井下存儲流量計在油田開發注入井測調中具有重要作用, 對其進行周期校準, 才能實現量值準確傳遞。影響井下存儲流量計校準結果的因素有流量點設置順序、流量保持時間、停泵時間、放空、扶正器等校準工藝細節以及主要因素模擬井筒井身結構[1,2]。目前大慶油田生產單位 (不包括科研單位) 校準井下存儲流量計的模擬井筒深度僅為3.5 m, 管道內徑為2in (1 in=25.4 mm) , 約62 mm。由于從地面管線到模擬井筒的進液口不是直管段, 所以這一深度的模擬井筒在校準井下流量計時, 沒有足夠產生穩定、均勻流場的直管段, 不能確保井下流量計準確測量。目前***長井下流量計接近3 m, ***短為1.5 m, 儀器長短的差異會導致模擬井筒深度長度不一致, 但從進液口到儀器頂端的穩定距離對井下存儲流量計校準結果的影響存在一定的規律, 因此研究穩定距離對井下流量計量值傳遞有著重要意義。

  穩定距離對校準結果的影響主要表現為控制流態的轉化和流態的穩定性。流態轉化主要依據雷諾數來計算, 流體慣性力與粘性力的比值稱為雷諾數, 它是一個無因次的量, 用 (1) 式表示:

  式中:D為水力半徑, V為流體流動速度, ρ為流體密度, μ為流體粘度, Re為雷諾數。

  通過調研, 經過調研[3,4,5], 層流選取的臨界雷諾數為2 300、紊流的臨界雷諾數為4 000。那么內徑62 mm圓管中放置外徑38 mm的儀器, 在環套中水力直徑為:

又因為,

把 (2) 和 (3) 式帶入 (1) 式得 (4) 式:

  當水的粘度μ=1.01×10-3m Pas, ρ=1×103kg/m3, D=0.062m, d=0.038m, 則De=0.024 m, 經 (4) 式計算, 該模擬井多情況流態為紊流, 當流量大于27.13m3/d為紊流, 小于15.60 m3/d為層流, 兩者之間為過渡流。

  研究表明流態的穩定距離符合經驗公式 (5) 和 (6) 。 (5) 式為層流穩定距離經驗公式; (6) 式為紊流穩定距離經驗公式。以儀器在油管中為例, 當流量小于15.60m3/d時, 雷諾數取2 300, 水從井口進液口進入模擬井筒需要3.9 m的距離才能穩定;實際應用中大多數情況流態為紊流, 理論上40 d***好, 參考文獻[6]倍數取30, 即測量井段距進液口1.9 m。

  式中:l為穩定距離, d為管道直徑。

  通過軟連接改變進液口到儀器頂端的距離, 10 d 0.62 m、15 d 1 m、30 d 2 m、40 d 2.5 m。試驗選取2支超聲波和2支電磁超聲波井下流量計, 校準時帶上下扶正器。井下存儲電磁流量計流量穩定時間60 s, 井下存儲超聲波流量計流量穩定時間90 s, 試驗儀器基礎信息見表1。

  經反復試驗表明, 進液口距離測量井段越深越好, 數據見表2、表3、表4、表5 (單位:m3/d) 、圖1。以STC0172為例由表2可知硬鏈接穩定距離0.35 m時校準示值誤差1.20%, 軟連接, 進液口到儀器上端距離0.62 m時標檢示值誤差為1.02%, 1 m時為0.69%, 2 m時為0.49%, 2.5 m時為0.38%。從圖1可知不論是超聲波還是電磁井下存儲流量計, 穩定距離對校準結果的影響趨勢一致, 即進液口距離測量井段越深越好, 同時結果表明30 d和40 d, 校準結果示值誤差非常接近。

  穩定距離對井下存儲流量計校準結果的影響符合層流和紊流穩定經驗公式, 隨著穩定距離的增加, 校準精度提高, 不考慮層流穩定距離, 紊流穩定距離30 d和40 d的校準結果示值誤差非常接近。