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常用流量计在煤层气井生产测井中应用分析

摘要:煤层气生产测井正处于探索阶段,还没有成熟的测井仪器。本文分析了煤层气井生产测井条件及要求,对常用的涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、放射性示踪流量计做了适用性分析。
1、煤层气井生产测井条件及要求
煤层气井生产测井仪器是从油管与套管的环形空间下人并进行测井的。煤层气的排采设备分为游梁式抽油机、倾斜式环形齿条抽油机、螺杆泵采油装置和电潜螺杆泵采油装置,其中应用最多的是游梁式抽油机。对于前两种排采设备只要安装了偏心井口就可以解决仪器下入问题。对于后两种排采设备改进后才能进行生产测井。
煤层气井油管下入深度有三种。第一种:油管在产层之上,这时煤层气和水都是向上运动的;第二种:油管下端在产层中部,这种情况下煤层气向上运动,筛管之上的水向下运动,筛管之下的水向上运动;第三种:油管下过了产层,这种情况下煤层气仍然向上运动,水则向下运动。
煤层气产水量一般为2~lOOm3/d,产气量一般为0~3000m3/d。按照相关要求,煤层气生产测井仪器水流量测量范围为5~100m3/d,测量精度为10%;气测量范围为50~50Om3/d,精度为15%。
2、现有流量计适用性分析
2.1 涡轮流量计
涡轮流量计利用涡轮转速的高低测量井内流体的速度。它分为集流式流量计和非集流式流量计。集流式流量计不能用于油管下过射孔层的井,这里不做讨论。
图1是哈里伯顿公司高灵敏度流量计静态响应曲线。从图1可以看出,该仪器在水中的启动速度为3.5ft/min,在气中的启动速度为50ft/min。哈里伯顿公司高灵敏度流量计在水中的测量精度为lft/min,由此得出该仪器在水中测量精度与启动速度的关系为1:3.5。据此估算,该仪器在气中的测量精度约为50/3.5=14ft/min。进而得到,此仪器在水中的测量精度与气中测量精度的比值约为1:14。
对于非集流式流量计,仪器直径越小,涡轮直径越小,涡轮启动排量越大,仪器测量精度越低。哈里伯顿公司高灵敏度流量计壳体直径为38mm,灯笼罩直径43mm,涡轮直径34ram。煤层气生产测井如果使用涡轮流量计只能选用直径25mm左右的仪器,其涡轮直径约为20mm。因此其精度远低于哈里伯顿公司高灵敏度流量计。吉尔哈特公司曾生产过直径25.4mm的仪器,它在水中的测量精度为2.6ft/min,在5—1/2英寸的套管中折合的产量精度为13.8m3/d。利用上面的方法估算,该仪器在气中的测量精度约为2.6×14=36.4ft/min,在5-1/2英寸的套管中折合的气产量精度为633m3/d。可以看出,该仪器对于水和气的测量精度均不能达到煤层气井测井的要求。
2.2 电磁流量计
假设X、Y、z为互相垂直的三个轴,当导电液体沿X方向流动时,在Y方向上加上磁场,导电液体中的正负离子受到洛仑兹力的作用,会在Z方向上产生相反的运动并形成感生电动势,感生电动势的大小与导电液体的流量成正比。这就是电磁流量计的测量原理。电磁流量计主要用于测量电导率大于10^-7s/m的单相流体,它不适用于气体和含有较大气泡液体的测量。这就否定了该仪器在煤层气井生产测井中的应用。
2.3 超声流量计
超声波在流体中传播时,将附带上流体流速的信息。顺流和逆流传播速度由于叠加了流体速度而不同,因此通过接收到的超声波信号,就可以计算出流体的速度或流量。生产测井采用的超声波流量计主要采用多普勒法和传播速度法。
2.3.1 多普勒法
多普勒法是利用声学多普勒原理确定流体速度