籠統注CO2井流量計 雙渦輪,倒傘流量計結構應用
摘要：介紹適用于注CO2井的低啟動排量流量計。針對注入剖面小層吸液量細分的要求, 流量計采用倒傘集流方式, 有效降低啟動排量;采用雙渦輪計量, 提高單次測井成功率, 增強流量計的實用性。闡述流量計在注CO2井中測量流量的可行性、實用性;介紹流量計的結構、原理、技術指標及數據處理方法;分析了模擬井標定資料與現場測井資料。研制的注CO2籠統井低啟動排量流量計可以在CO2驅注氣井錄取動態流量資料, 為評價油田開發效果及制定調整方案提供準確依據。
0 引言
CO2驅油逐漸成為提高采收率的主要手段[1-6]。大慶油田在多個區塊開展了現場試驗。數據顯示, 驅油效果較好, 為配合由籠統注CO2轉變為分層配注的開發方式[8], 需要監測油藏壓力、分層注入量、井溫等數據[9], 作為評價開發效果及調整開發方案的依據。現有測井儀器不能完全適應CO2驅動態監測的要求[10], 測井儀器的流量參數啟動排量高 (啟動排量15 m3/d以上) , 無法識別吸液量低于15m3/d以下層位[11-12], 不適應低注入籠統井的測試要求?；谝陨显? 本文介紹了籠統注CO2井低啟動排量流量計開發情況。標準井及現場應用證明, 該儀器可以在CO2驅注氣井錄取動態資料, 為評價開發效果及制定調整方案提供準確依據。
1 雙渦輪、倒傘集流測量CO2流體
1.1 注入井內CO2流體特性
注CO2井壓力和溫度較高, CO2處于超臨界狀態。所謂超臨界CO2是指溫度和壓力均超過臨界點的壓縮氣體, 密度高、黏度低、流動性好、擴散性強、對溶質有較好的溶解性等, 具有液體的性質[13]。在井下需要計量的是CO2液體狀態的流量, 采用渦輪方式測量井內流體流量可行。
1.2 雙渦輪方式提高單次測井成功率
注CO2井具有高壓的特點, 在測井施工過程中需要井口帶壓力密閉作業, 工藝較為復雜, 有一定的危險性, 儀器單次下井耗時長, 測井儀器可靠性尤其重要。在整個測井儀器串中, 渦輪流量計故障高發, 為避免偶然發生的卡頓問題, 采用雙渦輪方式, 大幅提高單次測井成功率。
1.3 倒傘集流提高流量計啟動排量
全井眼流量計的啟動排量為15 m3/d, 采用倒傘集流提高流體流經渦輪轉子的速度, 大幅度降低了流量計的啟動排量。倒傘是相對產出剖面測井儀器集流傘而言, 將集流傘旋轉180°, 將自井口向下流動的流體集流。渦輪葉片采用輕質防腐材料加工, 感應探頭采用霍爾元件, 降低磁鋼阻尼對啟動排量的影響。渦輪流量計啟動排量可達1 m3/d, 對CO2流體流量較小變化及低吸液量層位的識別具有良好的響應。
1.4 雙渦輪、倒傘流量計結構
流量計測井時采用定點測量, 資料解釋方法采用逐層遞減法, 計算出分層注入流量 (見圖1) 。
圖1 籠統注CO2井低啟動排量流量計結構示意圖
2 儀器整體結構設計及技術指標
儀器結構見圖2。儀器整體采用模塊化設計, 包括2個測量短節, 即井溫、壓力、伽馬、磁性定位、遙測通訊短節, 流量集流器短節。短節之間的機械連接采用絲扣套連接方式, 電氣連接采用4芯同軸接插件。儀器原理框圖見圖3。遙測傳輸系統和地面設備之間數據傳輸, 采用單芯電纜傳輸, 與下掛各參數之間數據傳輸, 采用多芯數據傳輸控制。
圖2 籠統注CO2井多參數組合儀結構示意圖
圖3 籠統注CO2井多參數組合儀原理框圖
儀器指標:外徑43 mm;耐溫125℃;耐壓60MPa;流量測量范圍1~40 m3/d (±10%) ;壓力測量范圍0~60MPa (0.1%) ;井溫測量范圍0~125℃ (±1℃) 。
曼碼傳輸率5.729 2kbit/s, 配接7 000m單芯電纜;可配接PL2000、超越2000等能夠接收曼碼信號的通用數控測井系統。
低啟動排量流量計模擬井標定數據。井內CO2流體處于超臨界狀態, 具有液體的性質;標定流量計采用水作為介質。表1為流量計上下渦輪模擬井標定數據, 對標定數據做單點平均處理, 再對處理后數據做線性回歸, 求出流量與儀器渦輪響應關系式。
流量計流量與儀器響應方程, 關系式為
式中, Y1、Y2分別為上下渦輪動態流量, m3/d;X1、X2分別為上下渦輪儀器響應頻率輸出, Hz。
圖4 低啟動排量流量計模擬井標定圖版
表1 流量計上下渦輪模擬井標定數據表
上下渦輪的線性相關系數R2均為0.996, 說明流量與儀器響應之間的線性相關較好, 流量數據可靠性較高。
流量計精度計算公式為
由式 (1) 、式 (2) 得出各個標準流量的儀器讀數, 由式 (4) 得到各標準流量點對應誤差數據 (見表2) 。
由表1數據, 流量計上下渦輪均在1m3/d時啟動, 且有較為穩定的頻率輸出;由表2數據, 當標準流量為1m3/d時計量誤差***大, 即流量計的精度4.22%, 滿足設計精度10%的要求。
表2 流量計上下渦輪對應標準流量點誤差表
3 現場應用情況及分析
標準籠統井測試實驗:測試890~1 005 m井段, 獲取了井溫、壓力、自然伽馬、磁定位、套管節箍等參數的連續曲線。為測試儀器整體性能, 將集流傘置于微張狀態, 井內液體通過集流進入儀器內部流道, 流經組合儀流量測量傳感器, 達到檢驗流量短接性能的目的。從已錄取資料可以看出, 儀器工作穩定正常, 井溫在23~28℃, 壓力為12~13.3 MPa。測量結果如圖5。
現場應用實例。測試井是注入剖面井, 注入量14.6m3/d, 注CO2井口壓力10 MPa。測量井段2 580.6~2 674.8 m共7個小層, 測量井段溫度90~95.1℃, 壓力34.2~35.3 MPa。井口注入量14.6 m3/d, 儀器在井下測得合層注入量為14.2m3/d, 誤差為2.74%, 符合儀器測量精度要求。井溫曲線在2 590~2 592m、2 668~2 673 m均有較為明顯變化, 驗證了流量計在第2、第6層位測得的流量數據。解釋結論如圖6。
圖5 標準井測井曲線
圖6 現場井實例解釋成果圖
4 結束語
(1) 籠統注CO2井流量計可以在CO2驅注入井錄取動態流量資料。模擬井標定啟動排量為1m3/d精度為4.22%;通過與井口注入數據對比, 流量誤差不超過4%, 符合儀器設計指標要求。
(2) 所測資料能作為評價開發效果及制定有效開發調整方案的準確依據。作為監測CO2驅注氣井生產狀態的工具, 低啟動排量流量計具有較好的實用性, 具備了CO2腐蝕防護能力, 適用于超臨界CO2環境中流量的計量, 達到了對井下分層流量測量的目的。
(3) 對于特殊井況具有其局限性。當測井施工井內壓力大時, 導致儀器下井難、密封難、測井施工工藝復雜等諸多問題, 還需要進一步改進完善。