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电磁流量计在聚合物井下流量测量技术应用分析

来源:编辑:发表时间:2021-10-15 11:03:18

        聚合物是非牛顿流体,非牛顿流体的永置式测量是聚驱分注井智能测调技术的核心技术之一。分层注水井应用的井下永置式流量计主要有涡街、电磁、压差和超声波等[14-15]。压差流量计通过节流压差来计算流量,压差会带来黏度损失,不适合聚合物流量测量。涡街流量计的流量测试要求雷诺数在 5×103 ~ 7×104 范围内,其中雷诺数 2×104 ~ 7×106范围时线性度很好。而涡街流量计用于井下聚合物测量时,利用目前常用聚合物黏度计算,聚合物雷诺数小于 5 000。因此,井下涡街流量计不能完全适用于聚合物环境,室内试验也验证了这一结果。

 
       电磁流量计工作原理是依据法拉第电磁感应定律测量导电液体流量,不同流量在磁场中产生不同感应电动式。从原理上看,电磁流量计适用于聚合物流量测量,因为电磁流量计是一种流速式测量方式。根据井下实际工况,本文先容两种井下电磁流量计: 一种是中心通道式电磁流量计,内通径为46 mm,每一层的流量通过逐层递减获得。这种流量计的优势是适用流量范围宽,不易堵塞; 缺点是获取单层流量需要逐层递减,会损失一些精度,特别是小流量; 另外一种是小直径电磁流量计,直径为12 mm,保证了中心 46 mm 的条件下实现了分层聚合物流量的直接测试。第二种流量计的优势是能实现单层直接测试,保证中心通道,且测试精度高。
 
针对涡街流量计、中心通道电磁流量计、小直径电磁流量计开展了地面试验,试验介质 1 900 万分子量、1 500 mg /L 聚合物。具体试验过程如下:将三种流量计串联在一个管路,从 5 ~ 80 m3 /d 改变流程基准流量,观察流量计测试结果。
 
将流量计测试结果与试验流程基准流量进行对比,得出如下结论: ( 1) 涡街流量计与理论分析一致,不适用于聚合物流量测量,试验结果如图 3 所示,试验流程流量变化时,涡街流量计读数不跟随变化。
涡街流量计室内试验流量变化曲线
 2) 中心通道电磁流量计适用于聚合物流量测量,量程宽,在 10 m3 /d 以上能保持较高的精度,测试精度如图 4 所示。
46 mm 中心通道电磁流量计聚合物流量测试 误差曲线
在 10 m3 /d 以上条件下,聚合物测试精度±5%以内,在 10 m3 /d 以下时,聚合物测试误差在 20%以 内。同时,通过试验发现,在水中标定的流量计直接用于聚合物测量时,总体测量值偏小,需要二次标定,如图 5 所示。
中心通道电磁流量计测试误差对比( 水、聚合物)
红线右侧是水环境下的标定结果,测试误差都在±5%以内。标定后的中心通道电磁流量计直接用于聚合物测量时,最大测试误差将近 25%,需要在聚合物环境下进行二次标定。 
 
( 3) 小直径电磁流量计内通径对聚合物流量范围影响大,小直径电磁流量计测量聚合物量程远小于水介质。室内试验表明,内通径12 mm 电磁流量计在聚合物条件下的测试范围 5 ~ 30 m3 /d,超过 30 m3 /d后流量波动明显,但是平均值与实际值吻合度较高,试验曲线如图 6 所示。
水介质 频率小直径电磁流量计不同介质标定曲线
 
图 6a 为水介质标定曲线,线性度较好,在 0 ~ 120 m3 /d 范围内都能保持较好的线性度; 而图 6b为聚合物标定曲线,在小流量处吻合较好。但是超过 30 m3 /d 后出现较大偏差。可以看出,小直径电磁流量虽然可以保持较好的精度,但是目前仍存在量程小的问题,需要下一步攻关解决。 
 
1. 2 分层注聚高效低黏损水嘴
为实现分层注聚井在线高效测调,借鉴于九政等[16]和尤波等[17]的研究成果,设计试验了一种间隙连续可调的高效低黏损分层注聚用高效水嘴结构。相对于传统糖葫芦串结构,通过调节间隙实现流量调节,调节行程更短,测调效率更高。整个流量控制系统由水嘴和聚合物嘴组成,可以实现注水调节、注聚调节和全关坐封等功能。
 
在室内利用 1 900 万分子量,1 500 mg /L 浓度聚合物进行试验,试验流程如图 7 所示。
分层注聚高效低黏损水嘴室内试验流程图
在配置单元完成所需分子量和浓度的聚合物配注,通过基准流量计和智能配注器的水嘴回到废弃液单元。在智能配注器可调水嘴前后分别安装取样器接口,试验过程用取样器进行现场取样,试验结果: 60 m3 /d 聚合物流量,产生压差 1. 5 MPa,黏度损失能控制在 7. 2%; 全开状态下,60 m3 /d 聚合物流量条件下产生 0. 1 MPa 压差,黏度损失 2. 3%,压差和黏度指标符合现场应用要求。 
 
2 现场应用情况
智能分层注聚测调技术在现场应用 6 口井。以大庆油田 X 井为例,该井为直井,分三级三段注聚, 139. 7 mm 套管,73 mm 油管,人工井底1 187. 37 m,全井配注量为 50 m3 /d,井口压力 11 ~ 13 MPa,一体化配注器采用 12 mm 小直径电磁流量计。现场施工前,采用浓度为 1 250 mg /L、分子量为 1 900 万的聚合物对一体化配注器配套电磁流量计进行测试和标定,测试聚合物采用清水稀释,流量测试结果如图 8 所示,具体数值见表 1。
电磁流量计室内测试相关数据
在 30 m3 /d 以下,电磁流量计测试结果比较平稳,而且流量越小测量越稳定。而在 33 m3 /d 流量位置,电磁流量计波动较大,无法保持精确度。随着更大的流量值,电磁流量计测量结果波动更大。目前这种小直径单层直接测量的电磁流量计量程范围较窄( 5~30 m3 /d) ,仅适用于单层流量小于 30 m3 /d 的应用。
 
试验井完井后,按照配注方案,利用地面控制系统对井下单层注入量进行了测试和调配。以很好层段为例,实时测试曲线如图 9 所示。实时监测的很好层段嘴前压力平均值为 22. 04 MPa、嘴后压力平均值为 21. 00 MPa,很好层段的注入量平均值约为 15. 0 m3 /d,最 大 值 为 17. 6 m3 /d,最 小 值 为10. 2 m3 /d,测试误差为-32. 0% ~17. 3%。
很好层段井下注入参数测试曲线
从测试结果可以看出,注入井的压力比较稳定,层段吸水性能较好。井口流量无波动时,井下电磁流 量 计 测 试 出 的 注 入 量 曲 线 波 动 较 大,但 45 min内的注入量平均值满足配注要求。流量测试结果出现无规律波动,且和室内试验结果差别较大的原因为: ( 1) 稀释液采用污水时与采用清水稀释时配备的聚合物性质不完全相同,室内标定的流量计在现场测试不同性质的非牛顿流体时,出现了较大误差。( 2) 现场配备的聚合物并不是完全均匀的流体,在聚合物流经流量计时可能造成切割流量计磁力线产生的电压出现较大波动。( 3) 为了实现实时连续监测,智能分层注聚测调工艺的井下采样频率为 1 点/5 s,在聚合物不完全均匀时,较高的采样频率导致流量测试数据波动较大。 
 
3 结论
( 1) 分层注聚井智能测调技术开启了聚驱分注的数字化和智能化,井下智能配注器对分层段压力和流量实时监测,监测数据通过电缆上传到地面控制系统,控制系统依据实时层段流量和配注方案对层段注入量进行低黏损调整,保证分层注聚全过程的分注合格率,获取的井下压力和流量参数为聚驱开发方案优化提供了数据支撑。 
( 2) 该项技术尚处于起步阶段,目前仍然存在如下问题亟待解决: ①井下永置式流量计不成熟,中心通道电磁流量计量程小对小流量测试误差大; ②水聚驱一体化水嘴实现了注水和注聚的切换,但是无法实现分质分压注入; ③井下聚合物浓度和黏度无法测量,无法为聚合物浓度和黏度的精确配置提供直接依据。 
( 3) 下步将重点开展井下宽量程、高精度永置式聚合物流量测量技术、高压差、低黏损水聚驱一体化控制技术及井口和井下聚合物溶液浓黏度检测技术研究工作,进一步提高技术实用性,拓宽技术适用范围。

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