井下存儲流量計在油田開發(fā)注入井測調中具有重要作用, 對其進行周期校準, 才能實現(xiàn)量值準確傳遞。影響井下存儲流量計校準結果的因素有流量點設置順序、流量保持時間、停泵時間、放空、扶正器等校準工藝細節(jié)以及主要因素模擬井筒井身結構[1,2]。目前大慶油田生產單位 (不包括科研單位) 校準井下存儲流量計的模擬井筒深度僅為3.5 m, 管道內徑為2in (1 in=25.4 mm) , 約62 mm。由于從地面管線到模擬井筒的進液口不是直管段, 所以這一深度的模擬井筒在校準井下流量計時, 沒有足夠產生穩(wěn)定、均勻流場的直管段, 不能確保井下流量計準確測量。目前***長井下流量計接近3 m, ***短為1.5 m, 儀器長短的差異會導致模擬井筒深度長度不一致, 但從進液口到儀器頂端的穩(wěn)定距離對井下存儲流量計校準結果的影響存在一定的規(guī)律, 因此研究穩(wěn)定距離對井下流量計量值傳遞有著重要意義。

  穩(wěn)定距離對校準結果的影響主要表現(xiàn)為控制流態(tài)的轉化和流態(tài)的穩(wěn)定性。流態(tài)轉化主要依據(jù)雷諾數(shù)來計算, 流體慣性力與粘性力的比值稱為雷諾數(shù), 它是一個無因次的量, 用 (1) 式表示:

  式中:D為水力半徑, V為流體流動速度, ρ為流體密度, μ為流體粘度, Re為雷諾數(shù)。

  通過調研, 經過調研[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:

又因為,

把 (2) 和 (3) 式帶入 (1) 式得 (4) 式:

  當水的粘度μ=1.01×10-3m Pas, ρ=1×103kg/m3, D=0.062m, d=0.038m, 則De=0.024 m, 經 (4) 式計算, 該模擬井多情況流態(tài)為紊流, 當流量大于27.13m3/d為紊流, 小于15.60 m3/d為層流, 兩者之間為過渡流。

  研究表明流態(tài)的穩(wěn)定距離符合經驗公式 (5) 和 (6) 。 (5) 式為層流穩(wěn)定距離經驗公式; (6) 式為紊流穩(wěn)定距離經驗公式。以儀器在油管中為例, 當流量小于15.60m3/d時, 雷諾數(shù)取2 300, 水從井口進液口進入模擬井筒需要3.9 m的距離才能穩(wěn)定;實際應用中大多數(shù)情況流態(tài)為紊流, 理論上40 d***好, 參考文獻[6]倍數(shù)取30, 即測量井段距進液口1.9 m。

  式中:l為穩(wěn)定距離, d為管道直徑。

  通過軟連接改變進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。試驗選取2支超聲波和2支電磁超聲波井下流量計, 校準時帶上下扶正器。井下存儲電磁流量計流量穩(wěn)定時間60 s, 井下存儲超聲波流量計流量穩(wěn)定時間90 s, 試驗儀器基礎信息見表1。

  經反復試驗表明, 進液口距離測量井段越深越好, 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時校準示值誤差1.20%, 軟連接, 進液口到儀器上端距離0.62 m時標檢示值誤差為1.02%, 1 m時為0.69%, 2 m時為0.49%, 2.5 m時為0.38%。從圖1可知不論是超聲波還是電磁井下存儲流量計, 穩(wěn)定距離對校準結果的影響趨勢一致, 即進液口距離測量井段越深越好, 同時結果表明30 d和40 d, 校準結果示值誤差非常接近。

  穩(wěn)定距離對井下存儲流量計校準結果的影響符合層流和紊流穩(wěn)定經驗公式, 隨著穩(wěn)定距離的增加, 校準精度提高, 不考慮層流穩(wěn)定距離, 紊流穩(wěn)定距離30 d和40 d的校準結果示值誤差非常接近。