穩(wěn)定距離對(duì)井下存儲(chǔ)流量計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響
摘要：為了提高井下存儲(chǔ)流量計(jì)的校準(zhǔn)精度, 基于層流和紊流穩(wěn)定經(jīng)驗(yàn)公式, 提出首先以硬連接, 其次以軟連接方式改變進(jìn)液口到測(cè)量段的穩(wěn)定距離, 選擇2支超聲波和2支電磁井下存儲(chǔ)流量計(jì)獲得穩(wěn)定距離分別為0. 35、0. 62、1、2、2. 5 m時(shí)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù), 結(jié)果顯示穩(wěn)定距離為2. 5 m時(shí), 校準(zhǔn)精度***高。穩(wěn)定距離對(duì)井下存儲(chǔ)流量計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響符合層流和紊流穩(wěn)定經(jīng)驗(yàn)公式, 隨著穩(wěn)定距離的增加, 校準(zhǔn)精度提高。
0、引言：
井下存儲(chǔ)流量計(jì)在油田開發(fā)注入井測(cè)調(diào)中具有重要作用, 對(duì)其進(jìn)行周期校準(zhǔn), 才能實(shí)現(xiàn)量值準(zhǔn)確傳遞。影響井下存儲(chǔ)流量計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果的因素有流量點(diǎn)設(shè)置順序、流量保持時(shí)間、停泵時(shí)間、放空、扶正器等校準(zhǔn)工藝細(xì)節(jié)以及主要因素模擬井筒井身結(jié)構(gòu)[1,2]。目前大慶油田生產(chǎn)單位 (不包括科研單位) 校準(zhǔn)井下存儲(chǔ)流量計(jì)的模擬井筒深度僅為3.5 m, 管道內(nèi)徑為2in (1 in=25.4 mm) , 約62 mm。由于從地面管線到模擬井筒的進(jìn)液口不是直管段, 所以這一深度的模擬井筒在校準(zhǔn)井下流量計(jì)時(shí), 沒有足夠產(chǎn)生穩(wěn)定、均勻流場(chǎng)的直管段, 不能確保井下流量計(jì)準(zhǔn)確測(cè)量。目前***長(zhǎng)井下流量計(jì)接近3 m, ***短為1.5 m, 儀器長(zhǎng)短的差異會(huì)導(dǎo)致模擬井筒深度長(zhǎng)度不一致, 但從進(jìn)液口到儀器頂端的穩(wěn)定距離對(duì)井下存儲(chǔ)流量計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響存在一定的規(guī)律, 因此研究穩(wěn)定距離對(duì)井下流量計(jì)量值傳遞有著重要意義。
1、理論依據(jù)：
1.1、流態(tài)轉(zhuǎn)換依據(jù)———雷諾數(shù)：
穩(wěn)定距離對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響主要表現(xiàn)為控制流態(tài)的轉(zhuǎn)化和流態(tài)的穩(wěn)定性。流態(tài)轉(zhuǎn)化主要依據(jù)雷諾數(shù)來計(jì)算, 流體慣性力與粘性力的比值稱為雷諾數(shù), 它是一個(gè)無因次的量, 用 (1) 式表示:
式中:D為水力半徑, V為流體流動(dòng)速度, ρ為流體密度, μ為流體粘度, Re為雷諾數(shù)。
通過調(diào)研, 經(jīng)過調(diào)研[3,4,5], 層流選取的臨界雷諾數(shù)為2 300、紊流的臨界雷諾數(shù)為4 000。那么內(nèi)徑62 mm圓管中放置外徑38 mm的儀器, 在環(huán)套中水力直徑為:
又因?yàn)?
把 (2) 和 (3) 式帶入 (1) 式得 (4) 式:
當(dāng)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(jīng) (4) 式計(jì)算, 該模擬井多情況流態(tài)為紊流, 當(dāng)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。
1.2、穩(wěn)定距離依據(jù)：
研究表明流態(tài)的穩(wěn)定距離符合經(jīng)驗(yàn)公式 (5) 和 (6) 。 (5) 式為層流穩(wěn)定距離經(jīng)驗(yàn)公式; (6) 式為紊流穩(wěn)定距離經(jīng)驗(yàn)公式。以儀器在油管中為例, 當(dāng)流量小于15.60m3/d時(shí), 雷諾數(shù)取2 300, 水從井口進(jìn)液口進(jìn)入模擬井筒需要3.9 m的距離才能穩(wěn)定;實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)情況流態(tài)為紊流, 理論上40 d***好, 參考文獻(xiàn)[6]倍數(shù)取30, 即測(cè)量井段距進(jìn)液口1.9 m。
式中:l為穩(wěn)定距離, d為管道直徑。
2、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：
通過軟連接改變進(jìn)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(yàn)選取2支超聲波和2支電磁超聲波井下流量計(jì), 校準(zhǔn)時(shí)帶上下扶正器。井下存儲(chǔ)電磁流量計(jì)流量穩(wěn)定時(shí)間60 s, 井下存儲(chǔ)超聲波流量計(jì)流量穩(wěn)定時(shí)間90 s, 試驗(yàn)儀器基礎(chǔ)信息見表1。
表1 試驗(yàn)儀器基礎(chǔ)信息
經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)表明, 進(jìn)液口距離測(cè)量井段越深越好, 數(shù)據(jù)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(wěn)定距離0.35 m時(shí)校準(zhǔn)示值誤差1.20%, 軟連接, 進(jìn)液口到儀器上端距離0.62 m時(shí)標(biāo)檢示值誤差為1.02%, 1 m時(shí)為0.69%, 2 m時(shí)為0.49%, 2.5 m時(shí)為0.38%。從圖1可知不論是超聲波還是電磁井下存儲(chǔ)流量計(jì), 穩(wěn)定距離對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響趨勢(shì)一致, 即進(jìn)液口距離測(cè)量井段越深越好, 同時(shí)結(jié)果表明30 d和40 d, 校準(zhǔn)結(jié)果示值誤差非常接近。
表2 STC0172不同穩(wěn)定距離校準(zhǔn)數(shù)據(jù)
m
表3 STD0022不同穩(wěn)定距離校準(zhǔn)數(shù)據(jù)
m
表4 3A-393H不同穩(wěn)定距離校準(zhǔn)數(shù)據(jù)
m
表5 3A-395H不同穩(wěn)定距離校準(zhǔn)數(shù)據(jù)
m
圖1 校準(zhǔn)穩(wěn)定距離與示值誤差折線圖
3、結(jié)論：
穩(wěn)定距離對(duì)井下存儲(chǔ)流量計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響符合層流和紊流穩(wěn)定經(jīng)驗(yàn)公式, 隨著穩(wěn)定距離的增加, 校準(zhǔn)精度提高, 不考慮層流穩(wěn)定距離, 紊流穩(wěn)定距離30 d和40 d的校準(zhǔn)結(jié)果示值誤差非常接近。