摘要:水平(ping)井産液剖面測(cè)試使用的 渦輪(lun)流量計 受啓動(dòng)流量影響,不适(shì)應于低液量水(shuǐ)平井測試。研制(zhì)了适用🐉于小流(liú)量測試的井下(xia)存儲式浮子流(liú)量計 ,并與溫度(du)、壓力、含水測試(shi)傳感器組成井(jing)下存儲式水🔞平(ping)井産‼️液剖面測(cè)試儀,該儀器随(sui)油管下人水平(ping)井段,無需電纜(lǎn)和爬行器🏃🏻,可在(zài)油井正常生産(chan)的情況下連✍️續(xu)工作一個月,提(tí)高了低液量♻️水(shuǐ)平井産液剖面(mian)測試的正确率(lü)率和成功率。室(shi)内實驗和現場(chǎng)先導性試驗表(biǎo)明,井下浮子流(liú)量計應用于水(shuǐ)平井産液剖面(mian)測試🌂可行，爲低(dī)滲透♈油田水平(ping)井産液剖面的(de)流量測試提供(gong)了新途徑。
0引言(yan)
　　水平井産液剖(pōu)面測試技術是(shi)從油套環空通(tōng)過電纜或🤟連續(xù)✂️油管将産液剖(pou)面測試儀器輸(shu)送至射孔段，在(zai)抽油機不停抽(chōu)情況下采用渦(wo)輪流量計、持水(shuǐ)率儀實時監測(cè)流量、含水，該技(jì)☂️術的優點是能(néng)在抽油機不停(tíng)抽的情況下獲(huo)得井下分段的(de)流量、含水率等(děng)數據[13]。但⛱️是,常規(guī)産液剖面測試(shì)在水平井中面(miàn)臨水平段多㊙️相(xiang)流體分層、電纜(lan)無法下人等問(wèn)題,主要采用MAPS陣(zhèn)😘列式測井儀和(he)爬行器等解決(jué)方案[46]。然而,産液(ye)剖面使用的渦(wō)輪流量計在5%in"套(tào)管井中流量小(xiao)于50m³/d時.渦輪啓動(dòng)困難門,不适用(yòng)于低液量水平(ping)井産液剖面測(cè)試;爬行🏒器受井(jing)簡環境影響,測(cè)試成功率‼️不高(gāo)且測試作業費(fei)用昂貴。
　　油田水(shuǐ)平井日産液小(xiǎo)于20m³的井占總井(jing)數的87%,平均單段(duan)日産🔞液小于2m³，低(dī)液量水平井的(de)産液剖面測試(shì)已♌成爲一個重(zhòng)要難題。爲此,本(ben)文開展了将浮(fú)子流量計應用(yòng)于水平👣井産液(yè)剖面測試的探(tàn)索研究,實現了(le)無需電纜輸送(song)儀器、提高測試(shi)正确率率、降低(di)作業成本的目(mu)的。
1浮子流量計(jì)
1.1結構和原理
　　浮(fú)子流量計 由一(yi)個錐形管和一(yi)個置于錐形管(guǎn)中可以上下自(zi)由⭐移動♻️的浮子(zǐ)組成(見圖1)。流量(liàng)計本體兩端用(yòng)法蘭連接或螺(luó)紋連接的方式(shi)垂直安裝在測(ce)量管路上,使流(liu)體自下而上流(liú)過流量計，推動(dong)浮子。由于節流(liú)作用,使上下遊(you)産生💁壓差△p,由于(yú)該壓差的👉存在(zài),使得♈浮子受到(dào)迎面的壓差阻(zu)力，在該阻力的(de)作用下,浮⚽子在(zài)錐管中上升，流(liu)通面積A增大,環(huan)隙中流體🏃‍♂️的平(píng)💁均速度減小，直(zhí)到💁該阻力與浮(fú)子的自重和浮(fú)力相平衡時，浮(fu)子停留在🐪某-高(gāo)度。流量Qv越大,浮(fú)📐子停留的高度(dù)h越高。在穩定情(qíng)況下，浮子;懸浮(fu)的高度h與通過(guò)流量計的體積(jī)Qv之間有一🈲定的(de)比例關系爲
 
　　式(shi)中,α是浮子流量(liàng)計的流量系數(shu);Df是浮子的最大(da)直徑;Af是浮子🌈迎(yíng)面流體面積;Vf是(shì)浮子的體積;ρf是(shi)浮子材料密度(du);p是錐管的錐角(jiao);ρ是流體介質密(mi)度;h是浮子高度(dù)。
　　對于一定的流(liu)量計和流體,式(shi)(1)中的Df、Af、Vf、ρf、φ、ρ等均爲常(chang)數，因此,隻要✌️保(bǎo)持☎️α爲常數,則流(liú)量Qv與浮子高度(du)h之間就存在近(jin)似線🧡性關🏃🏻系。
　　因(yīn)此，可以将這種(zhǒng)對應關系直接(jie)刻度在流量計(ji)的錐管上，根據(jù)浮子的高度直(zhí)接讀出流量值(zhí)，或通過電存儲(chu)方式将☎️流量🌍信(xìn)号(即浮子的位(wei)置信号)記錄。
 
1.2浮(fu)子流量計的特(tè)點
　　由于浮子流(liú)量計在測量過(guò)程中始終保持(chí)節流件前🌐後🈚的(de)壓差💋不變，通過(guò)改變流通面積(jī)實現流量的測(ce)量。①幾乎不會遇(yù)到砂卡♻️的現象(xiang)，與渦輪流量計(jì)相比受井簡環(huán)境🌏的影響小;②可(kě)接收微小流量(liàng)信号,實;現低液(ye)量井流量測試(shì);③浮子的高度取(qǔ)決于液體的流(liu)量,氣體對測量(liang)結果影🛀響很小(xiao)間。
2井下存儲式(shì)水平井産液剖(pōu)面測試儀
　　借鑒(jiàn)常規浮子流量(liàng)計，同時考慮到(dào)水平井中儀器(qì)無法通過🐅電纜(lan)在水平段下放(fang),使用爬行器價(jià)格昂貴且受井(jing)簡環境影響故(gu)障率高等因素(sù)，設計了适用于(yú)低液量水平井(jǐng)産液剖面測試(shi)的👈井下浮子流(liu)量計，同時與溫(wēn)度、壓力、含水測(cè)試傳感器以及(jí)電路系統組成(cheng)井下存儲式水(shuǐ)平井産液剖🚶面(mian)測試儀，該👄儀器(qi)和油管連接後(hòu)一起下入🔆到射(shè)孔段，可以連續(xù)監測多段壓裂(lie)水✍️平井産液信(xin)息。
2.1水平井井下(xià)浮子流量計設(shè)計
水平井井下(xia)浮子流量計由(you)浮子、推杆、滑套(tào)、線圈、彈簧、流量(liàng)護管、單流閥等(děng)組成(見圖2)。
 
　　工作原理:給(gei)浮子感應線圈(quān)上提供恒定的(de)電流激勵，當井(jǐng)下👨‍❤️‍👨流🚶‍♀️體通過過(guò)流通道，推動浮(fú)子移動，銜鐵發(fā)生位移,引起感(gan)應線圈中磁阻(zǔ)變化,産生感應(ying)電動勢,感🏃‍♀️應電(dian)動勢經濾🛀波放(fàng)大🌏,輸人單片機(jī)内進行處理後(hou)測得流量。流量(liàng)測量線圈采用(yong)差分結構,溫漂(piāo)小,在流量線圈(quān)外加屏蔽層,減(jian)少外🌈部對流量(liang)測量的幹擾;自(zì)感傳感器可以(yǐ)測量0.01μm~50mm的機械位(wei)移,具有測量精(jing)度高、靈敏度高(gao)、線性好、結構簡(jian)單、性能可靠等(deng)優點。
2.2含水率、溫(wēn)度和壓力測量(liang)設計
　　含水率測(cè)試儀采用電容(róng)式含水率傳感(gan)器和阻抗式🤟含(han)水🔱率傳✂️感器組(zǔ)合設計,分别測(cè)試流體的電容(rong)值和電導率,可(ke)以适應低含水(shui)和高含水傳感(gǎn)器組合,可以精(jing)準測🏃🏻量含水率(lü)。
　　溫度測量原理(li):給PT1000提供恒流激(jī)勵，當井溫變化(hua)時,PT1000的🔞阻值也會(huì)發生變化,測量(liàng)電路輸出與溫(wēn)度成正比的差(cha)動電壓信号,經(jīng)過單片機AD采集(jí)，得到溫度信号(hào)。
　　壓力測量原理(lǐ):壓力傳感器采(cai)用恒壓供電電(diàn)路，輸出與壓㊙️力(li)成正比的壓力(lì)差動電壓信号(hao),經過單片機AD采(cǎi)集,得到壓力信(xìn)号。
2.3儀器功耗設(she)計
　　儀器選用容(róng)量爲9Ah的高溫電(diàn)池，采樣間隔有(yǒu)多種類型可供(gong)選🈲擇✌️,最小可設(shè)置爲3s。儀器工作(zuo)30d最大功耗設計(ji)如下。
(1)當儀器采(cǎi)樣間隔設置爲(wèi)3s時。每間隔3s需要(yào)采集1次數據,采(cǎi)集0.8s,此時總電流(liu)不超過25mA。1個月的(de)耗電量4.8Ah。
(2)當儀器(qì)不工作時,進人(ren)休眠狀态。總電(diàn)流不超過100μA。1個月(yue)耗電量0.072Ah.
(3)儀器每(mei)采集87組數據(87X3s==261s)進(jìn)行一次數據存(cun)儲。存儲時間爲(wèi)0.6s,總電🈲流不超過(guo)50mA。1個月耗電量0.082Ah。
(4)儀(yí)器1個月最大耗(hào)電量4.954Ah。儀器可在(zài)井下連續工作(zuò)1個半月以上🔞。
2.4水(shui)平井産液剖面(mian)測試儀結構及(ji)原理
　　井下存儲(chu)式水平井産液(ye)剖面測試儀由(yóu)浮子流量計、含(han)❤️水探頭、溫度探(tan)頭.壓力傳感器(qi)、測量電路、供電(diàn)電池組成(見圖(tu)3)。當正常産液時(shi)，坐封單向閥截(jié)止，流體通過🔅進(jìn)液口,推動浮子(zi)移動，從而測得(dé)流量。流體由過(guò)流通🔴道流經溫(wen)度探頭、壓💃力探(tàn)頭與含水探頭(tóu)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻時,可測得流體(ti)含水率、壓力與(yǔ)溫度,最後通過(guò)出液😄口流出。坐(zuò)封時,浮子保護(hu)單向閥截止,流(liu)體從隔離管與(yu)外護管環空🤞過(guo)流通✂️道流過,打(dǎ)開坐封單向閥(fa)✂️,實現坐封。
3室内(nei)實驗
3.1含水率對(dui)流量測試的影(yǐng)響
(1)介質:柴油和(he)水兩相。
(2)方式:在(zai)垂直狀态下進(jìn)行流量标定,流(liu)量從0、1、2.....10m³/d,分别選擇(ze)含水率爲100%、80%、40%進行(hang)流量測試實驗(yàn)。
(3)對流量刻度進(jin)行曲線拟合。
實(shi)驗結果表明,浮(fu)子流量計啓動(dong)流量爲0.5m/d,可對低(di)液量井進行🏃🏻測(cè)試;不同含水率(lǜ)的流量測試曲(qu)線基本重合,說(shuō)明浮子位置的(de)變化隻與通過(guò)浮子流體的流(liu)量相關,流體含(hán)水率🌈對浮子♉流(liu)量計測試結果(guo)的影響可忽略(lue)。.
3.2儀器傾角對流(liu)量測試的影響(xiang)
(1)介質:柴油和水(shui)兩相。
(2)方式:将儀(yi)器分别處于水(shuǐ)平狀态0°和負角(jiǎo)度一30°(即進液口(kǒu)高🤞于🈚出液口)狀(zhuàng)态下，流量從0、1、2..10m³/d,分(fèn)别選擇含水率(lǜ)爲100%、80%、40%進行流量測(cè)試實驗。
(3)對流量(liàng)刻度進行曲線(xian)拟合。
　　實驗結果(guo)表明，當井簡處(chu)于水平狀态甚(shèn)至負角度狀态(tài)下,盡管流體的(de)型态爲層流或(huo)逆向流,但對浮(fú)子流✨量計和含(hán)水率的測試結(jié)果影響較小，最(zui)大誤差僅4%。分析(xi)認爲這是由于(yú)浮子位置變化(hua)隻與進入錐形(xing)管空間流體流(liu)量有關,基本克(ke)服了油、水的分(fen)㊙️層流動使渦輪(lún)流量計響應變(biàn)得複雜的問題(ti)。當流體經過電(diàn)容+阻抗式持水(shuǐ)率儀時,由于在(zài)圓周上配置多(duō).個持水率傳感(gan)器,能❓夠很好地(dì)解決常規儀器(qi)♊隻能中心采樣(yang)不能探測到的(de)全截面流體的(de)問題❤️,可以清楚(chǔ)地分辨出油和(he)水。
 
4現場應用
　　2025年(nian)12月在長慶油田(tian)CP-X井首次開展水(shuǐ)平井存儲式浮(fu)子流🔞量計井下(xià)先導性試驗,該(gai)井射孔9段,測試(shì)前日産液16.07m³,含水(shuǐ)100%。爲了驗證流量(liang)、含水測試正确(que)率,對該井射孔(kong)段1進行雙封🐪單(dān)卡江藝測試,同(tóng)時地面單獨測(cè)量該段産液量(liàng)并化驗含水,測(ce)試管柱見圖4。
 
　　該(gāi)井儀器設置采(cai)樣間隔爲10min,35d後起(qi).出,測試結果顯(xian)示射孔段💃1單層(ceng)流量爲3.77m³/d,含水98.6%(見(jian)圖5);同時,地面單(dan)獨測量㊙️射孔段(duan)1的日産液爲3.58m³,含(hán)水100%。測試流量和(hé)含水與實際單(dan)量和化驗結果(guo)接近,說明存儲(chu)式産液剖面測(cè)試儀首次在水(shuǐ)平井井下試驗(yàn)取得成功,證明(míng)了井下浮子流(liú)量計應用于低(di)液量水平井産(chǎn)液剖面測試可(ke)行。
 
5結論
(1)井(jǐng)下存儲式浮子(zi)流量計啓動流(liu)量小于0.5m³/d,且不受(shòu)井✔️筒出砂🏃🏻影響(xiǎng),彌補了渦輪流(liu)量計不适應低(dī)液量水平井的(de)不🐕足，提高了🌈低(di)液💘量水平井測(ce)試結果的正📱确(que)率。
(2)室内動态實(shí)驗表明,無論是(shi)垂直、水平及傾(qīng)斜情況下,浮子(zǐ)♋流量計響應特(te)性均不敏感于(yu)含水率，擁有非(fēi)常好的不依賴(lai)于流型的特性(xìng)。
(3)測試儀器随油(you)管下入目的層(céng),無需電纜和爬(pa)行器,一趟管柱(zhu)🈚即可完成水平(ping)井産液剖面測(cè)試,大幅度降低(di)了産🐇液剖㊙️面測(cè)試成⚽本。
(4)測試結(jié)果包含流量,含(han)水、壓力和溫度(du)等儲層流體物(wu)性參數,可📱進行(háng)各射孔段産能(néng)評價.判斷井簡(jiǎn)出水位置,爲低(di)液量水平井控(kong)水穩油措施提(ti)供依據。

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