井徑流量調(diào)校儀在油田注水工藝中的研究及應(yīng)用

袁 磊，魏玉平，馬瑞濤

(西安思坦儀器股份有限公司 陜西 西安 713000)

0 引 言

在油田開發(fā)過程中，為了提高采收率，大部分油田都采用注水的辦法提高地層壓力，從而達(dá)到驅(qū)油的目的。因此注水井的測試與調(diào)配對提高油田采收率、降低綜合含水起著至關(guān)重要的作用[1]。根據(jù)油田實(shí)際施工情況，在流量測量的過程中，井下管柱會(huì)因?yàn)榕鲎?、銹蝕、沉積、結(jié)蠟等多種原因的作用而產(chǎn)生內(nèi)徑變形。目前通用的流量測量方法是基于管柱內(nèi)截面上下一致的均勻模型而設(shè)計(jì)的，并沒有考慮管柱的腐蝕、結(jié)垢和變形的存在，因而測得的流量數(shù)據(jù)與實(shí)際流量有一定的誤差，影響注水流量的精確性，對實(shí)際采收率有較大影響[2]。

井徑流量調(diào)校儀可以實(shí)時(shí)測量井徑變化，對注水流量進(jìn)行校正，減少管柱內(nèi)徑變化對流量產(chǎn)生的偏差，很好地解決井徑大小變化對流量測量的影響。

1 測調(diào)系統(tǒng)及井下儀器技術(shù)指標(biāo)

1.1 測調(diào)系統(tǒng)

測調(diào)系統(tǒng)主要由地面控制器[3]、井徑流量調(diào)校儀及注水工具等其他附件組成。井徑流量調(diào)校儀通過機(jī)械臂在井下完成與注水工具的可靠對接，并通過單芯電纜接收地面控制器的控制。

地面控制器通過電纜通信來控制井徑流量調(diào)校儀動(dòng)作，同時(shí)可以直觀地觀察當(dāng)前的流量、溫度、井徑及壓力等參數(shù)的測量值。地面控制器將測量結(jié)果以實(shí)時(shí)曲線和數(shù)值的形式顯示在上位機(jī)電腦上，方便觀察和判斷；同時(shí)也可以根據(jù)當(dāng)前的流量測量值隨時(shí)對測調(diào)動(dòng)作做出干預(yù)及操作，實(shí)現(xiàn)注水大小的調(diào)節(jié)[4]。

1.2 井下儀器結(jié)構(gòu)

井徑流量調(diào)校儀由流量測量、井徑測量以及測調(diào)控制3個(gè)部分組成。通過電纜頭與單芯電纜連接，與地面控制器實(shí)現(xiàn)遙傳，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中流量測量部分可實(shí)現(xiàn)流量、壓力及溫度等參數(shù)的測量；井徑測量部分通過井徑臂進(jìn)行注水管柱內(nèi)徑的測量，用于流量測量值的補(bǔ)償校正；測調(diào)控制部分根據(jù)測得的流量值，通過調(diào)節(jié)臂對井徑注水工具進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)流量的大小控制，進(jìn)行精細(xì)注水驅(qū)油。

儀器主要技術(shù)參數(shù)：

外徑：42 mm；

長度：2 250 mm(含電纜頭)；

工作溫度：-40～150 ℃；

工作壓力：≤80 MPa；

壓力測量范圍：0～60 MPa；

溫度測量范圍：-40～150 ℃；

井徑測量范圍：44～70 mm(油管規(guī)格:62 mm內(nèi)徑)；

流量測量范圍：0～200 m3/d(油管規(guī)格:62 mm內(nèi)徑)。

圖1 儀器結(jié)構(gòu)示意圖

2 井下儀工作原理及特點(diǎn)

2.1 流量補(bǔ)償校正原理

一般意義上注水流量的計(jì)算公式為：

Q=v×S

(1)

式中：Q為單位流量，m3/d;v為液體的流速，m/s;S為管柱截面積。

S=πD2/4

(2)

式中:D為油管內(nèi)徑,mm。

傳統(tǒng)流量計(jì)在測量流量時(shí)，默認(rèn)管柱內(nèi)徑為定值，因此，根據(jù)公式(1)、(2)可知，流量測量時(shí)只需要測量流速即可計(jì)算出流量。而實(shí)際井下作業(yè)過程中，井下油管內(nèi)徑由于結(jié)垢、腐蝕等原因而形變，實(shí)際管柱內(nèi)徑不定。根據(jù)公式(2)可知，還需測量油管內(nèi)徑D，即井徑數(shù)值。

井下儀通過井徑臂測得實(shí)際井徑值后，通過電纜通信實(shí)時(shí)遙傳給地面控制器，地面控制器在采集到井徑、流量數(shù)值后，使用采集的井徑值補(bǔ)償流量數(shù)據(jù)，具體流量補(bǔ)償公式見式(3)、式(4)。

?B=DB2/D2

(3)

QB= ?B×Q

(4)

式中:?B為流量補(bǔ)償因子;DB為實(shí)際測量井徑數(shù)值，mm;D為理論井徑數(shù)值,mm。

式(4)中:QB為補(bǔ)償后的流量，m3/d;Q為理論計(jì)算的流量,m3/d[5]。

2.2 儀器工作原理及特點(diǎn)

井徑流量調(diào)校儀分為流量測量、井徑測量、測調(diào)控制3個(gè)部分，整體框圖如圖2所示。

圖2 儀器整體控制框圖

在儀器工作過程中，測調(diào)控制部分作為主機(jī)，井徑測量和流量測量部分作為從機(jī)。主機(jī)負(fù)責(zé)接收、轉(zhuǎn)發(fā)從機(jī)數(shù)據(jù)，然后向地面控制器傳輸數(shù)據(jù)；同時(shí)，主機(jī)接收地面控制器命令和數(shù)據(jù)，向下發(fā)送控制命令以控制從機(jī)和外設(shè)。從機(jī)負(fù)責(zé)采集外部物理變量，向主機(jī)傳輸這些變量的數(shù)據(jù)，同時(shí)，執(zhí)行主機(jī)發(fā)送下來的命令，執(zhí)行對外設(shè)的操作。

井下儀用過電纜頭外接單芯電纜與地面控制器進(jìn)行通信，下井后通過地面控制器給井下儀供電；流量測量部分既可監(jiān)測井下壓力、溫度及流量參數(shù)，同時(shí)管柱內(nèi)徑變化時(shí)，控制井徑臂后端彈簧開收，進(jìn)行井徑測量，并將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給測調(diào)控制部分，傳輸?shù)降孛婵刂破?，從而監(jiān)測井下儀的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)計(jì)算校正注水流量。

儀器下放到目標(biāo)層位后，測調(diào)控制部分測量臂與注水工具對接成功，地面控制器即可檢測儀器到位，測調(diào)臂調(diào)節(jié)注水工具開關(guān)大小，調(diào)節(jié)目標(biāo)層所需流量，實(shí)現(xiàn)精細(xì)注水；同時(shí)實(shí)時(shí)測量目標(biāo)位置管柱內(nèi)徑，發(fā)送地面控制器實(shí)時(shí)校準(zhǔn)目標(biāo)流量。

該井下儀具有以下特點(diǎn)：

1)儀器3個(gè)部分采用可插拔元器件，可以自由拆卸，組裝、運(yùn)輸簡單方便；

2) 儀器可通過井徑測量補(bǔ)償校準(zhǔn)實(shí)際注水流量，減少管柱內(nèi)徑變化對流量測量的影響，精確性更高；

3)儀器可耐高溫高壓，最高工作溫度150℃，最高工作壓力可達(dá)80 MPa[3]；

4)井徑測量臂機(jī)械彈簧控制，元器件較少，過線連接簡單；

5)采用高精度的位移、壓力傳感器；其測量精度可達(dá)±2%FS。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

該儀器在國內(nèi)某油田進(jìn)行了現(xiàn)場使用，根據(jù)井徑測量值對注水流量進(jìn)行補(bǔ)償校正，試用注水井共2層，實(shí)注2層，全井配注80 m3/d，要求P1 30 m3/d，P2 50 m3/d，當(dāng)天配水間正常泵壓11.6 MPa，油壓11.6 MPa，泵壓和油壓平衡，實(shí)注61.7 m3/d，欠注。

按照正常程序進(jìn)行了停點(diǎn)測試，使用上位機(jī)分別繪制了井徑校正前后的流量曲線，井徑校正前曲線如圖3所示，校正后曲線如圖4所示。

圖3 井徑校正前取樣圖

圖4 井徑校正后取樣圖

根據(jù)相關(guān)取樣圖可以看出,在同一測量點(diǎn)，其變化規(guī)律是：井徑增大時(shí)，校正后流量值增大；井徑減小時(shí)，校正后流量值減小，符合補(bǔ)償校正要求，其補(bǔ)償校正效果見表1。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可以計(jì)算出，在井徑校正前，P1的注水流量為21.64 m3/d(校正前流量值P1減P2)，要求P1流量為30 m3/d，計(jì)算誤差-28%。井徑校正后，P1的注水流量為27.79 m3/d(校正后流量值P1減P2)，與P1層要求30 m3/d注水流量相比，誤差-6.9%。井徑測量對流量誤差的補(bǔ)償效果比較明顯。

P2層注水流量為P2層定點(diǎn)測量值減去底部測量值所得。根據(jù)表1計(jì)算，井徑校正前P2流量為51.23 m3/d，雖然流量值滿足P2層50 m3/d注水要求，但實(shí)際井徑值變化較大，測量值非實(shí)際注水流量大小，誤差較大。同時(shí)，P1與P2層總注水量與配水間總注水量61.7 m3/d相差較大。P2層校正后為32.07 m3/d，由于欠注，未滿足P2層50 m3/d注水要求，但井徑校正后P1與P2層注水量與配水間總注水量61.7 m3/d基本符合。

表1 井徑校正前后流量值統(tǒng)計(jì)表

由于欠注，無法滿足總的注水要求，需對配水間注水泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)可根據(jù)校正后的流量值，使用井徑流量調(diào)校儀，對接配水工具后，對配水工具的出水口開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)注水。

4 結(jié)束語

本文介紹了一種井徑流量調(diào)校儀，屬于采油過程中的一種注水驅(qū)油的調(diào)節(jié)儀器。主要通過測量管柱內(nèi)徑，用于補(bǔ)償注水流量，同時(shí)可以使該儀器根據(jù)流量值調(diào)節(jié)注水工具的開度大小，通過流量補(bǔ)償校正技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)注水，提高油田采收率。