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井下存储式电磁流量计测井技术改进与应用

来源:作者:发表时间:2018-06-06 14:14:10

 针对电磁流量计在偏心分注井测试过程中存在的问题:一是电磁流量计扶正器下井时三个弹簧片成张开状态,仪器在下放过程中弹簧片始终与油管内壁摩擦,造成仪器下放阻力大,弹簧片易磨损,扶正效果不好,影响了测试成果质量和细分注水的精准性。二是流量计与配重杆连接方式为丝扣连接,仪器总体长度达到了2m左右,操作工人井口取放仪器困难,存在着安全隐患。为此一方面对电磁流量计扶正器进行了结构上的改进,另一方面研制了流量计与配重杆快速连接装置,经现场应用,效果良好,有很好的推广应用价值。
 
河南油田为解决浮子流量计在污水中测试成功率低、精度不高的问题,于1999年引进了四川省科学城久利有限责任公司生产的型井下存储式电磁流量计 [1] 。它是应用电磁感应原理测出导管中液体的平均流速,经换算求得流量。它的测量结果不受被测液体粘度、密度、温度、压力及其杂质含量的影响,测量精度非常高。整套仪器由井下仪器和地面仪器组成。其中井下仪器是这项技术的核心部分,主要由上扶正器、电磁流量计主体、下扶正器、加重杆、导锥等几部分组成。目前该仪器已在河南油田广泛使用,取得了较好的效果,成为注水井分层流量测试的主要手段。但是通过多年的现场应用,发现该流量计在结构上还有一些不足。一是该流量计扶正器下井时三个扶正器片呈张开状态,在下放过程中扶正器片始终与油管内壁摩擦,造成下放阻力较大,现场统计有70%以上分注井下放仪器时需要人工送钢丝300米-400米,测试劳动强度大,同时弹簧片易磨损,使得弹簧片强度降低,造成扶正效果不好,影响了测试成果质量和细分注水的精准性。据现场实测数据证明,井下扶正不好或强度不够时井口流量与井下流量少则误差10%,多则误差达到50%以上,影响了测试成果质量和细分注水的精准性。二是仪器在下放过程中仪器所受合力与仪器重量成正比,与井口压力和钢丝截面成反比,∮2.4mm钢丝,注水压力达到25MPa以上时,仪器受到向上的推力达到15Kg以上,这样就需要增加仪器的配重,保证仪器顺利下放,然而增加配重后仪器整体长度会增加到2m左右,操作人员井口取放仪器困难,并存在着安全隐患。为此本人重新设计了扶正器结构,同时研制了仪器与加重杆快连接头。
 
1 电磁流量计扶正器结构改进
1.1 结构
为了解决电磁流量计扶正器存在弹簧片易磨损、扶正效果差,仪器下放困难等问题,对扶正器结构进行了改进:一是将原来的弹簧片由“张开”结构,改为主体上有能够使弹簧片沿主体径向打开和收回的驱动结构;二是增加了弹簧片的数量,由原来的3个弹簧片改为4个弹簧片,同时将弹簧片的厚度0.75mm增加到1.0mm。
 
1.2 工作原理
可预收紧型井下扶正器分别连接在电磁流量计的上端与下端,构成上下扶正器,下井前用手或专用收紧工具,横向上压缩固定在弹簧卡座总成上4组弹簧片,在外力作用下簧片径向收缩,在收缩过程中带动弹簧卡座径向位移,拨动滑块,顶杆向上径向位移,同时转动凸轮,当凸轮边缘上的球面凹坑与顶杆成水平线时松开顶杆,顶杆下端圆球面与凸轮上的球面凹坑偶合,松开4组弹簧片,此时弹簧片处于收紧状态,将仪器装入防喷管内,打开测试闸门仪器即可下井,如图1所示。
收紧状态下可预收紧型井下扶正器
下井的仪器带动测井钢丝下行 [2] ,通过井下偏心配水器时,凸轮上的锁块克服锁块扭簧的扭力作用向上翻转,仪器可以顺利通过偏心配水器,当下到井筒内任何一级偏心工作筒下方时,地面绞车上提仪器,仪器上行经过偏心配水器,锁块带动凸轮顺时针旋转,顶杆球面与凸轮球面凹坑偶合脱开,顶杆上的滑块在弹簧片弹力作用下向下位移带动顶杆进入到凸轮凹腔内,同时扶正器上4个弹簧片在弹力作用下张开贴附在油管内壁上(见图2)保证了仪器在油管内居中,然后按照测试方案即可分层流量测试。
张开状态下可预收紧型井下扶正器
2 仪器与加重杆快连接头研制
2.1 结构
它由两部分组成,一部分主要由加重杆连接短接、销轴、弹簧、弹簧卡座、连杆组成,另一部分由上卡套组成见图3所示。
仪器与加重杆快连接头
2.2 工作原理
将加重杆连接短接-1、销轴-2、弹簧-3、弹簧卡座-4、连杆-5,按照图4所示组装好,连接短接-1与加重杆相连接,上卡套-6连接在下扶正器下部,按照流量计的组装顺序组装好仪器即可下井。首先将加重杆与连接短接-1组装部分放入井口防喷管内,然后将上卡套和流量计部分与连杆-5对接,上卡套-6与连杆-5成90°夹角时,连杆可以从上卡套底部长方形孔内进入到上卡
套-6内腔内,然后向上翻转上卡套和仪器部分,当上卡套-6与加重杆部分成180°时,弹簧卡座-4在弹簧力的作用下进入到上卡套-6底部扩腔孔内,实现了仪器与加重杆的连接,按照测试操作规程即可测试,测试完成后,需要取仪器时,首先将弹簧卡座-4向下压缩弹簧,使得弹簧卡座-4与上卡套-6脱开,向下翻转上卡套-6与仪器部分,当上卡套-6与弹簧卡座-4成90°时,水平方向向外拉仪器,即可将加重杆部分与仪器部分脱开,分别取出仪器与加重杆部分,这样就可降低取放仪器的高度,降低了安全隐患的发生。
 
2.3 仪器与加重杆快连接头参数
总长:162mm 最大外径:∮36mm 上下端连接丝扣:M30X1.5
 
3 现场应用
2014年8月预收紧弹簧片扶正器以及仪器与加重杆快连接头实验成功后,已由四川省科学城久利电子有限责任公司批量生产,配套在电磁流量计上,已在河南油田偏心分注井流量测试中推广使用,从2015年至今每年测试2500多井次,仪器下放顺利,井口取放仪器方便,弹簧片的使用周期延长了2个月,所测流量值与地面流量计流量值吻合率高,见K4003偏心分注井对比实验数据表1,从表1数据中可以看到从各个下行点所测取的流量数值与地面流量计流量值误差小,达到了改进的目的。
 
4 结论
(1)改进后的预收紧扶正器代替原有的扶正器后,在所测取的流量数值与地面流量计流量值误差大致减少了10%,特别是在井筒拐点处所测取的流量数值,与使用原扶正器所测取的流量数值对比减少25%,说明了预收紧电磁流量计扶正器的扶正效果好。
(2)改进后的预收紧电磁流量计扶正器,增加了凸轮控制装置,仪器在下放过程中4个弹簧片呈收拢状态,减少了在下放中与油管内壁的摩擦,仪器下放深度超过井口10m以下,即可顺利下放,降低了操作工人的测试劳动强度,也降低了弹簧片磨损程度,提高了扶正效果,提高了测试成果质量和细分注水的精准性。
(3)研制的仪器与加重杆快连接头,把原一体化连接结构,改为分体结构,仪器在井口防喷装置内放入、取出方便,在保证仪器整体长度大体不变的情况下,降低了操作工人把仪器放入、取出井口防喷装置的上举高度,降低了在井口操作时存在的安全风险。