稳定距离对井下存储流量计校准结果的影响

摘要：为了提高井下存储流量计的校准精度, 基于层流和紊流稳定经验公式, 提出首先以硬连接, 其次以软连接方式改变进液口到测量段的稳定距离, 选择2支超声波和2支电磁井下存储流量计获得稳定距离分别为0. 35、0. 62、1、2、2. 5 m时的校准数据, 结果显示稳定距离为2. 5 m时, 校准精度***高。稳定距离对井下存储流量计校准结果的影响符合层流和紊流稳定经验公式, 随着稳定距离的增加, 校准精度提高。

  井下存储流量计在油田开发注入井测调中具有重要作用, 对其进行周期校准, 才能实现量值准确传递。影响井下存储流量计校准结果的因素有流量点设置顺序、流量保持时间、停泵时间、放空、扶正器等校准工艺细节以及主要因素模拟井筒井身结构[1,2]。目前大庆油田生产单位 (不包括科研单位) 校准井下存储流量计的模拟井筒深度仅为3.5 m, 管道内径为2in (1 in=25.4 mm) , 约62 mm。由于从地面管线到模拟井筒的进液口不是直管段, 所以这一深度的模拟井筒在校准井下流量计时, 没有足够产生稳定、均匀流场的直管段, 不能确保井下流量计准确测量。目前***长井下流量计接近3 m, ***短为1.5 m, 仪器长短的差异会导致模拟井筒深度长度不一致, 但从进液口到仪器顶端的稳定距离对井下存储流量计校准结果的影响存在一定的规律, 因此研究稳定距离对井下流量计量值传递有着重要意义。

  稳定距离对校准结果的影响主要表现为控制流态的转化和流态的稳定性。流态转化主要依据雷诺数来计算, 流体惯性力与粘性力的比值称为雷诺数, 它是一个无因次的量, 用 (1) 式表示:

  式中:D为水力半径, V为流体流动速度, ρ为流体密度, μ为流体粘度, Re为雷诺数。

  通过调研, 经过调研[3,4,5], 层流选取的临界雷诺数为2 300、紊流的临界雷诺数为4 000。那么内径62 mm圆管中放置外径38 mm的仪器, 在环套中水力直径为:

又因为,

把 (2) 和 (3) 式带入 (1) 式得 (4) 式:

  当水的粘度μ=1.01×10-3m Pas, ρ=1×103kg/m3, D=0.062m, d=0.038m, 则De=0.024 m, 经 (4) 式计算, 该模拟井多情况流态为紊流, 当流量大于27.13m3/d为紊流, 小于15.60 m3/d为层流, 两者之间为过渡流。

  研究表明流态的稳定距离符合经验公式 (5) 和 (6) 。 (5) 式为层流稳定距离经验公式; (6) 式为紊流稳定距离经验公式。以仪器在油管中为例, 当流量小于15.60m3/d时, 雷诺数取2 300, 水从井口进液口进入模拟井筒需要3.9 m的距离才能稳定;实际应用中大多数情况流态为紊流, 理论上40 d***好, 参考文献[6]倍数取30, 即测量井段距进液口1.9 m。

  式中:l为稳定距离, d为管道直径。

  通过软连接改变进液口到仪器顶端的距离, 10 d 0.62 m、15 d 1 m、30 d 2 m、40 d 2.5 m。试验选取2支超声波和2支电磁超声波井下流量计, 校准时带上下扶正器。井下存储电磁流量计流量稳定时间60 s, 井下存储超声波流量计流量稳定时间90 s, 试验仪器基础信息见表1。

表1 试验仪器基础信息

  经反复试验表明, 进液口距离测量井段越深越好, 数据见表2、表3、表4、表5 (单位:m3/d) 、图1。以STC0172为例由表2可知硬链接稳定距离0.35 m时校准示值误差1.20%, 软连接, 进液口到仪器上端距离0.62 m时标检示值误差为1.02%, 1 m时为0.69%, 2 m时为0.49%, 2.5 m时为0.38%。从图1可知不论是超声波还是电磁井下存储流量计, 稳定距离对校准结果的影响趋势一致, 即进液口距离测量井段越深越好, 同时结果表明30 d和40 d, 校准结果示值误差非常接近。

表2 STC0172不同稳定距离校准数据

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表3 STD0022不同稳定距离校准数据

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表4 3A-393H不同稳定距离校准数据

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表5 3A-395H不同稳定距离校准数据

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图1 校准稳定距离与示值误差折线图

  稳定距离对井下存储流量计校准结果的影响符合层流和紊流稳定经验公式, 随着稳定距离的增加, 校准精度提高, 不考虑层流稳定距离, 紊流稳定距离30 d和40 d的校准结果示值误差非常接近。