井口流速測(cè)量裝置的研制與應(yīng)用

孫玉平，劉松林，潘國(guó)輝，李 興

（江蘇油田分公司采油一廠，江蘇揚(yáng)州 225265）

1 基本原理

在采油過(guò)程中油管內(nèi)流動(dòng)的是一種多相流，是原油、水、氣的混合物，當(dāng)流體流過(guò)節(jié)流件時(shí)，流體將被加速，根據(jù)伯努利原理（即能量守恒定律），物體的動(dòng)能增加，則其勢(shì)能減小，如下式（1）成立：

式（1）變形得：

根據(jù)液體流動(dòng)性原理，式（3）成立：

液體可以認(rèn)為收縮前后密度不變即：ρ1=ρ2

液體流速為：

流體的體積流速為式（4）:

流體的質(zhì)量流量為式（5）：

在流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖中，流體流過(guò)節(jié)流件時(shí)，在節(jié)流件前端由于受節(jié)流件阻擋，流速為零，在式（1）中，V1為0，式（1）變?yōu)椋?/p>

由式（6）求得速度：

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)

測(cè)量裝置設(shè)計(jì)原則[1，2]為：外觀小巧，使用方便。將測(cè)量裝置的主體設(shè)計(jì)成紡錘體式的結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)將抽油井井口原堵頭拆下，測(cè)量裝置從堵頭位置插于油管，測(cè)量裝置尾部的堵頭式結(jié)構(gòu)封住油管，這種結(jié)構(gòu)能起到穩(wěn)流、節(jié)流的效果。

紡錘體的頭部安裝有差壓傳感器，測(cè)量節(jié)流前后的壓力差；尾部安裝有絕對(duì)壓力及溫度傳感器；在紡錘體的頭部設(shè)有取壓孔，通往差壓傳感器的一個(gè)壓力感應(yīng)面，在兩電容的中間部分設(shè)有取壓孔，通往差壓傳感器的另一個(gè)壓力感應(yīng)面和絕對(duì)壓力傳感器的感應(yīng)面（見(jiàn)圖1），硬件設(shè)計(jì)框圖（見(jiàn)圖2）。

圖1 測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖

圖2 硬件設(shè)計(jì)框圖

圖3

圖4

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的裝置（見(jiàn)圖3、圖4）。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備做簡(jiǎn)單改造，擴(kuò)大油嘴套的內(nèi)徑，使其與所安裝的油管內(nèi)徑相同，拆下堵頭，將測(cè)量裝置插于油管中，安裝在堵頭的位置。

3.1 CZ120 井試驗(yàn)情況

在側(cè)真120 井試驗(yàn)時(shí)，在裝置上增加利用差壓測(cè)量流量的功能，測(cè)量裝置安裝到位后，設(shè)定裝置測(cè)量間隔。測(cè)量裝置按照設(shè)定的時(shí)間間隔測(cè)量體積流量數(shù)據(jù)，自動(dòng)分析抽油機(jī)運(yùn)行周期，計(jì)算一個(gè)周期內(nèi)的平均體積流量，流量累加計(jì)算出一天的體積流量，并繪制出一天的體積流量變化曲線(xiàn)。連續(xù)測(cè)量7 d，流量平穩(wěn)，日平均體積流量在110 m3左右。

3.2 Z190 井試驗(yàn)情況

Z190 井每天的平均流量不穩(wěn)定，連續(xù)測(cè)量57 d的單日平均體積流量變化曲線(xiàn)（見(jiàn)圖5）。

Z190 井日產(chǎn)氣量200 m3，井口平均壓力0.9 MPa，溫度55 ℃，根據(jù)氣體方程，將產(chǎn)氣量換算成井口狀態(tài)下的體積24.8 m3，減去氣體體積之后的體積流量曲線(xiàn)（見(jiàn)圖6），平均日產(chǎn)液量30.6 m3。

4 結(jié)論

井口流速測(cè)量裝置安裝于CZ120、Z190 井等15口的試驗(yàn)裝置已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行了4 個(gè)多月，從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用能夠測(cè)量出井口位置的溫度、壓力、流量（流速）數(shù)據(jù)，從中可以發(fā)現(xiàn)油井的產(chǎn)液量的變化情況，為油井的測(cè)試分析提供了技術(shù)支撐。

圖5 總體積流量變化曲線(xiàn)

圖6 液態(tài)體積流量變化曲線(xiàn)