傘式流量計響應(yīng)圖版的研究與應(yīng)用

任大明 (中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

牛朋,趙捷,任哲 (中海油服油田技術(shù)事業(yè)部，天津 300459)

圖1 傘式流量計結(jié)構(gòu)示意圖

隨著油田開發(fā)開采進(jìn)程的進(jìn)行，單井產(chǎn)量遞減成為必然趨勢，同時大斜度井、水平井完井技術(shù)日趨成熟，實際生產(chǎn)過程中大斜度、低產(chǎn)量井?dāng)?shù)正逐漸增加。產(chǎn)出井動態(tài)監(jiān)測對油井生產(chǎn)措施調(diào)整具有重要意義[1，2]，而在大斜度、低產(chǎn)井中，受限于井下較低的流體流動速度和大斜度，常規(guī)渦輪流量計監(jiān)測精度大大降低，甚至無法獲取可用流量信息[3～6]，大斜度、低產(chǎn)井的生產(chǎn)動態(tài)監(jiān)測和措施調(diào)整成為難題。傘式流量計在到達(dá)預(yù)定層位后，傘面張開，對井下流體產(chǎn)生集流效應(yīng)，使大斜度、低產(chǎn)井的動態(tài)監(jiān)測成為可能，但同時，目前傘式流量計大多沒有相應(yīng)的響應(yīng)和解釋圖版，解釋精度受限。為此，筆者在大量試驗數(shù)據(jù)支撐基礎(chǔ)上，研究總結(jié)了實驗室內(nèi)傘式流量計的響應(yīng)規(guī)律和解釋圖版，提高了傘式流量計測井解釋精度，并在實際測井過程中進(jìn)行試驗圖版的驗證，取得了良好效果，為大斜度、低產(chǎn)井動態(tài)監(jiān)測提供了一種有效的監(jiān)測手段。

1 傘式流量計結(jié)構(gòu)與測量過程

傘式流量計主體由封隔器皮囊、金屬傘筋和渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)成(見圖1)，適用于中低產(chǎn)自噴井、抽油機井和泵采井，采用定點測量方式，定點的位置在射孔層上下。在斜井中通常也采用傘式流量計，可以避免多相流中各相的分離[7，8]，由于傘式流量計的集流作用，在低流速井中的響應(yīng)要優(yōu)于連續(xù)流量計[9,10]，測量流量下限更小[11]，測量和資料解釋精度更高[12,13]。

圖2 傘式流量計單點測量過程示意圖

傘式流量計下入油管下的目的層段時，通過地面控制，流量計停在預(yù)定深度上，打開馬達(dá)，使集流器張開將套管封閉，封閉后從地面監(jiān)測屏看到的記數(shù)率明顯比集流前要高的多，以此可以判斷集流器(或集流傘)是否打開或打開程度。集流器打開后，井筒流體集流通過渦輪，然后又回到井筒中。生產(chǎn)井中，通常將儀器下到最深的測點上，一次測量完成后，集流器關(guān)閉；進(jìn)入第2個測點，然后再打開測量，依次完成所有測量。最后關(guān)閉集流器，將儀器收回到地面。測量過程如圖2所示。

2 室內(nèi)試驗及圖版總結(jié)

試驗在華北油田公司采油工藝研究院試驗檢測中心，采用實際測井儀器進(jìn)行測量并完成。試驗過程中的油氣水比例通過具有油、氣、水流量計量檢定、校準(zhǔn)的油水氣流量綜合標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行配置，以模擬油田生產(chǎn)井、注水井中的直井、斜井、水平井的境況，提供準(zhǔn)確的流量、含水比率。

2.1 油氣水多相流動模擬裝置

1)試驗系統(tǒng) 模擬井裝置由穩(wěn)壓裝置、模擬井筒(測試管)、流量控制及分離器部分組成，可以進(jìn)行變角度、單相、兩相和三相流動參數(shù)模擬，具體裝置見圖3。

圖3 油氣水分離及流量綜合標(biāo)定裝置

2)試驗儀器 試驗采用相同型號的2支傘式流量計分別進(jìn)行(DBT012-020777、DBT012-040179)，采用現(xiàn)場測井過程中的實際儀器連接方式(加重桿(2根)+通訊短節(jié)+萬向節(jié)(2根)+扶正器+傘式流量計+扶正器，外徑38mm，長度4.5m)，以盡量達(dá)到或接近實際測井情況。

圖4 試驗用傘式流量計

圖5 試驗方案路線示意圖

圖6 5.5in管柱中純水條件解釋圖版

3)試驗方法 2支傘式流量計分別在5.5in和7in管柱中，井斜0、35、55°，含水30%、60%、80%、100%條件下進(jìn)行試驗，以模擬海上油田常用5.5in和7in管柱中，直井、一般井斜和大井斜井中的不同含水條件。圖5為試驗方案路線示意圖。

2.2 圖版總結(jié)

經(jīng)數(shù)據(jù)整理分析發(fā)現(xiàn)，在不同管柱內(nèi)徑條件下，傘式流量計響應(yīng)呈現(xiàn)相同規(guī)律，反映在圖版中為具有相似形態(tài)，筆者僅以5.5in管柱中試驗為例進(jìn)行舉例分析。

1)純水條件下試驗圖版 當(dāng)試驗流體環(huán)境為純水時，分析試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，不同管柱條件下，井斜變化對傘式流量計渦輪轉(zhuǎn)速影響不大，即圖版為線性圖版。圖6為5.5in管柱中純水條件下解釋圖版。

2)油水兩相條件下試驗圖版 在試驗流體環(huán)境為油水兩相時，相同含水情況時，不同井斜下的圖版曲線形態(tài)基本一致，均呈現(xiàn)明顯拐點，即流量小于80.0m3/d時，圖版呈非線性變化；大于該流量時渦輪轉(zhuǎn)速受井斜變化、含水變化影響較小，圖版呈線性。圖7為5.5in管柱中油水兩相解釋圖版。

3)油氣水三相條件下試驗圖版 與油水兩相試驗相比，當(dāng)有氣體加進(jìn)入時，油氣水三相條件下傘式流量計的渦輪轉(zhuǎn)速明顯波動，且氣量越大，波動越嚴(yán)重，無法形成解釋圖版，即傘式流量計解釋精度在井下脫氣量較大時大大降低。圖8為5.5in管柱中油氣水三相條件下傘式流量計單點渦輪轉(zhuǎn)速變化示意圖。

圖7 5.5in管柱中油水兩相條件解釋圖版

3 應(yīng)用實例

圖8 5.5in管柱中油氣水三相條件傘式流量計單點響應(yīng)

為驗證試驗現(xiàn)象及解釋圖版的準(zhǔn)確性，

在海上油田進(jìn)行了實測驗證。

3.1 X1井應(yīng)用實例

X1井為渤海某油田一口在產(chǎn)生產(chǎn)井，產(chǎn)量較低，采用套管射孔完井、電潛泵合采的開采方式，測井時該井不產(chǎn)水，井口少量產(chǎn)氣，井口計量產(chǎn)液量波動，圖9為X1井生產(chǎn)曲線。

為對比常規(guī)渦輪與傘式流量計在低產(chǎn)井中的應(yīng)用效果，該井測井過程中同時下入常規(guī)渦輪和傘式流量計。測井過程中先控制傘式流量計傘面不張開，進(jìn)行4上4下連續(xù)測量以錄取常規(guī)渦輪數(shù)據(jù)，然后將儀器下放至井底，依次由下往上在射孔層上下定位并進(jìn)行傘式流量計點測測量，以錄取傘式流量計數(shù)據(jù)，如圖10所示。測井完成后，回放連續(xù)測井?dāng)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，常規(guī)渦輪流量計ILS在全井段呈現(xiàn)負(fù)轉(zhuǎn)，以ILS渦輪數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的井下流體視速度Va為負(fù)，無法進(jìn)行井下射孔層的定量解釋，即在該井中常規(guī)渦輪在流量監(jiān)測方面失效。

圖9 X1井生產(chǎn)曲線

將傘式流量計測井?dāng)?shù)據(jù)回放后發(fā)現(xiàn)(見圖11)，測量段內(nèi)由下往上，傘式流量計點測數(shù)據(jù)變化穩(wěn)定，整體呈現(xiàn)逐漸增加趨勢，依據(jù)該測量數(shù)據(jù)和試驗所得解釋圖版進(jìn)行射孔層產(chǎn)量定量計算，得到了完整的井下射孔層產(chǎn)出剖面，解決了低產(chǎn)井中常規(guī)渦輪流量計無法定量計算的問題，應(yīng)用效果良好。

3.2 X2井應(yīng)用實例

X2井同樣為渤海海上油田一口低產(chǎn)井，產(chǎn)量僅66.7m3/d，且井下管柱為裸眼防砂完井方式，采用6in篩管，篩管內(nèi)徑大，進(jìn)而導(dǎo)致井下流速過低，多次渦輪連續(xù)測井均無法獲得正常產(chǎn)出剖面。

驗證過程中，井下儀器除采用傘式流量計外，增加全井眼渦輪流量計CFB加以驗證。圖12為連續(xù)渦輪曲線響應(yīng)及連續(xù)渦輪求取速度剖面，與X1井類似，測量段內(nèi)速度剖面為負(fù)，常規(guī)渦輪流量計無法獲得準(zhǔn)確產(chǎn)出剖面。圖13為X2井傘式流量計回放及計算結(jié)果，可以明顯看出，所有測點均位于零線右側(cè)，且從井底向井口方向傘式流量計轉(zhuǎn)速逐漸升高，可據(jù)此和試驗圖版準(zhǔn)確求取產(chǎn)出剖面，傘式流量計在該井中應(yīng)用效果良好。

圖10 X1井常規(guī)渦輪流量計ILS數(shù)據(jù)回放及視速度 圖11 X1井傘式流量計數(shù)據(jù)回放及計算結(jié)果

圖12 X2井常規(guī)渦輪流量計CFB數(shù)據(jù)回放及視速度 圖13 X2井傘式流量計數(shù)據(jù)回放及計算結(jié)果

4 結(jié)論

1)純水條件下，傘式流量計渦輪轉(zhuǎn)速變化基本不受井斜、含水變化影響，解釋圖版呈線性變化。

2)油水兩相條件下，傘式流量計解釋圖版在較低流量下呈非線性變化，在較高流量下呈線性變化，變化拐點對應(yīng)流量約80.0m3/d。

3)在油氣水三相氣量較多情況下，傘式流量計響應(yīng)值變化較大，定量計算精度降低。

4)傘式流量計在解決低產(chǎn)井動態(tài)監(jiān)測難題方面具有明顯優(yōu)勢。

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