摘要(yao):水平井産(chan)液剖面測(ce)試使用的(de) 渦輪流量(liang)計 受啓動(dong)流量影響(xiang),不适應于(yu)低液量水(shui)平井測試(shi)。研制了适(shi)👅用于小流(liu)量測試的(de)井下存儲(chu)式浮子流(liu)量計 ,并與(yu)溫度、壓力(li)、含水測試(shi)傳感器組(zu)成井下存(cun)儲式水👄平(ping)井産液㊙️剖(pou)面測試儀(yi),該儀器随(sui)油管下人(ren)水平井段(duan)💔,無需電纜(lan)🏒和爬行器(qi),可在油井(jing)正常生産(chan)的情況下(xia)連續工作(zuo)一個月,提(ti)高了🏃🏻‍♂️低液(ye)量水平井(jing)産液🌈剖面(mian)測試🚶的正(zheng)确率👉率和(he)成功☔率。室(shi)内實驗和(he)現場先導(dao)性試驗表(biao)明,井下浮(fu)子流量計(ji)應☀️用于水(shui)平井産液(ye)剖面測試(shi)可行，爲低(di)滲透油田(tian)水平井産(chan)液剖面的(de)流量測試(shi)提📱供了新(xin)途徑。
0引言(yan)
　　水平井産(chan)液剖面測(ce)試技術是(shi)從油套環(huan)空通過電(dian)纜或連🛀續(xu)油管将産(chan)液剖面測(ce)試儀器輸(shu)送至射孔(kong)段，在抽油(you)機不停抽(chou)情況下采(cai)用渦輪流(liu)量計、持水(shui)率儀實時(shi)監測流量(liang)、含水，該技(ji)術的優點(dian)是能在抽(chou)油機不停(ting)🈚抽的情況(kuang)下獲得井(jing)✨下分段的(de)🔅流量、含水(shui)💋率等數據(ju)[13]。但是,常規(gui)産液剖面(mian)測試在水(shui)平井中面(mian)🌐臨水平段(duan)多相📱流體(ti)分層、電纜(lan)無法下人(ren)等問✊題,主(zhu)要采用MAPS陣(zhen)列式測💁井(jing)儀和爬行(hang)器等解決(jue)方案[46]。然而(er),産液剖面(mian)使用的渦(wo)輪流量計(ji)在5%in"套管井(jing)中流量小(xiao)于50m³/d時.渦輪(lun)✂️啓動困難(nan)門🐉,不适用(yong)于低液量(liang)水平井産(chan)液剖面測(ce)試;爬行器(qi)受井簡環(huan)境影響,測(ce)試成功率(lü)不高且測(ce)試🐇作業費(fei)用昂貴🔞。
　　油(you)田水平井(jing)日産液小(xiao)于20m³的井占(zhan)總井數的(de)87%,平均單段(duan)日産液小(xiao)于2m³，低液量(liang)水平井的(de)産液剖面(mian)測試已成(cheng)爲一個🌂重(zhong)要難題。爲(wei)此,本文開(kai)展了将浮(fu)子流量計(ji)應用于水(shui)平井産液(ye)剖面測⭕試(shi)的探索研(yan)究,實現♻️了(le)無需電纜(lan)輸送儀器(qi)、提高測試(shi)正确率率(lü)、降低作📞業(ye)成本的目(mu)的。
1浮子流(liu)量計
1.1結構(gou)和原理
　　浮(fu)子流量計(ji) 由一個錐(zhui)形管和一(yi)個置于錐(zhui)形管中可(ke)以上下自(zi)由移動的(de)浮子組成(cheng)(見圖1)。流量(liang)計本體兩(liang)端用法蘭(lan)連接或螺(luo)紋連接的(de)方式垂直(zhi)安裝在測(ce)量管路上(shang)🈚,使流體自(zi)下而上流(liu)過流量計(ji)，推動浮🏃🏻‍♂️子(zi)。由于節流(liu)♋作用,使上(shang)下遊産生(sheng)壓差△p,由于(yu)該壓差的(de)存在,使得(de)浮子受到(dao)迎面的壓(ya)差阻力，在(zai)該阻力的(de)作用下,浮(fu)子在錐管(guan)中上升，流(liu)通面積A增(zeng)大,環隙中(zhong)流體的平(ping)均速度減(jian)♉小，直到❄️該(gai)阻力與浮(fu)子的自重(zhong)和浮力相(xiang)平衡時，浮(fu)子停留在(zai)某-高度。流(liu)量Qv越大📧,浮(fu)子停留的(de)高度h越高(gao)。在穩定情(qing)況下，浮子(zi);懸浮的高(gao)度h與通過(guo)🆚流量計的(de)體積Qv之間(jian)有一🈚定的(de)比例關系(xi)💰爲
 
　　式中,α是(shi)浮子流量(liang)計的流量(liang)系數;Df是浮(fu)子的最大(da)直徑;Af是浮(fu)子迎面流(liu)體面積;Vf是(shi)浮子的體(ti)積;ρf是浮子(zi)材料密度(du);p是錐管的(de)錐角;ρ是流(liu)體介質密(mi)度;h是浮子(zi)高度。
　　對于(yu)一定的流(liu)量計和流(liu)體,式(1)中的(de)Df、Af、Vf、ρf、φ、ρ等均爲常(chang)數，因💯此😘,隻(zhi)要保持α爲(wei)常數,則流(liu)量Qv與浮子(zi)高度h之間(jian)就存在近(jin)⛹🏻‍♀️似線性關(guan)系。
　　因此，可(ke)以将這種(zhong)對應關系(xi)直接刻度(du)在流量計(ji)的🈲錐管上(shang)，根👌據浮子(zi)的高度直(zhi)接讀出流(liu)量值，或通(tong)過電存儲(chu)方☔式将流(liu)量信号(即(ji)浮子的位(wei)置信号)記(ji)錄。
 
1.2浮子流(liu)量計的特(te)點
　　由于浮(fu)子流量計(ji)在測量過(guo)程中始終(zhong)保持節流(liu)件🈲前後的(de)壓差不變(bian)，通過改變(bian)流通面積(ji)實現流量(liang)的測量。①幾(ji)乎🤞不會遇(yu)到砂卡的(de)現象，與渦(wo)輪流量計(ji)相🐕比受井(jing)😘簡環境的(de)影響小;②可(ke)接收微小(xiao)流量信号(hao),實;現低液(ye)量井流量(liang)測🌐試;③浮子(zi)的高度取(qu)決于液體(ti)的流量,氣(qi)體對測量(liang)結果影響(xiang)很小間。
2井(jing)下存儲式(shi)水平井産(chan)液剖面測(ce)試儀
　　借鑒(jian)常規浮子(zi)流量計，同(tong)時考慮到(dao)水平井中(zhong)儀器☔無法(fa)通過電🍓纜(lan)在水平段(duan)下放,使用(yong)爬行器價(jia)格昂貴且(qie)受井簡環(huan)境影響故(gu)🎯障率高等(deng)因素，設計(ji)了适用于(yu)低液量水(shui)平井産液(ye)剖面🔱測試(shi)的井下浮(fu)子流量計(ji)，同時與溫(wen)度、壓力、含(han)水測試傳(chuan)感器💘以及(ji)電路系統(tong)組成井下(xia)存儲式水(shui)平井産液(ye)剖⛷️面測試(shi)儀，該儀器(qi)和油管連(lian)接後一起(qi)下入到射(she)孔段，可以(yi)連續☀️監測(ce)多段壓裂(lie)水平井産(chan)液信息。
2.1水(shui)平井井下(xia)浮子流量(liang)計設計
水(shui)平井井下(xia)浮子流量(liang)計由浮子(zi)、推杆、滑套(tao)、線圈、彈🏒簧(huang)、流量護管(guan)、單流閥等(deng)組成(見圖(tu)2)。
 
　　工(gong)作原理:給(gei)浮子感應(ying)線圈上提(ti)供恒定的(de)電流激勵(li)，當井下流(liu)體通過過(guo)流通道，推(tui)動浮子移(yi)動，銜鐵發(fa)生位移,引(yin)起感應線(xian)圈中磁阻(zu)變化,産生(sheng)感應電動(dong)勢,感應電(dian)動勢經濾(lü)波放大,輸(shu)人單片機(ji)内進行♍處(chu)理後測得(de)流量。流量(liang)測量線圈(quan)采用差分(fen)結構,溫漂(piao)小,在流量(liang)線圈外加(jia)屏蔽層,減(jian)少外部對(dui)流量測🌈量(liang)的幹擾;自(zi)感傳感器(qi)可以測量(liang)0.01μm~50mm的機械位(wei)移,具有測(ce)量精度高(gao)、靈敏度高(gao)、線性好、結(jie)構簡單、性(xing)能可靠等(deng)優點。
2.2含水(shui)率、溫度和(he)壓力測量(liang)設計
　　含水(shui)率測試儀(yi)采用電容(rong)式含水率(lü)傳感器和(he)阻抗式含(han)🐕水率傳感(gan)器組合設(she)計,分别測(ce)試流體的(de)電容值和(he)🐪電導率,可(ke)以适應低(di)含水和高(gao)含水傳感(gan)器組合,可(ke)以精準測(ce)量含水🤞率(lü)。
　　溫度測量(liang)原理:給PT1000提(ti)供恒流激(ji)勵，當井溫(wen)變化時,PT1000的(de)阻值也會(hui)發生變化(hua),測量電路(lu)輸出與溫(wen)度成正比(bi)的差㊙️動電(dian)壓信号,經(jing)過單片機(ji)AD采集，得到(dao)溫度信号(hao)✂️。
　　壓力測量(liang)原理:壓力(li)傳感器采(cai)用恒壓供(gong)電電路，輸(shu)出與壓力(li)成正比的(de)壓力差動(dong)電壓信号(hao),經過單片(pian)機AD采集,得(de)到壓力信(xin)号。
2.3儀器功(gong)耗設計
　　儀(yi)器選用容(rong)量爲9Ah的高(gao)溫電池，采(cai)樣間隔有(you)多種類✍️型(xing)可供選擇(ze),最小可設(she)置爲3s。儀器(qi)工作30d最大(da)功耗設計(ji)如下。
(1)當儀(yi)器采樣間(jian)隔設置爲(wei)3s時。每間隔(ge)3s需要采集(ji)1次數據,采(cai)集0.8s,此時💁總(zong)電流不超(chao)過25mA。1個月的(de)耗電量4.8Ah。
(2)當(dang)儀器不工(gong)作時,進人(ren)休眠狀态(tai)。總電流不(bu)超過100μA。1個月(yue)耗電🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量0.072Ah.
(3)儀(yi)器每采集(ji)87組數據(87X3s==261s)進(jin)行一次數(shu)據存儲。存(cun)儲時間爲(wei)0.6s,總電❓流不(bu)超過50mA。1個月(yue)耗電量0.082Ah。
(4)儀(yi)器1個月最(zui)大耗電量(liang)4.954Ah。儀器可在(zai)井下連續(xu)工作1個半(ban)月以上。
2.4水(shui)平井産液(ye)剖面測試(shi)儀結構及(ji)原理
　　井下(xia)存儲式水(shui)平井産液(ye)剖面測試(shi)儀由浮子(zi)流量計、含(han)水探頭、溫(wen)度探頭.壓(ya)力傳感器(qi)、測量電路(lu)、供電電池(chi)組成🚶‍♀️(見圖(tu)🤞3)。當正常産(chan)液時，坐封(feng)單向閥截(jie)止，流體通(tong)過進液口(kou),推動浮子(zi)移動，從而(er)測❄️得流量(liang)。流體由過(guo)流通道流(liu)經溫度探(tan)頭、壓❓力探(tan)頭與含水(shui)探頭㊙️時,可(ke)測得流🏃‍♂️體(ti)含水率、壓(ya)力與溫度(du),最☂️後通過(guo)出液口流(liu)出。坐封時(shi),浮子保護(hu)單向💔閥截(jie)止,流體從(cong)隔離管與(yu)外護👌管環(huan)空過流通(tong)道流過,打(da)開坐封單(dan)向閥,實現(xian)坐封。
3室内(nei)實驗
3.1含水(shui)率對流量(liang)測試的影(ying)響
(1)介質:柴(chai)油和水兩(liang)相。
(2)方式:在(zai)垂直狀态(tai)下進行流(liu)量标定,流(liu)量從0、1、2.....10m³/d,分别(bie)選擇含水(shui)率爲📐100%、80%、40%進行(hang)流量測試(shi)實驗。
(3)對流(liu)量刻度進(jin)行曲線拟(ni)合。
實驗結(jie)果表明,浮(fu)子流量計(ji)啓動流量(liang)爲0.5m/d,可對低(di)液量井進(jin)行測🌂試;不(bu)同含水率(lü)的流量測(ce)試曲線基(ji)本重合,說(shuo)明浮子位(wei)置的變☔化(hua)隻與通過(guo)浮子流體(ti)的流量相(xiang)🔴關,流體含(han)水率🧑🏽‍🤝‍🧑🏻對浮(fu)子流量計(ji)👨‍❤️‍👨測試結果(guo)的影響可(ke)忽略。.
3.2儀器(qi)傾角對流(liu)量測試的(de)影響
(1)介質(zhi):柴油和水(shui)兩相。
(2)方式(shi):将儀器分(fen)别處于水(shui)平狀态0°和(he)負角度一(yi)30°(即進液口(kou)高于出液(ye)口)狀态下(xia)，流量從0、1、2..10m³/d,分(fen)别選擇含(han)水率爲100%、80%、40%進(jin)行流量測(ce)試實驗。
(3)對(dui)流量刻度(du)進行曲線(xian)拟合。
　　實驗(yan)結果表明(ming)，當井簡處(chu)于水平狀(zhuang)态甚至負(fu)角度狀态(tai)下,盡管流(liu)體的型态(tai)爲層流或(huo)逆向流,但(dan)對浮📱子流(liu)量計和含(han)水率的測(ce)試結果影(ying)響較小，最(zui)大誤差僅(jin)4%。分析認爲(wei)這是由于(yu)浮子💋位置(zhi)變化隻與(yu)進入錐形(xing)管空間流(liu)體流量有(you)關,基本克(ke)服了油、水(shui)的分層流(liu)動使渦輪(lun)流量計響(xiang)應變得複(fu)雜的問題(ti)。當流🐪體經(jing)過電容🔆+阻(zu)🔆抗式持水(shui)率儀時,由(you)于在圓周(zhou)上配置多(duo).個持水率(lü)傳💜感器,能(neng)💃🏻夠很好地(di)解決常規(gui)儀器隻💞能(neng)中心采樣(yang)不能❌探測(ce)到的全截(jie)面流體的(de)問題,可以(yi)清楚地分(fen)辨出油和(he)水。
 
4現場應(ying)用
　　2025年11月在(zai)長慶油田(tian)CP-X井首次開(kai)展水平井(jing)存儲式浮(fu)子🌈流量計(ji)井下先導(dao)性試驗,該(gai)井射孔9段(duan),測試前日(ri)産液16.07m³,含水(shui)100%。爲了驗證(zheng)流🧡量、含水(shui)測試正确(que)率,對該井(jing)射🐇孔段1進(jin)行雙封單(dan)卡江🙇‍♀️藝測(ce)試🙇‍♀️,同時地(di)面單獨測(ce)量該段産(chan)液量并化(hua)驗含水,測(ce)試管柱見(jian)圖4。
 
　　該(gai)井儀器設(she)置采樣間(jian)隔爲10min,35d後起(qi).出,測試結(jie)果顯示射(she)孔段1單🔴層(ceng)流量爲3.77m³/d,含(han)水98.6%(見圖5);同(tong)時,地面單(dan)獨測量射(she)孔段1的日(ri)産💚液爲3.58m³,含(han)水100%。測試流(liu)量和含水(shui)與實際單(dan)量和化驗(yan)結果接近(jin)🌏,說明存儲(chu)式産液剖(pou)面測試儀(yi)首次在水(shui)平井井下(xia)試驗取得(de)成功,證明(ming)了井下浮(fu)子流量計(ji)應用于低(di)液量水平(ping)井産液剖(pou)面測試可(ke)行。
 
5結(jie)論
(1)井下存(cun)儲式浮子(zi)流量計啓(qi)動流量小(xiao)于0.5m³/d,且不受(shou)井筒出砂(sha)影響,彌補(bu)了渦輪流(liu)量計不适(shi)應低液量(liang)水🌈平井的(de)不☂️足，提🛀高(gao)了低液🎯量(liang)水平井測(ce)試結果的(de)正确率。
(2)室(shi)内動态實(shi)驗表明,無(wu)論是垂直(zhi)、水平及傾(qing)斜情況下(xia)❄️,浮子🤩流量(liang)計響應特(te)性均不敏(min)感于含水(shui)率，擁有非(fei)常好的不(bu)依㊙️賴于🔆流(liu)型的特性(xing)。
(3)測試儀器(qi)随油管下(xia)入目的層(ceng),無需電纜(lan)和爬行器(qi),一趟管柱(zhu)即㊙️可完成(cheng)水平井産(chan)液剖面測(ce)試,大幅度(du)降低了産(chan)液剖面測(ce)👉試成本。
(4)測(ce)試結果包(bao)含流量,含(han)水、壓力和(he)溫度等儲(chu)層流體物(wu)♈性參數,可(ke)進行各射(she)孔段産能(neng)評價.判斷(duan)井簡出水(shui)位置,爲👨‍❤️‍👨低(di)液量水♻️平(ping)井控水穩(wen)油措施提(ti)供依據。

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