可调堵塞器水嘴开度可视化研究

张文华

（中石油大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司第九大队，黑龙江 大庆 163853）

边测边调技术通过电缆通信将地面控制器与井下可调堵塞器有效联接，实现实时通讯［1］。通过地面控制，实现了仪器一次下井完成全井测调的功能［2］。经过几年的研究改进，这一技术已经基本成型，在油田的推广试验中也取得了较好的应用效果。但边测边调技术的井下堵塞器［3］，在经过多次调节之后，无法获知井下堵塞器开度到底是多大，这就为后续的测调带来了很大的麻烦。而一旦误操作，就会影响到整口井的测调速度。要使测调更有目的性，效率更高，需要解决2个问题:一是要确保测调仪的调节臂与井下堵塞器完全对接，二是实现对水嘴开度的实时监测。为此，笔者通过对水嘴调节过程中水嘴开度变化的分析，利用相应的计算机语言编程实现了井下堵塞器水嘴开度调节过程的地面可视化，进一步提高了注水井测调效率。

1 数学建模及软件编程

1.1 数学建模

图1所示为目前常用的可调堵塞器孔口形状平面图。从图1可以看出，整个孔口可以分为2部分，上半部分的矩形和下半部分的三角形，所以函数关系计算是分段函数。

首先计算水嘴正调过程的数学函数关系式。令矩形部分横向长度为a，纵向长度为b，三角形顶角一半为α，假设经过时间t后，孔口开到x位置，可以计算出如下的函数关系式:

图1 堵塞器孔口形状平面图

式中，A为孔口开度面积。

为了建立孔口面积与时间t的函数关系，令:

将式 （2）带入式 （1），整理得:

式中，n为调节杆转速，r／s；P为调节杆螺距，mm；T为调节时间，s。

为了更适应传统测调方法对水嘴大小的认知，将面积A转换成直径表示:

将式 （4）带入式 （3），整理得:

式中，d为水嘴直径，mm。

1.2 软件编程

解决了计算函数的数学建模之后，下一步的工作就是利用计算机语言编程，使函数程序化、软件化。结合现在使用的地面控制器软件编制所使用的计算机语言，软件采用delphi编程。

图2所示为利用delphi编程得到的水嘴开度计算软件界面。为了使函数运算更为精确，在开始运行计算函数之前应该将相对应的可调堵塞器的参数输入到软件内。另外，在每次计算之前，都要输入上次测调之后该层的水嘴开度d值，根据d值会计算出一个相应的时间t。此次调整水嘴就是在时间t的基础上，加上此次调整水嘴的时间来计算调整之后水嘴开度增加或减小到多少，将最后的调整结果显示在“水嘴开度”框内。

以现在使用的西安斯坦生产的可调堵塞器为例，其各项参数值为a＝5.8mm、b＝10mm、α＝30°、n＝0.067r／s、p＝2mm，将d值预设为5.0mm （假设上次调整之后的水嘴开度为5.0mm），将各项参数输入到软件内，如图3（a）所示，点击正调按钮，软件首先将d＝5.0mm对应的t值计算出来，计算结果为t＝44.0s，然后在这个时间t的基础上开始增大水嘴，如图3（b）所示，当t值增大到45.51s时，也就是正调了1.51s，此时点击 “停止”按钮，“水嘴开度”框内显示此时的水嘴开度为5.171mm。由此可见，通过软件就可以随时在地面清楚的知道井下水嘴开度程度，从而使测调工作更加有序高效。

图2 水嘴开度计算软件界面

图3 软件计算过程演示

2 对接研究

有了正确的水嘴开度变化函数和正确的程序，并不一定就能实现地面正确显示井下水嘴变化情况，还需要一个基本前提就是确保测调仪的机械臂与井下可调堵塞器的完全对接。

图4所示为机械臂与堵塞器对接情况示意图。因为边测边调技术是利用电缆通信，所以考虑在测调仪机械臂内加装限位开关，并在地面控制器上安装与限位开关通信的指示灯。如图4（a）所示，只要2者没有完全对接，可调堵塞器的打捞头就无法接触到机械臂内的限位开关，这时限位开关就不能向地面传输指令，地面操作器的对接指示灯就不亮，那么地面操作人员就可以上提仪器，重新下坐，直到2者完全对接。如果机械臂与堵塞器完全对接了，如图4（b）所示，则可调堵塞器的打捞头就会将限位开关的触点按下，限位开关就会向地面发出信号，地面控制器上的对接指示灯显示亮的状态，这时现场操作人员就可以确认井下测调仪与可调堵塞器完全对接，从而开展后续的调整水嘴开度的工作。

3 应用效果

为了更好的验证水嘴开度可视化的应用效果，在第九采油厂所属的L37－20井和 T48－16井进行了现场试验，T48－16井与L37－20井水嘴调节对比情况如表1所示。

T48－16井在第1次使用边测边调技术测调时，只根据检配卡片的分水情况，放大偏Ⅰ，缩小偏Ⅱ，就达到了设计配注要求，但经过多次放大与缩小操作后，最终偏Ⅰ和偏Ⅱ的水嘴开度大小完全未知。在第2次测调时，经过多次调节耗时4h才最终达到设计配注要求。该井只有2个配注层段，如果配注层段多，完全盲目的调整各个层段的水嘴，就会给测调工作带来了更大的麻烦。

L37－20井在第1次测调的过程中使用了笔者编写的软件，在调整各层段吸水合格之后，清楚的计算出偏Ⅰ和偏Ⅳ最终的大小情况，如表1。在第2次对该井进行测调的时候，根据检配卡片的情况以及上次调后水嘴开度的情况，直接选择了缩小偏Ⅳ，通过软件跟踪计算偏Ⅳ水嘴减小的情况，只进行了2次缩小调整，就满足了设计配注要求，整个调出合格层共用了不到2h，大大提高了测调效率。

图4 机械臂与堵塞器对接情况示意图

表1 T48－16与L37－20水嘴调节对比情况

4 结论与建议

1）通过数学建模与delphi编程，可以实现井下堵塞器水嘴开度大小在地面的直观显示，解决了边测边调技术在推广应用中的一个技术难题，为边测边调的推广提供了强力的保障，同时也为该技术与其它测调技术的融合打下了坚实的基础。

2）测调仪机械臂中加装限位开关可以为地面操作人员提供直观的井下仪器对接情况，确保了堵塞器开度地面显示的准确性。

3）下一步工作是将水嘴调节程序与现行的地面控制器软件有机统一，以便于在使用过程中更方便、快捷、准确。

［1］陈彦杰 .边测边调测试技术现场应用及评价 ［J］.科技与生活，2011（13）:154.

［2］徐广天，朱忠庆，张传军，等 .注水井高效测调技术的开发与应用 ［J］.石油科技论坛，2010（6）:28－32.

［3］张秋平 .边测边调井下流量计检定影响因素 ［J］.石油化工应用，2012（6）:42－50.