笼统注CO2井流量计 双涡轮,倒伞流量计结构应用

摘要：介绍适用于注CO2井的低启动排量流量计。针对注入剖面小层吸液量细分的要求, 流量计采用倒伞集流方式, 有效降低启动排量;采用双涡轮计量, 提高单次测井成功率, 增强流量计的实用性。阐述流量计在注CO2井中测量流量的可行性、实用性;介绍流量计的结构、原理、技术指标及数据处理方法;分析了模拟井标定资料与现场测井资料。研制的注CO2笼统井低启动排量流量计可以在CO2驱注气井录取动态流量资料, 为评价油田开发效果及制定调整方案提供准确依据。

CO2驱油逐渐成为提高采收率的主要手段[1-6]。大庆油田在多个区块开展了现场试验。数据显示, 驱油效果较好, 为配合由笼统注CO2转变为分层配注的开发方式[8], 需要监测油藏压力、分层注入量、井温等数据[9], 作为评价开发效果及调整开发方案的依据。现有测井仪器不能完全适应CO2驱动态监测的要求[10], 测井仪器的流量参数启动排量高 (启动排量15 m3/d以上) , 无法识别吸液量低于15m3/d以下层位[11-12], 不适应低注入笼统井的测试要求。基于以上原因, 本文介绍了笼统注CO2井低启动排量流量计开发情况。标准井及现场应用证明, 该仪器可以在CO2驱注气井录取动态资料, 为评价开发效果及制定调整方案提供准确依据。

注CO2井压力和温度较高, CO2处于超临界状态。所谓超临界CO2是指温度和压力均超过临界点的压缩气体, 密度高、黏度低、流动性好、扩散性强、对溶质有较好的溶解性等, 具有液体的性质[13]。在井下需要计量的是CO2液体状态的流量, 采用涡轮方式测量井内流体流量可行。

注CO2井具有高压的特点, 在测井施工过程中需要井口带压力密闭作业, 工艺较为复杂, 有一定的危险性, 仪器单次下井耗时长, 测井仪器可靠性尤其重要。在整个测井仪器串中, 涡轮流量计故障高发, 为避免偶然发生的卡顿问题, 采用双涡轮方式, 大幅提高单次测井成功率。

全井眼流量计的启动排量为15 m3/d, 采用倒伞集流提高流体流经涡轮转子的速度, 大幅度降低了流量计的启动排量。倒伞是相对产出剖面测井仪器集流伞而言, 将集流伞旋转180°, 将自井口向下流动的流体集流。涡轮叶片采用轻质防腐材料加工, 感应探头采用霍尔元件, 降低磁钢阻尼对启动排量的影响。涡轮流量计启动排量可达1 m3/d, 对CO2流体流量较小变化及低吸液量层位的识别具有良好的响应。

流量计测井时采用定点测量, 资料解释方法采用逐层递减法, 计算出分层注入流量 (见图1) 。

图1 笼统注CO2井低启动排量流量计结构示意图

仪器结构见图2。仪器整体采用模块化设计, 包括2个测量短节, 即井温、压力、伽马、磁性定位、遥测通讯短节, 流量集流器短节。短节之间的机械连接采用丝扣套连接方式, 电气连接采用4芯同轴接插件。仪器原理框图见图3。遥测传输系统和地面设备之间数据传输, 采用单芯电缆传输, 与下挂各参数之间数据传输, 采用多芯数据传输控制。

图2 笼统注CO2井多参数组合仪结构示意图

图3 笼统注CO2井多参数组合仪原理框图

仪器指标:外径43 mm;耐温125℃;耐压60MPa;流量测量范围1~40 m3/d (±10%) ;压力测量范围0~60MPa (0.1%) ;井温测量范围0~125℃ (±1℃) 。

曼码传输率5.729 2kbit/s, 配接7 000m单芯电缆;可配接PL2000、超越2000等能够接收曼码信号的通用数控测井系统。

低启动排量流量计模拟井标定数据。井内CO2流体处于超临界状态, 具有液体的性质;标定流量计采用水作为介质。表1为流量计上下涡轮模拟井标定数据, 对标定数据做单点平均处理, 再对处理后数据做线性回归, 求出流量与仪器涡轮响应关系式。

流量计流量与仪器响应方程, 关系式为

式中, Y1、Y2分别为上下涡轮动态流量, m3/d;X1、X2分别为上下涡轮仪器响应频率输出, Hz。

图4 低启动排量流量计模拟井标定图版

表1 流量计上下涡轮模拟井标定数据表

上下涡轮的线性相关系数R2均为0.996, 说明流量与仪器响应之间的线性相关较好, 流量数据可靠性较高。

流量计精度计算公式为 

由式 (1) 、式 (2) 得出各个标准流量的仪器读数, 由式 (4) 得到各标准流量点对应误差数据 (见表2) 。

由表1数据, 流量计上下涡轮均在1m3/d时启动, 且有较为稳定的频率输出;由表2数据, 当标准流量为1m3/d时计量误差***大, 即流量计的精度4.22%, 满足设计精度10%的要求。

表2 流量计上下涡轮对应标准流量点误差表

标准笼统井测试实验:测试890~1 005 m井段, 获取了井温、压力、自然伽马、磁定位、套管节箍等参数的连续曲线。为测试仪器整体性能, 将集流伞置于微张状态, 井内液体通过集流进入仪器内部流道, 流经组合仪流量测量传感器, 达到检验流量短接性能的目的。从已录取资料可以看出, 仪器工作稳定正常, 井温在23~28℃, 压力为12~13.3 MPa。测量结果如图5。

现场应用实例。测试井是注入剖面井, 注入量14.6m3/d, 注CO2井口压力10 MPa。测量井段2 580.6~2 674.8 m共7个小层, 测量井段温度90~95.1℃, 压力34.2~35.3 MPa。井口注入量14.6 m3/d, 仪器在井下测得合层注入量为14.2m3/d, 误差为2.74%, 符合仪器测量精度要求。井温曲线在2 590~2 592m、2 668~2 673 m均有较为明显变化, 验证了流量计在第2、第6层位测得的流量数据。解释结论如图6。

图5 标准井测井曲线

图6 现场井实例解释成果图

(1) 笼统注CO2井流量计可以在CO2驱注入井录取动态流量资料。模拟井标定启动排量为1m3/d精度为4.22%;通过与井口注入数据对比, 流量误差不超过4%, 符合仪器设计指标要求。

(2) 所测资料能作为评价开发效果及制定有效开发调整方案的准确依据。作为监测CO2驱注气井生产状态的工具, 低启动排量流量计具有较好的实用性, 具备了CO2腐蚀防护能力, 适用于超临界CO2环境中流量的计量, 达到了对井下分层流量测量的目的。

(3) 对于特殊井况具有其局限性。当测井施工井内压力大时, 导致仪器下井难、密封难、测井施工工艺复杂等诸多问题, 还需要进一步改进完善。