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，并與溫(wen)度、壓力、含水(shui)(shui)測(ce)試(shi)(shi)傳(chuan)感器(qi)(qi)組成(cheng)井(jing)(jing)下存儲式水(shui)(shui)平(ping)井(jing)(jing)產液(ye)(ye)剖(pou)面(mian)(mian)測(ce)試(shi)(shi)儀(yi)，該儀(yi)器(qi)(qi)隨油管下入(ru)水(shui)(shui)平(ping)井(jing)(jing)段，無需(xu)電纜和爬行器(qi)(qi)，可在油井(jing)(jing)正常生產的情況下連續工(gong)作一個月(yue)，提(ti)高(gao)了(le)低液(ye)(ye)量水(shui)(shui)平(ping)井(jing)(jing)產液(ye)(ye)剖(pou)面(mian)(mian)測(ce)試(shi)(shi)的準(zhun)確率(lv)和成(cheng)功(gong)率(lv)。室內實驗和現場先導性(xing)試(shi)(shi)驗表明，井(jing)(jing)下金屬管浮子流量計應用于水(shui)(shui)平(ping)井(jing)(jing)產液(ye)(ye)剖(pou)面(mian)(mian)測(ce)試(shi)(shi)可行，為低滲透油田(tian)水(shui)(shui)平(ping)井(jing)(jing)產液(ye)(ye)剖(pou)面(mian)(mian)的流量測(ce)試(shi)(shi)提(ti)供了(le)新途徑。

0　引　言
        水(shui)平(ping)井(jing)產(chan)(chan)液(ye)剖(pou)(pou)面測(ce)(ce)(ce)試(shi)技(ji)術是從油套環(huan)(huan)空(kong)通過電纜或連續油管將產(chan)(chan)液(ye)剖(pou)(pou)面測(ce)(ce)(ce)試(shi)儀(yi)器輸(shu)送(song)至射孔段(duan)(duan)，在(zai)抽油機不(bu)停抽情(qing)況下采(cai)用(yong)渦輪流(liu)(liu)量計、持水(shui)率儀(yi)實(shi)時監測(ce)(ce)(ce)流(liu)(liu)量、含(han)水(shui)，該技(ji)術的(de)(de)(de)優點是能(neng)在(zai)抽油機不(bu)停抽的(de)(de)(de)情(qing)況下獲(huo)得井(jing)下分段(duan)(duan)的(de)(de)(de)流(liu)(liu)量、含(han)水(shui)率等(deng)數(shu)據［１?常蕁５?牽(qian)?９娌?浩(hao)拭(shi)娌饈(xiu)栽謁?驕?忻媼偎?蕉味嘞嗔魈(xiao)宸植恪⒌繢攣薹ㄏ氯氳任侍猓?饕?捎肕APS陣列(lie)式測(ce)(ce)(ce)井(jing)儀(yi)和爬(pa)(pa)行器等(deng)解決方案［４?叮蕁Ｈ歡???浩(hao)拭(shi)媸褂玫奈(nai)新(xin)至髁考圃冢蛋(dan)園遡n倡套管井(jing)中流(liu)(liu)量小于５０m３／d時，渦輪啟動困難［７］，不(bu)適(shi)用(yong)于低(di)液(ye)量水(shui)平(ping)井(jing)產(chan)(chan)液(ye)剖(pou)(pou)面測(ce)(ce)(ce)試(shi)；爬(pa)(pa)行器受井(jing)筒環(huan)(huan)境影響，測(ce)(ce)(ce)試(shi)成功率不(bu)高且測(ce)(ce)(ce)試(shi)作(zuo)業(ye)(ye)費用(yong)昂貴。長慶油田水(shui)平(ping)井(jing)日產(chan)(chan)液(ye)小于２０m３的(de)(de)(de)井(jing)占總(zong)井(jing)數(shu)的(de)(de)(de)８７％，平(ping)均(jun)單段(duan)(duan)日產(chan)(chan)液(ye)小于２m３，低(di)液(ye)量水(shui)平(ping)井(jing)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)液(ye)剖(pou)(pou)面測(ce)(ce)(ce)試(shi)已成為一個重要難題。為此，本文開展了將金屬管浮子流(liu)(liu)量計應用(yong)于水(shui)平(ping)井(jing)產(chan)(chan)液(ye)剖(pou)(pou)面測(ce)(ce)(ce)試(shi)的(de)(de)(de)探索研究，實(shi)現了無需電纜輸(shu)送(song)儀(yi)器、提高測(ce)(ce)(ce)試(shi)準確率、降低(di)作(zuo)業(ye)(ye)成本的(de)(de)(de)目的(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
       
        式中，α是金(jin)屬管浮(fu)(fu)子(zi)(zi)流(liu)(liu)量計(ji)的流(liu)(liu)量系數；Df是浮(fu)(fu)子(zi)(zi)的非常大(da)直徑(jing)；Af是浮(fu)(fu)子(zi)(zi)迎面(mian)流(liu)(liu)體面(mian)積；Vf是浮(fu)(fu)子(zi)(zi)的體積；ρf是浮(fu)(fu)子(zi)(zi)材料(liao)密度；φ是錐(zhui)管的錐(zhui)角；ρ是流(liu)(liu)體介質密度；h是浮(fu)(fu)子(zi)(zi)高度。

        對于一定的流量計和流體，式（１）中(zhong)的Df、Af、Vf、ρf、φ、ρ等均為(wei)常數，因此，只(zhi)要(yao)保持α為(wei)常數，則流量Qv與浮子高(gao)度h之間就(jiu)存在(zai)近似(si)線性關系。

        因此，可以將這種對應關系直接刻度(du)在流(liu)量(liang)計的錐管上，根(gen)據浮子的高度(du)直接讀出(chu)流(liu)量(liang)值，或(huo)通過電存(cun)儲(chu)方式將流(liu)量(liang)信(xin)號(hao)（即浮子的位(wei)置信(xin)號(hao)）記(ji)錄。

1.2　金屬管浮子流量計的特點
        由于(yu)金屬(shu)管浮子流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)計(ji)在測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)過(guo)(guo)程中始終保持節流(liu)(liu)(liu)件(jian)前(qian)后的(de)壓差不變，通過(guo)(guo)改(gai)變流(liu)(liu)(liu)通面(mian)積實(shi)現(xian)(xian)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)。①幾乎不會遇到砂(sha)卡的(de)現(xian)(xian)象，與渦輪流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)計(ji)相比受井筒環(huan)境(jing)的(de)影(ying)響(xiang)小(xiao)；②可接收微小(xiao)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)信號(hao)，實(shi)現(xian)(xian)低(di)液量(liang)(liang)(liang)(liang)井流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)測(ce)試；③浮子的(de)高度取決于(yu)液體(ti)的(de)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)，氣體(ti)對測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)結果影(ying)響(xiang)很小(xiao)［８］。

2　井下存儲式水平井產液剖面測試儀
        借(jie)鑒常(chang)規金屬管(guan)(guan)浮子流(liu)量計(ji)，同(tong)(tong)時(shi)考慮到水(shui)(shui)平(ping)井(jing)中儀(yi)器無法(fa)通過(guo)電纜在水(shui)(shui)平(ping)段下放，使用爬行器價格昂(ang)貴且(qie)受井(jing)筒(tong)環境影(ying)響故障率高等因素，設(she)計(ji)了適用于(yu)低液量水(shui)(shui)平(ping)井(jing)產(chan)(chan)液剖面測(ce)試(shi)的井(jing)下金屬管(guan)(guan)浮子流(liu)量計(ji)，同(tong)(tong)時(shi)與溫度、壓力、含水(shui)(shui)測(ce)試(shi)傳感器以(yi)及電路系統組成井(jing)下存儲式水(shui)(shui)平(ping)井(jing)產(chan)(chan)液剖面測(ce)試(shi)儀(yi)，該儀(yi)器和油管(guan)(guan)連接(jie)后一起下入到射(she)孔段，可以(yi)連續監測(ce)多段壓裂水(shui)(shui)平(ping)井(jing)產(chan)(chan)液信息。

2.1　水平井井下金屬管浮子流量計設計
        水平(ping)井井下金屬管浮(fu)子(zi)流(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)由浮(fu)子(zi)、推(tui)桿、滑套、線圈、彈(dan)簧、流(liu)(liu)(liu)量(liang)護管、單流(liu)(liu)(liu)閥等組成（見圖２）。

        工作原理：給(gei)浮(fu)子感(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)圈(quan)上提(ti)供恒定的(de)電流(liu)(liu)(liu)激勵(li)，當井(jing)下流(liu)(liu)(liu)體通過(guo)過(guo)流(liu)(liu)(liu)通道，推(tui)動(dong)浮(fu)子移(yi)動(dong)，銜鐵發生位移(yi)，引(yin)起感(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)圈(quan)中磁阻變化，產生感(gan)(gan)應(ying)(ying)電動(dong)勢(shi)，感(gan)(gan)應(ying)(ying)電動(dong)勢(shi)經濾波放(fang)大，輸入單(dan)片機內進行處理后測(ce)得流(liu)(liu)(liu)量(liang)。流(liu)(liu)(liu)量(liang)測(ce)量(liang)線(xian)圈(quan)采用差分結構(gou)，溫漂小，在流(liu)(liu)(liu)量(liang)線(xian)圈(quan)外(wai)加(jia)屏(ping)蔽層，減少外(wai)部對流(liu)(liu)(liu)量(liang)測(ce)量(liang)的(de)干擾(rao)；自感(gan)(gan)傳感(gan)(gan)器(qi)可以測(ce)量(liang)０暢０１μm～５０mm的(de)機械位移(yi)，具有測(ce)量(liang)精度高、靈(ling)敏度高、線(xian)性好、結構(gou)簡圖3　存(cun)儲(chu)式水平(ping)井(jing)產液剖面測(ce)試(shi)儀單(dan)、性能可靠等優點。

2.2　含水率、溫度和壓力測量設計
        含(han)水率(lv)(lv)測(ce)試儀(yi)采用電容式(shi)含(han)水率(lv)(lv)傳(chuan)感(gan)器(qi)和阻抗(kang)式(shi)含(han)水率(lv)(lv)傳(chuan)感(gan)器(qi)組合設(she)計，分(fen)別(bie)測(ce)試流(liu)體的電容值和電導率(lv)(lv)，可(ke)以(yi)適應低含(han)水和高含(han)水傳(chuan)感(gan)器(qi)組合，可(ke)以(yi)更加精準(zhun)測(ce)量含(han)水率(lv)(lv)。

        溫(wen)(wen)度測量原理：給(gei)PT１０００提供(gong)恒(heng)流激勵(li)，當井溫(wen)(wen)變化時，PT１０００的阻值(zhi)也會發生變化，測量電(dian)(dian)路(lu)輸出與溫(wen)(wen)度成正比的差動電(dian)(dian)壓信號，經過單片機AD采(cai)集，得到溫(wen)(wen)度信號。

        壓(ya)力測量原(yuan)理：壓(ya)力傳(chuan)感器采用(yong)恒(heng)壓(ya)供電(dian)電(dian)路，輸出與壓(ya)力成正比(bi)的壓(ya)力差動電(dian)壓(ya)信號(hao)(hao)，經過(guo)單片機AD采集，得(de)到壓(ya)力信號(hao)(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個月非(fei)常大耗電(dian)量(liang)４暢９５４Ah。儀器可在井下連續(xu)工作１個半(ban)月以上。

2.4　水平井產液剖面測試儀結構及原理
        井下(xia)存(cun)儲式水(shui)(shui)平(ping)井產液剖面測試儀由金屬管浮(fu)(fu)子(zi)流(liu)量(liang)計、含(han)水(shui)(shui)探(tan)頭、溫度(du)探(tan)頭、壓力(li)傳感器、測量(liang)電路、供電電池組成(cheng)（見圖３）。當(dang)正常產液時，坐封(feng)(feng)單(dan)向閥截止，流(liu)體通(tong)過(guo)(guo)進(jin)液口，推動浮(fu)(fu)子(zi)移(yi)動，從(cong)而測得流(liu)量(liang)。流(liu)體由過(guo)(guo)流(liu)通(tong)道(dao)流(liu)經溫度(du)探(tan)頭、壓力(li)探(tan)頭與含(han)水(shui)(shui)探(tan)頭時，可測得流(liu)體含(han)水(shui)(shui)率、壓力(li)與溫度(du)，非常后通(tong)過(guo)(guo)出液口流(liu)出。坐封(feng)(feng)時，浮(fu)(fu)子(zi)保護單(dan)向閥截止，流(liu)體從(cong)隔離管與外護管環空過(guo)(guo)流(liu)通(tong)道(dao)流(liu)過(guo)(guo)，打開坐封(feng)(feng)單(dan)向閥，實現坐封(feng)(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(dui)流量刻度進行曲(qu)線擬合。

        實驗(yan)結果表明(ming)，金屬管浮(fu)(fu)(fu)子(zi)(zi)流(liu)量計啟動流(liu)量為(wei)０暢５m３／d，可對低液量井進行測試；不同含水率的(de)(de)流(liu)量測試曲線基本重合(he)，說明(ming)浮(fu)(fu)(fu)子(zi)(zi)位(wei)置的(de)(de)變化(hua)只與(yu)通過(guo)浮(fu)(fu)(fu)子(zi)(zi)流(liu)體(ti)的(de)(de)流(liu)量相關，流(liu)體(ti)含水率對金屬管浮(fu)(fu)(fu)子(zi)(zi)流(liu)量計測試結果的(de)(de)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(ke)度進行曲線擬合(he)。

        實驗結果(guo)(guo)表明，當井筒(tong)處于水平狀(zhuang)態甚至負角度狀(zhuang)態下，盡管流體的(de)(de)型態為層流或逆(ni)向(xiang)流，但對(dui)金(jin)屬管浮子流量(liang)計(ji)和(he)含(han)水率(lv)的(de)(de)測試結果(guo)(guo)影響較小，非常(chang)大誤差僅４％。分(fen)(fen)析認為這是由(you)于浮子位置變化只(zhi)與進入(ru)錐形管空間流體流量(liang)有(you)關(guan)，基本克服了油(you)、水的(de)(de)分(fen)(fen)層流動使渦輪流量(liang)計(ji)響應變得(de)復雜的(de)(de)問題(ti)(ti)。當流體經(jing)過(guo)電容＋阻抗式持水率(lv)儀(yi)時，由(you)于在(zai)圓周(zhou)上配(pei)置多個持水率(lv)傳感器，能夠很好地(di)解決常(chang)規(gui)儀(yi)器只(zhi)能中心采(cai)樣不(bu)能探(tan)測到(dao)的(de)(de)全(quan)截面流體的(de)(de)問題(ti)(ti)，可以清(qing)楚(chu)地(di)分(fen)(fen)辨出油(you)和(he)水。

4　現場應用
        ２０１６年２月在長慶油田CP?井(jing)(jing)首次開展水(shui)(shui)平井(jing)(jing)存(cun)儲(chu)(chu)式金(jin)屬(shu)管(guan)(guan)浮子(zi)流(liu)(liu)量計井(jing)(jing)下(xia)先導性(xing)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)，該(gai)井(jing)(jing)射(she)孔(kong)(kong)９段，測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)前(qian)日(ri)(ri)產液(ye)１６暢(chang)(chang)０７m３，含(han)(han)水(shui)(shui)１００％。為了(le)驗(yan)證流(liu)(liu)量、含(han)(han)水(shui)(shui)測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)準(zhun)確(que)性(xing)，對(dui)該(gai)井(jing)(jing)射(she)孔(kong)(kong)段１進行(xing)雙封單卡(ka)工藝測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，同(tong)時地面單獨(du)測(ce)(ce)(ce)量該(gai)段產液(ye)量并(bing)化驗(yan)含(han)(han)水(shui)(shui)，測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)管(guan)(guan)柱見圖(tu)４。該(gai)井(jing)(jing)儀器設置采樣間隔(ge)為１０min，３５d后起(qi)出，測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)結果(guo)(guo)顯示射(she)孔(kong)(kong)段１單層流(liu)(liu)量為３暢(chang)(chang)７７m３／d，含(han)(han)水(shui)(shui)９８暢(chang)(chang)６％（見圖(tu)５）；同(tong)時，地面單獨(du)測(ce)(ce)(ce)量射(she)孔(kong)(kong)段１的日(ri)(ri)產液(ye)為３暢(chang)(chang)５８m３，含(han)(han)水(shui)(shui)１００％。測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)流(liu)(liu)量和(he)含(han)(han)水(shui)(shui)與實(shi)際單量和(he)化驗(yan)結果(guo)(guo)接近，說明存(cun)儲(chu)(chu)式產液(ye)剖面測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)儀首次在水(shui)(shui)平井(jing)(jing)井(jing)(jing)下(xia)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)取(qu)得成功，證明了(le)井(jing)(jing)下(xia)金(jin)屬(shu)管(guan)(guan)浮子(zi)流(liu)(liu)量計應(ying)用(yong)于低液(ye)量水(shui)(shui)平井(jing)(jing)產液(ye)剖面測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)可行(xing)。

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(ce)試結果包含流量、含水(shui)、壓力和溫度(du)等儲(chu)層(ceng)流體物(wu)性(xing)參數，可進(jin)行各(ge)射孔段產能評價、判斷井(jing)筒出水(shui)位置(zhi)，為低(di)液(ye)量水(shui)平井(jing)控水(shui)穩油(you)措施提供依據。

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