,經多(duō)方優化設(she)計而成,主(zhu)要應用于(yu)井下過環(huan)空産出剖(pou)面穩定流(liu)态點測,其(qi)特點如下(xià):
(1)爲流體提(tí)供的流通(tong)通道短,浮(fú)子上、下兩(liang)處裝置兩(liǎng)根輔助彈(dàn)簧。在浮子(zi)上移過程(chéng)中,流體在(zài)出液口處(chù)的流通截(jie)面積逐漸(jian)增大,流體(tǐ)對浮子的(de)沖擊減弱(ruo),因此可通(tong)過加長浮(fu)子位移量(liang)提高流量(liang)上限;在高(gao)流量範圍(wei)内,在流通(tōng)面積的增(zēng)加量不足(zu)以滿足測(ce)量範圍要(yào)求時,浮子(zǐ)向上壓縮(suō)下壓彈簧(huang),下壓彈簧(huang)彈力克服(fú)相當部分(fèn)流動壓力(lì)及浮子自(zì)身浮力，使(shi)流量計不(bú)至于很快(kuai)飽和産出(chū)，因此可以(yǐ)通過增加(jiā)下壓彈簧(huáng)倔強系數(shu)提高流量(liàng)測量上限(xiàn);
(2)從啓動到(dào)下托彈簧(huáng)共工作工(gōng)程中，下托(tuō)彈簧使浮(fu)子處于受(shou)力平衡狀(zhuang)态，因而流(liú)量測量幾(jǐ)乎無須克(ke)服浮子自(zì)重而實現(xian)低啓動排(pai)量,極大程(chéng)度上降低(di)了流量測(ce)量下限;
(3)浮(fú)子與流通(tōng)内壁距離(lí)遠大于流(liú)體内含砂(shā)的.粒徑,能(neng)夠用于含(han)砂流體的(de)測量，很好(hao)的解決了(le)渦輪流量(liàng)計所無法(fǎ)克服的砂(sha)卡問題。
1.4浮(fu)子流量計(ji)流量測量(liàng)過程力學(xue)分析
　　井下(xià)浮子流量(liang)計的測量(liàng)原理既符(fú)合傳統浮(fu)子流量計(jì)的測量原(yuán)理,又有一(yi)定區别。該(gāi)流量計工(gong)作時,浮子(zǐ)的受力、位(wèi)移不斷變(bian)化,此過程(cheng)大體分爲(wèi)四個階段(duan):.
1.4.1零流量
　　浮(fu)子6由上托(tuo)彈簧8托扶(fú),上托彈簧(huang)8被壓縮，浮(fú)子6處于平(ping)衡位置,其(qi)力學關系(xi)式爲:
M+M2+M3=0(1)
　　其中(zhōng)，M是上托彈(dàn)簧的彈力(li);M2是浮子所(suo)受的浮力(lì);Ms是浮子所(suo)受的重力(lì)。上托彈簧(huang)力M和浮力(lì)M.克服浮子(zǐ)自身重力(lì)M3，受力平衡(heng),零流量時(shi)浮.子靜止(zhǐ)，此時稍加(jia)流量,處于(yu)平衡狀态(tài)的浮子即(jí)可産生位(wèi)移,降低了(le)啓動排量(liang),帶人各自(zì)的表達式(shì)得:
ki△x+ρgV-mg=0(2)
　　k1上托彈(dan)簧倔強系(xì)數;△x.上托彈(dàn)簧的壓縮(suō)長.度;流體(tǐ)密度ρ;g重力(lì)加速度;V浮(fu)子體積;m浮(fu)子質量。
1.4.2低(di)流量
　　在流(liú)動壓力作(zuò)用下,浮子(zi)6.上浮,其位(wei)移量由位(wei)移傳感器(qì)2測量,流體(tǐ)在出液口(kǒu)位置的流(liu)通截面積(jī)增大,浮子(zǐ)6在新的位(wèi)置達到平(píng)衡,其力學(xué)關系式爲(wèi):
F(Q)+kiOx+ρgV-mg≈0(3)
　　其中F(Q)爲流(liú)動壓力,該(gai)力是浮子(zǐ)上下的流(liú)體壓力差(chà)，流體流出(chu)出液口後(hòu),以扇狀發(fa)散向上流(liú),設S1、S2分别是(shì)流束在浮(fú)子上下的(de)流通截面(miàn)積;PIP2分别爲(wèi)浮子上下(xià)的壓力;V1、V2爲(wèi)流體在S.S2截(jié)面積上的(de)流速。流體(ti)滿足伯努(nu)利方程:

　　其(qi)中ρ、v~g、h分别是(shi)流體密度(dù)、流速、重力(li)加速度、液(ye)壓高度,流(liu)動壓力爲(wèi):
F(Q)=P2-P:(5)
(4)代人(5)整理(li)後得:
F(Q)=ρg(h2-h)+zρ(v2v2)(6)
又Q、S、v關(guan)系:
Q=vS(7)
其中Q、S爲(wei)流體流量(liàng)、流通截面(mian)積。
Qi=vS:(8)
Q2=v2Sz(9)
流量一(yī)定時，流量(liang)計内與井(jing)筒内流量(liàng)相等,即:
Qi=Q2z(10)
v.Si=v2S2(11)
忽(hu)略浮子的(de)垂直高度(dù)差,(8)(9)(10)帶人(6)得(de):

此式同時(shi)說明流動(dong)壓力F(Q)與流(liú)體的流量(liàng)Q的平方成(cheng)正比。
1.4.3中流(liú)量
　　随着流(liu)量增加,當(dang)流量足夠(gou)大時,浮子(zǐ)脫離.上托(tuo)彈簧8,但未(wèi)觸及下壓(yā)彈簧4,浮子(zi)懸浮于流(liu)體當中,上(shang)托、下壓彈(dan)簧的形變(biàn)均爲零。在(zài)該流量範(fan)圍内,重力(li)、浮力、流體(tǐ)推動力達(dá)到新的平(ping)衡,浮子6的(de)力學關系(xì)式爲:
F(Q)=+ρgV-mg=0(13)
1.4.4高流(liu)量
　　進人高(gāo)流量後,浮(fu)子向上壓(yā)縮下壓彈(dàn)簧4,此時浮(fu)子受重力(li)、浮力、流體(ti)推力、下壓(yā)彈簧反向(xiàng)推力,
其力(li)學關系式(shi)爲:F(Q)-kxΔx+pgV-mg=O(14)

2方法實(shi)驗
　　方法實(shi)驗介質爲(wèi)柴油、水兩(liang)相流:含水(shui)率調節爲(wei)0、30%、50%、70%、80%、90%、100%;在每一含(han)水率.下,流(liú)量調節爲(wei)1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d、8m3/d、9m3/d、100m3/d,記錄各含(han)水率下不(bú)同流量時(shi)浮子流量(liàng)計輸出頻(pín)率的變化(huà)量,得到井(jing)下浮子流(liú)量計在油(yóu)水兩相流(liú)條件下的(de)方法實驗(yan)結果(圖2)。圖(tú)中橫坐标(biao)是配比流(liu)量(m3/d),縱坐标(biāo)是儀器輸(shū)出頻率(Hz)。

　　由圖2可以(yi)看出,浮子(zǐ)的啓動流(liu)量很低爲(wei)1m2/d,流量.上限(xiàn)達70m3/d;在0、30%、50%、70%、80%、90%、100%每一(yi)含水率不(bú)同流量下(xià),浮子流量(liàng)計頻率響(xiang)應有較好(hao)的線性關(guān)系;在1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d8m3/d、9m3/d、100m3/d每一(yī)流量下，不(bú)同含水率(lü)下儀器輸(shū)出頻率離(li)散性很小(xiao)。
3現場應用(yong)及分析
　　多(duō)待測油井(jǐng)井況比較(jiào)特殊,以往(wǎng)的測井儀(yí)器根本無(wu)法下井,而(ér)且大都爲(wèi)含砂井,砂(shā)卡普遍較(jiao)爲嚴重,渦(wo)輪流量計(ji)根本無法(fa)應用，無法(fǎ)進行産量(liàng)測量”。井下(xia)浮子流量(liàng)計憑借自(zi)身結構設(shè)計等方面(miàn)的優勢,配(pei)接于産出(chu)剖面測井(jǐng)儀，上，采用(yong)傘式集流(liú)器在這些(xie)油田成功(gong)的實現了(le)流量測量(liang)。圖3爲青海(hǎi)油田X井測(ce)井曲線圖(tu),該井産量(liàng)爲53.3m2/d,含砂大(da)約6%。由圖中(zhōng)井溫及微(wēi)差井溫曲(qu)線可以看(kàn)出,該井主(zhu)産層在1460m-1510m,結(jié)合磁定位(wèi)曲線所示(shì)射孔層位(wèi)及井溫變(bian)化曲線可(ke)定性的判(pan)斷出四個(gè)主要産層(céng),大緻分布(bu)在深度爲(wei)1470m~1475m，1480m附近，1485~1490m,1495m附近(jìn)，1500m附近開始(shǐ)進人死水(shui)口。

　　根據射(she)孔深度、井(jǐng)溫曲線波(bo)動,該浮子(zǐ)流量計的(de)測點深度(dù)分别選取(qu)在1475.4m、1478.9m、1484.6m、1489.1m、1493.6m,相應射(she)孔深度的(de)點測響應(ying)值分别爲(wèi)960Hz.947Hz、837Hz、762Hz、646Hz,不同的頻(pin)率值對應(yīng)不同的産(chan)量,表明浮(fú)子流量計(jì)在主産層(céng)工作正常(cháng),能夠實現(xian)對各産層(céng)産量進行(hang)準确測量(liàng),并且測量(liàng)不受限于(yu)含砂流體(tǐ),可以用于(yu)含砂井的(de)流量測量(liang)。表1是将圖(tu)4浮子流量(liàng)計測井頻(pin)率響應曲(qǔ)線圖中深(shēn)度與頻率(lǜ)對應關系(xì)轉化成深(shēn)度及流量(liang)對應關系(xì)。選取1500m死水(shuǐ)區頻率爲(wèi)260Hz(浮子流量(liàng)計基值)作(zuo)爲基值,其(qi)他測點頻(pín)率響應與(yǔ)之分别作(zuo)差頻,根據(jù)方法實驗(yan)結果,找出(chu)各差頻值(zhi)對應的流(liu)量,死水區(qu)選0m2/d.
選取表(biǎo)1中的測點(dian)深度值爲(wei)橫坐标，流(liu)量作爲縱(zong)坐标，繪制(zhì)浮子流量(liàng)計深度-流(liú)量測井曲(qǔ)線(見圖4)。
4結(jié)論
　　井下浮(fu)子流量計(jì)流量測量(liang)原理的正(zheng)确性已經(jīng).由室内及(jí)現場實驗(yàn)證實,而且(qie)青海油田(tián)現場測量(liang)結果表明(míng),該浮子式(shi)流量計的(de)流量測量(liàng)下限低,流(liu)量測量範(fàn)圍寬,能測(ce)量含砂流(liu)體,特别适(shì)合于井下(xia)流體測量(liang)。

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