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涡轮流量计

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涡轮流量计在抽油机井环控流量测试中的应用与作用

来源:作者:发表时间:2018-11-27 09:54:03

 摘 要:对影响阻抗找水仪测量质量的因素进行了分析,找到了影响仪器含水、流量、集流质量的因素。通过完善仪器结构设计、建立检测手段等达到了提高仪器测量质量、保证仪器测量精度的目的。

 
引 言
阻抗找水仪是抽油机井环空测试中重要的仪器,它所测量的结果可以进行定量解释,得出抽油机井正常生产条件下的油、水两相产出剖面[1] 。
 
阻抗找水仪推广使用以来由于仪器结构设计上的不完善,缺少检测手段等因素,测量质量受到影响,仪器一次下井成功率仅为 70%左右,不仅增加了测井生产成本,也直接影响到了资料录取的质量。作为承载着油田油井产出剖面动态监测重要任务的环空测试仪器,提高仪器测量质量,保证仪器测量精度,为油田提供优质、精准测井资料,保障生产有序进行,是极其重要的。经过几年的测井生产实践和在仪器维修工作中不断的研究和摸索,我们发现并解决了一些影响阻抗找水仪测量质量的问题,使仪器的测量精度得到了提高。
 
1 仪器简介
1. 1 仪器结构
阻抗找水仪结构如图 1 所示,它主要由含水率计和产量计两部分组成。含水率计部分主要由电路筒、含水率传感器组成。产量计部分主要由涡轮流量计、集流器及电机传动部分组成[2] 。
阻抗找水仪结构图
1. 2 仪器工作原理
阻抗找水仪主要测量抽油机井井液的含水率和流量两大参数。
 
仪器采用阻抗法测量井液的含水率,该方法是通过给传感器的发射电极供电,再通过测量电极检测到与混相时含水率对应的电压信号,电路将此电压信号变为对应的脉冲信号,再输出到地面,并与取样时测量的全水值相对比求出井液的含水率[3] 。
 
阻抗仪流量测量采用涡轮流量计(霍尔元件)检测方式。运动流体流经涡轮时,涡轮带动磁钢转动,由于流过涡轮的流量大小与涡轮转速成线性关系,霍尔元件构成的传感器检测出涡轮的转速,经整形电路整形放大之后形成与涡轮转速相对应的脉冲信号,经电缆输送到地面,可通过脉冲信号的频率求出流体的体积流量[4] 。
 
2 存在问题的分析及处理
2. 1 含水测量方面
含水测量比较突出的问题是含水值输出不稳。检查仪器发现含水率传感器存在设计缺陷,有信号漏失现象。
 
原仪器的含水率传感器绝缘外壳是分体的,用胶粘合在一起,结合处存在缝隙,随着长时间使用,缝隙越来越大,当流体通过时有漏失,传感器测量电极的电信号会随之分流,使含水测量质量受到影响,如图 2(a)所示。
含水传感器改进前后对比图
针对含水测量时出现的问题,我们对含水率传感器进行改进。改进后的含水传感器为绝缘筒内嵌电极环一体设计,表面不存在缝隙,避免了流体的漏失,防止了传感器测量电极电信号的分流,保证了含水测量精度,如图 2(b)所示。
 
对 2015 年和 2016 年含水率传感器改进前、后同一时期(3 月份)的含水率测量精度进行了统计,见表 1、表2。改进后的含水率传感器测量精度提高了 2.85%。
2015 年阻抗仪含水率精度统计表(改进前)2016 年阻抗仪含水率精度统计表(改进后)
2. 2 流量测量方面
在对影响仪器流量测量的调查中发现,涡轮流量计支架不同心。涡轮流量计是阻抗找水仪流量测量的核心部件,采用的加工方式是先加工涡轮上下支架再焊接在涡轮套上,因此涡轮上下支架不容易保持同心,影响了支架上涡轮叶片转动的灵活性,导致流量测量时启动排量达 3 ~ 5 m 3 /d,高于技术文件上规定的 2 m 3 /d [5]。且由于涡轮支架是焊接在涡轮套上的,在测井过程中常出现涡轮支架扭曲变形、开焊而影响测井成功率。改进前调解涡轮过程中出现的变形现象如图 3 所示。在2015 年 182 口产出剖面测井中,因此而未测成的井数达 26 口之多,占全年产出剖面测井任务的 14. 3% 。
改进前调解涡轮过程中出现的变形现象改进后采用整体加工方式的涡轮
改进后涡轮流量标定表
经过不断研究和试验,改变了原有焊接的加工方法。采用涡轮流量计上下支架与涡轮套整体加工的方式,保证涡轮流量计上下支架高度同心,涡轮叶片转动灵活,如图 4 所示。改进后的涡轮流量计极大提高了仪器测量精准度,流量测量下限由原来的 0. 5 ~ 3 m 3 /d 降低为 0. 5 m 3 /d,见表 3。改进后的涡轮流量计解决了测井时出现的涡轮支架变形及开焊现象,测井成功率得到了提高。
 
2. 3 仪器集流方面
阻抗找水仪的测井流程是将仪器下放到目的层后张开集流伞,密封住套管,使井内流体全部流经仪器内腔的传感器,测得含水、流量参数。所以,集流伞是否张开,集流程度如何都是影响仪器测量质量的重要环节。
 
原有的滚珠式丝杠的使用寿命在 10 井次左右,而改进后的螺纹式丝杠,使用至今还未出现过任何问题。有效解决了测井时集流器打不开,检测不到流量和含水信号的问题。且改进后的传动丝杠其造价只有原成本的一半,大大节约了维修和测井成本。
 
2. 3. 2 缺少集流度检测手段
根据管流特点,流速快的液体分布在管流中心。油田进入高含水开发后期,在油井中,油相作为分散相,成泡状分布在流体中,它的流速大于水的流速,油相相对集中在管流中心。因此,在阻抗找水仪测量含水取样时,取样流体是否符合实际状态,在很大程度上取决于集流伞的集流程度。而目前,行业还没有一套关于仪器集流度检测的方法。
 
在生产实践中我们摸索着利用现有的流量标定装置,对仪器的集流度进行检测,检测方法正在不断完善中。
 
利用现有的 LJ - IB 型流量标定装置,将阻抗找水仪分别放入集流模拟井和套管模拟井中,对涡轮流量计进行全集流和伞集流流量检测,前后两次测量结果进行比较,计算集流器的漏失量,试验数据见表 4。
集流器集流度标定表
2. 3. 1 集流伞打不开
查阅 2015 年仪器收发记录、维修记录时发现,在测井现场有多达十几次出现电机传动丝杠打滑,集流伞打不开,无法检测流量含水信号的情况。
 
集流伞的张收是靠电机提供动能的,丝杠是电机传动的主要组成部分。原设计采用的滚动丝杠,为了减少摩擦阻力,在螺母上加了一个撷套,在撷套上轴线方向按丝杠螺距,圆周方向每 60°加一个滚珠,以达到滚动目的,如图 5(a)所示。使用结果表明,该结构不可靠。随着使用时间的增长,滚珠失去作用,丝杠开始打滑,传动器起不到传动作用,集流伞打不开,检测不到流量和含水信号。
 
我们对电机传动丝杠的结构进行了改进,去掉原有的撷套及滚珠,改为 M8 ×1.25 螺纹式,如图 5(b)所示。改造后的传动丝杠采用了精加工工艺,研磨度为1.6 ,由于制造精度高,不会增加阻力。与原有的滚珠式电机传动丝杠相比较,现有的螺纹式电机传动丝杠不易产生滑扣现象,耐用、可靠。
传动丝杠的改进
从表 4 我们发现,该仪器 40 m 3 /d 流量以上的漏失量相对恒定,低流量漏失量偏大,由此我们判断该仪器集流器不合格。分析检查后发现,集流器伞布的绑扎位置出现问题,是导致其低流量漏失偏大的原因,需要重新维修。通过对仪器集流度的检测,根据相对漏失量,我们可以很容易地判断出集流器的集流程度,最大限度地保障了仪器的测量质量。
 
3 结 论
1)通过对阻抗找水仪含水传感器的改进,使仪器的含水测量精度提高了 2.9%。
2)涡轮流量计加工方式的改进,将流量测量下限由原来的 3 m 3 /d 降低为 0.5 m 3 /d。
3)电机传动丝杠结构的优化,有效解决了仪器测井时集 流 器 打 不 开、检 测 不 到 流 量 和 含 水 信 号 的问题。
4)建立仪器集流度检测方法,使仪器的漏失量可监、可查、可控,仪器的测量质量得到充分保障。