笼统注CO2井低启动排量流量计研制

王明伟

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司, 黑龙江 大庆 163453)

0 引 言

CO2驱油逐渐成为提高采收率的主要手段[1-6]。大庆油田在多个区块开展了现场试验。数据显示,驱油效果较好,为配合由笼统注CO2转变为分层配注的开发方式[8],需要监测油藏压力、分层注入量、井温等数据[9],作为评价开发效果及调整开发方案的依据。现有测井仪器不能完全适应CO2驱动态监测的要求[10],测井仪器的流量参数启动排量高(启动排量15 m3/d以上),无法识别吸液量低于15 m3/d以下层位[11-12],不适应低注入笼统井的测试要求。基于以上原因,本文介绍了笼统注CO2井低启动排量流量计开发情况。标准井及现场应用证明,该仪器可以在CO2驱注气井录取动态资料,为评价开发效果及制定调整方案提供准确依据。

1 双涡轮、倒伞集流测量CO2流体

1.1 注入井内CO2流体特性

注CO2井压力和温度较高,CO2处于超临界状态。所谓超临界CO2是指温度和压力均超过临界点的压缩气体,密度高、黏度低、流动性好、扩散性强、对溶质有较好的溶解性等,具有液体的性质[13]。在井下需要计量的是CO2液体状态的流量,采用涡轮方式测量井内流体流量可行。

1.2 双涡轮方式提高单次测井成功率

注CO2井具有高压的特点,在测井施工过程中需要井口带压力密闭作业,工艺较为复杂,有一定的危险性,仪器单次下井耗时长,测井仪器可靠性尤其重要。在整个测井仪器串中,涡轮流量计故障高发,为避免偶然发生的卡顿问题,采用双涡轮方式,大幅提高单次测井成功率。

1.3 倒伞集流提高流量计启动排量

全井眼流量计的启动排量为15 m3/d,采用倒伞集流提高流体流经涡轮转子的速度,大幅度降低了流量计的启动排量。倒伞是相对产出剖面测井仪器集流伞而言,将集流伞旋转180°,将自井口向下流动的流体集流。涡轮叶片采用轻质防腐材料加工,感应探头采用霍尔元件,降低磁钢阻尼对启动排量的影响。涡轮流量计启动排量可达1 m3/d,对CO2流体流量较小变化及低吸液量层位的识别具有良好的响应。

1.4 双涡轮、倒伞流量计结构

流量计测井时采用定点测量,资料解释方法采用逐层递减法,计算出分层注入流量(见图1)。

图1 笼统注CO2井低启动排量流量计结构示意图

图4 低启动排量流量计模拟井标定图版

2 仪器整体结构设计及技术指标

仪器结构见图2。仪器整体采用模块化设计,包括2个测量短节,即井温、压力、伽马、磁性定位、遥测通讯短节,流量集流器短节。短节之间的机械连接采用丝扣套连接方式,电气连接采用4芯同轴接插件。仪器原理框图见图3。遥测传输系统和地面设备之间数据传输,采用单芯电缆传输,与下挂各参数之间数据传输,采用多芯数据传输控制。

图2 笼统注CO2井多参数组合仪结构示意图

图3 笼统注CO2井多参数组合仪原理框图

仪器指标:外径43 mm;耐温125 ℃;耐压60 MPa;流量测量范围1～40 m3/d(±10%);压力测量范围0～60 MPa(0.1%);井温测量范围0～125 ℃(±1 ℃)。

曼码传输率5.729 2 kbit/s,配接7 000 m单芯电缆;可配接PL2000、超越2000等能够接收曼码信号的通用数控测井系统。

低启动排量流量计模拟井标定数据。井内CO2流体处于超临界状态,具有液体的性质;标定流量计采用水作为介质。表1为流量计上下涡轮模拟井标定数据,对标定数据做单点平均处理,再对处理后数据做线性回归,求出流量与仪器涡轮响应关系式。

流量计流量与仪器响应方程,关系式为

Y1=0.281X1+1.687 (R2=0.996)

(1)

Y2=0.265X2+1.505 (R2=0.996)

(2)

式中,Y1、Y2分别为上下涡轮动态流量,m3/d;X1、X2分别为上下涡轮仪器响应频率输出,Hz。

表1 流量计上下涡轮模拟井标定数据表

上下涡轮的线性相关系数R2均为0.996,说明流量与仪器响应之间的线性相关较好,流量数据可靠性较高。

流量计精度计算公式为

基本误差=(最大绝对误差/流量计量程)×100%

(3)

仪器精度=(流量计读数-标准流量)MAX/
(测量上限-测量下限)×100%

(4)

由式(1)、式(2)得出各个标准流量的仪器读数,由式(4)得到各标准流量点对应误差数据(见表2)。

由表1数据,流量计上下涡轮均在1 m3/d时启动,且有较为稳定的频率输出;由表2数据,当标准流量为1 m3/d时计量误差最大,即流量计的精度4.22%,满足设计精度10%的要求。

表2 流量计上下涡轮对应标准流量点误差表

3 现场应用情况及分析

标准笼统井测试实验:测试890～1 005 m井段,获取了井温、压力、自然伽马、磁定位、套管节箍等参数的连续曲线。为测试仪器整体性能,将集流伞置于微张状态,井内液体通过集流进入仪器内部流道,流经组合仪流量测量传感器,达到检验流量短接性能的目的。从已录取资料可以看出,仪器工作稳定正常,井温在23～28 ℃,压力为12～13.3 MPa。测量结果如图5。

图5 标准井测井曲线

图6 现场井实例解释成果图

现场应用实例。测试井是注入剖面井,注入量14.6 m3/d,注CO2井口压力10 MPa。测量井段2 580.6～2 674.8 m共7个小层,测量井段温度90～95.1 ℃,压力34.2～35.3 MPa。井口注入量14.6 m3/d,仪器在井下测得合层注入量为14.2 m3/d,误差为2.74%,符合仪器测量精度要求。井温曲线在2 590～2 592 m、2 668～2 673 m均有较为明显变化,验证了流量计在第2、第6层位测得的流量数据。解释结论如图6。

4 结束语

(1) 笼统注CO2井流量计可以在CO2驱注入井录取动态流量资料。模拟井标定启动排量为1 m3/d精度为4.22%;通过与井口注入数据对比,流量误差不超过4%,符合仪器设计指标要求。

(2) 所测资料能作为评价开发效果及制定有效开发调整方案的准确依据。作为监测CO2驱注气井生产状态的工具,低启动排量流量计具有较好的实用性,具备了CO2腐蚀防护能力,适用于超临界CO2环境中流量的计量,达到了对井下分层流量测量的目的。

(3) 对于特殊井况具有其局限性。当测井施工井内压力大时,导致仪器下井难、密封难、测井施工工艺复杂等诸多问题,还需要进一步改进完善。

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