井径流量调校仪在油田注水工艺中的研究及应用

袁 磊，魏玉平，马瑞涛

(西安思坦仪器股份有限公司 陕西 西安 713000)

0 引 言

在油田开发过程中，为了提高采收率，大部分油田都采用注水的办法提高地层压力，从而达到驱油的目的。因此注水井的测试与调配对提高油田采收率、降低综合含水起着至关重要的作用[1]。根据油田实际施工情况，在流量测量的过程中，井下管柱会因为碰撞、锈蚀、沉积、结蜡等多种原因的作用而产生内径变形。目前通用的流量测量方法是基于管柱内截面上下一致的均匀模型而设计的，并没有考虑管柱的腐蚀、结垢和变形的存在，因而测得的流量数据与实际流量有一定的误差，影响注水流量的精确性，对实际采收率有较大影响[2]。

井径流量调校仪可以实时测量井径变化，对注水流量进行校正，减少管柱内径变化对流量产生的偏差，很好地解决井径大小变化对流量测量的影响。

1 测调系统及井下仪器技术指标

1.1 测调系统

测调系统主要由地面控制器[3]、井径流量调校仪及注水工具等其他附件组成。井径流量调校仪通过机械臂在井下完成与注水工具的可靠对接，并通过单芯电缆接收地面控制器的控制。

地面控制器通过电缆通信来控制井径流量调校仪动作，同时可以直观地观察当前的流量、温度、井径及压力等参数的测量值。地面控制器将测量结果以实时曲线和数值的形式显示在上位机电脑上，方便观察和判断；同时也可以根据当前的流量测量值随时对测调动作做出干预及操作，实现注水大小的调节[4]。

1.2 井下仪器结构

井径流量调校仪由流量测量、井径测量以及测调控制3个部分组成。通过电缆头与单芯电缆连接，与地面控制器实现遥传，其结构如图1所示。其中流量测量部分可实现流量、压力及温度等参数的测量；井径测量部分通过井径臂进行注水管柱内径的测量，用于流量测量值的补偿校正；测调控制部分根据测得的流量值，通过调节臂对井径注水工具进行调节，实现实时流量的大小控制，进行精细注水驱油。

仪器主要技术参数：

外径：42 mm；

长度：2 250 mm(含电缆头)；

工作温度：-40～150 ℃；

工作压力：≤80 MPa；

压力测量范围：0～60 MPa；

温度测量范围：-40～150 ℃；

井径测量范围：44～70 mm(油管规格:62 mm内径)；

流量测量范围：0～200 m3/d(油管规格:62 mm内径)。

图1 仪器结构示意图

2 井下仪工作原理及特点

2.1 流量补偿校正原理

一般意义上注水流量的计算公式为：

Q=v×S

(1)

式中：Q为单位流量，m3/d;v为液体的流速，m/s;S为管柱截面积。

S=πD2/4

(2)

式中:D为油管内径,mm。

传统流量计在测量流量时，默认管柱内径为定值，因此，根据公式(1)、(2)可知，流量测量时只需要测量流速即可计算出流量。而实际井下作业过程中，井下油管内径由于结垢、腐蚀等原因而形变，实际管柱内径不定。根据公式(2)可知，还需测量油管内径D，即井径数值。

井下仪通过井径臂测得实际井径值后，通过电缆通信实时遥传给地面控制器，地面控制器在采集到井径、流量数值后，使用采集的井径值补偿流量数据，具体流量补偿公式见式(3)、式(4)。

∂B=DB2/D2

(3)

QB= ∂B×Q

(4)

式中:∂B为流量补偿因子;DB为实际测量井径数值，mm;D为理论井径数值,mm。

式(4)中:QB为补偿后的流量，m3/d;Q为理论计算的流量,m3/d[5]。

2.2 仪器工作原理及特点

井径流量调校仪分为流量测量、井径测量、测调控制3个部分，整体框图如图2所示。

图2 仪器整体控制框图

在仪器工作过程中，测调控制部分作为主机，井径测量和流量测量部分作为从机。主机负责接收、转发从机数据，然后向地面控制器传输数据；同时，主机接收地面控制器命令和数据，向下发送控制命令以控制从机和外设。从机负责采集外部物理变量，向主机传输这些变量的数据，同时，执行主机发送下来的命令，执行对外设的操作。

井下仪用过电缆头外接单芯电缆与地面控制器进行通信，下井后通过地面控制器给井下仪供电；流量测量部分既可监测井下压力、温度及流量参数，同时管柱内径变化时，控制井径臂后端弹簧开收，进行井径测量，并将测量数据转发给测调控制部分，传输到地面控制器，从而监测井下仪的工作状态，实时计算校正注水流量。

仪器下放到目标层位后，测调控制部分测量臂与注水工具对接成功，地面控制器即可检测仪器到位，测调臂调节注水工具开关大小，调节目标层所需流量，实现精细注水；同时实时测量目标位置管柱内径，发送地面控制器实时校准目标流量。

该井下仪具有以下特点：

1)仪器3个部分采用可插拔元器件，可以自由拆卸，组装、运输简单方便；

2) 仪器可通过井径测量补偿校准实际注水流量，减少管柱内径变化对流量测量的影响，精确性更高；

3)仪器可耐高温高压，最高工作温度150℃，最高工作压力可达80 MPa[3]；

4)井径测量臂机械弹簧控制，元器件较少，过线连接简单；

5)采用高精度的位移、压力传感器；其测量精度可达±2%FS。

3 现场应用

该仪器在国内某油田进行了现场使用，根据井径测量值对注水流量进行补偿校正，试用注水井共2层，实注2层，全井配注80 m3/d，要求P1 30 m3/d，P2 50 m3/d，当天配水间正常泵压11.6 MPa，油压11.6 MPa，泵压和油压平衡，实注61.7 m3/d，欠注。

按照正常程序进行了停点测试，使用上位机分别绘制了井径校正前后的流量曲线，井径校正前曲线如图3所示，校正后曲线如图4所示。

图3 井径校正前取样图

图4 井径校正后取样图

根据相关取样图可以看出,在同一测量点，其变化规律是：井径增大时，校正后流量值增大；井径减小时，校正后流量值减小，符合补偿校正要求，其补偿校正效果见表1。

根据表1数据可以计算出，在井径校正前，P1的注水流量为21.64 m3/d(校正前流量值P1减P2)，要求P1流量为30 m3/d，计算误差-28%。井径校正后，P1的注水流量为27.79 m3/d(校正后流量值P1减P2)，与P1层要求30 m3/d注水流量相比，误差-6.9%。井径测量对流量误差的补偿效果比较明显。

P2层注水流量为P2层定点测量值减去底部测量值所得。根据表1计算，井径校正前P2流量为51.23 m3/d，虽然流量值满足P2层50 m3/d注水要求，但实际井径值变化较大，测量值非实际注水流量大小，误差较大。同时，P1与P2层总注水量与配水间总注水量61.7 m3/d相差较大。P2层校正后为32.07 m3/d，由于欠注，未满足P2层50 m3/d注水要求，但井径校正后P1与P2层注水量与配水间总注水量61.7 m3/d基本符合。

表1 井径校正前后流量值统计表

由于欠注，无法满足总的注水要求，需对配水间注水泵进行调节，同时可根据校正后的流量值，使用井径流量调校仪，对接配水工具后，对配水工具的出水口开度进行调节，实现精细注水。

4 结束语

本文介绍了一种井径流量调校仪，属于采油过程中的一种注水驱油的调节仪器。主要通过测量管柱内径，用于补偿注水流量，同时可以使该仪器根据流量值调节注水工具的开度大小，通过流量补偿校正技术，实现精细注水，提高油田采收率。