浮子流量計流量測量過程力學分析

 

    井下浮子流量計的測量原理既符合傳統(tǒng)浮子流量計的測量原理,又有一定區(qū)別。該流量計工作時,浮子的受力、位移不斷變化,此過程大體分為四個階段:.

 

    1.零流量

 

    浮子6由上托彈簧8托扶,上托彈簧8被壓縮，浮子6處于平衡位置,其力學關系式為:

 

    M+M2+M3=0(1)

 

    其中，M是上托彈簧的彈力;M2是浮子所受的浮力;Ms是浮子所受的重力。上托彈簧力M和浮力M.克服浮子自身重力M3，受力平衡,零流量時浮.子靜止，此時稍加流量,處于平衡狀態(tài)的浮子即可產(chǎn)生位移,降低了啟動排量,帶人各自的表達式得:

 

    ki△x+ρgV-mg=0(2)

 

    k1上托彈簧倔強系數(shù);△x.上托彈簧的壓縮長.度;流體密度ρ;g重力加速度;V浮子體積;m浮子質(zhì)量。

 

    1.4.2低流量

 

    在流動壓力作用下,浮子6.上浮,其位移量由位移傳感器2測量,流體在出液口位置的流通截面積增大,浮子6在新的位置達到平衡,其力學關系式為:

 

    F(Q)+kiOx+ρgV-mg≈0(3)

 

    其中F(Q)為流動壓力,該力是浮子上下的流體壓力差，流體流出出液口后,以扇狀發(fā)散向上流,設S1、S2分別是流束在浮子上下的流通截面積;PIP2分別為浮子上下的壓力;V1、V2為流體在S.S2截面積上的流速。流體滿足伯努利方程:

 

    其中ρ、v~g、h分別是流體密度、流速、重力加速度、液壓高度,流動壓力為:

 

    F(Q)=P2-P:(5)

 

    (4)代人(5)整理后得:

 

    F(Q)=ρg(h2-h)+zρ(v2v2)(6)

 

    又Q、S、v關系:

 

    Q=vS(7)

 

    其中Q、S為流體流量、流通截面積。

 

    Qi=vS:(8)

 

    Q2=v2Sz(9)

 

    流量一定時，流量計內(nèi)與井筒內(nèi)流量相等,即:

 

    Qi=Q2z(10)

 

    v.Si=v2S2(11)

 

    忽略浮子的垂直高度差,(8)(9)(10)帶人(6)得:

 

    此式同時說明流動壓力F(Q)與流體的流量Q的平方成正比。

 

    1.4.3中流量

 

    隨著流量增加,當流量足夠大時,浮子脫離.上托彈簧8,但未觸及下壓彈簧4,浮子懸浮于流體當中,上托、下壓彈簧的形變均為零。在該流量范圍內(nèi),重力、浮力、流體推動力達到新的平衡,浮子6的力學關系式為:

 

    F(Q)=+ρgV-mg=0(13)

 

    1.4.4高流量

 

    進人高流量后,浮子向上壓縮下壓彈簧4,此時浮子受重力、浮力、流體推力、下壓彈簧反向推力,

 

    其力學關系式為:F(Q)-kxΔx+pgV-mg=O(14)

 

    2方法實驗

 

    方法實驗介質(zhì)為柴油、水兩相流:含水率調(diào)節(jié)為0、30%、50%、70%、80%、90%、100%;在每一含水率.下,流量調(diào)節(jié)為1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d、8m3/d、9m3/d、100m3/d,記錄各含水率下不同流量時浮子流量計輸出頻率的變化量,得到井下浮子流量計在油水兩相流條件下的方法實驗結果(圖2)。圖中橫坐標是配比流量(m3/d),縱坐標是儀器輸出頻率(Hz)。

 

    由圖2可以看出,浮子的啟動流量很低為1m2/d,流量.上限達70m3/d;在0、30%、50%、70%、80%、90%、100%每一含水率不同流量下,浮子流量計頻率響應有較好的線性關系;在1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d8m3/d、9m3/d、100m3/d每一流量下，不同含水率下儀器輸出頻率離散性很小。

 

    3現(xiàn)場應用及分析

 

    多待測油井井況比較特殊,以往的測井儀器根本無法下井,而且大都為含砂井,砂卡普遍較為嚴重,渦輪流量計根本無法應用，無法進行產(chǎn)量測量”。井下浮子流量計憑借自身結構設計等方面的優(yōu)勢,配接于產(chǎn)出剖面測井儀，上，采用傘式集流器在這些油田成功的實現(xiàn)了流量測量。圖3為青海油田X井測井曲線圖,該井產(chǎn)量為53.3m2/d,含砂大約6%。由圖中井溫及微差井溫曲線可以看出,該井主產(chǎn)層在1460m-1510m,結合磁定位曲線所示射孔層位及井溫變化曲線可定性的判斷出四個主要產(chǎn)層,大致分布在深度為1470m~1475m，1480m附近，1485~1490m,1495m附近，1500m附近開始進人死水口。

 

    根據(jù)射孔深度、井溫曲線波動,該浮子流量計的測點深度分別選取在1475.4m、1478.9m、1484.6m、1489.1m、1493.6m,相應射孔深度的點測響應值分別為960Hz.947Hz、837Hz、762Hz、646Hz,不同的頻率值對應不同的產(chǎn)量,表明浮子流量計在主產(chǎn)層工作正常,能夠實現(xiàn)對各產(chǎn)層產(chǎn)量進行準確測量,并且測量不受限于含砂流體,可以用于含砂井的流量測量。表1是將圖4浮子流量計測井頻率響應曲線圖中深度與頻率對應關系轉化成深度及流量對應關系。選取1500m死水區(qū)頻率為260Hz(浮子流量計基值)作為基值,其他測點頻率響應與之分別作差頻,根據(jù)方法實驗結果,找出各差頻值對應的流量,死水區(qū)選0m2/d.

 

    選取表1中的測點深度值為橫坐標，流量作為縱坐標，繪制浮子流量計深度-流量測井曲線(見圖4)。

 

    井下浮子流量計流量測量原理的正確性已經(jīng).由室內(nèi)及現(xiàn)場實驗證實,而且青海油田現(xiàn)場測量結果表明,該浮子式流量計的流量測量下限低,流量測量范圍寬,能測量含砂流體,特別適合于井下流體測量。