温度式流量计测试方法

0　引　言

    国内油田生产井流量测试主要采用涡轮流量计。涡轮流量计启动排量高,不适合低流量井测试;在出砂严重的情况下测试成功率低。本文探讨一种温度式流量计,它适合生产井中对出砂井、低流量井的测试。

1　原理方法

    图1是温度式流量计简易原理图,其中在仪器下端有点电极M;A、B、C是温度探头。电极M和温度探头A、B、C通过连杆联在一起,由电机带动可以收缩和张开。电极M可以在瞬间高压放电,在井中产生以M点为中心的温度场,当点电极M放电时,在以M点为中心的同心球面上的电流密度为,其中I为电极放电产生的电流;r为球面半径。假设井中液体为静态(瞬间放电,流体可近视为静态),则在M点附近,单位体积增加的热量

式中　ρ———井内液体的电阻率;

　　　Δt———放电时间。

    可见,当电极放电时,会在以M点为中心的井筒内产生梯度温度场,变化的温度函数(对应的函数曲线见图2)为

式中　d———液体密度;

　　　c———液体比热。

    由图2可见,在M点附近温度较高,随着离M点距离的增加,温度急剧下降。因为电极M不可能是理想的点电极,实际在瞬间(比如Δt=0.01 s,流体近似为静态)放电后0时刻产生的温度场如图3(r为离点电极的距离)。随着液体中热量的传导、对流、扩散,温度场逐渐变化(见图4),但温度梯度在一定时间内依然存在。当井内液体向上流动时,温度场也向上移动,若忽略温度差异引起的对流影响,温度场的移动速度总是和液体的流动速度一致。通过在仪器温度探头A、B、C测量温度场最高温度点到达的时间,就可以确定出井内液体的流动速度,由流速计算出流量。该方法测量的是水的流速,在油、气、水三相流条件下,要确定出井内液体的流动速度还要进行滑脱校正。因为油、气都不导电,即使因为水的传导,在有限的几秒时间内,油、气的温度也低于因放电产生的水最高温度,故只要是水包油的情况,在油、气、水三相流条件下都可测量。

    以上是在点电极放电的情况下讨论的,实际应用可把放电电极做成针状或板状,以得到更有效的温度场。为了更有利于温度场的测量(因为井内流体不可能是完全规范的层流状态),电极M可设计成夹角为120°的3个电极,A、B、C每个探头可设计成夹角为120°的3个探头,同一组探头的测量值只取温度最大值,这样3组探头只有3道信号。

    温度式流量计只能点测中心流速,需要扶正器。

2　效果分析

    因为探头的响应时间及温度场的扩散,从测量精度考虑,温度场最高温度点的可分辨时间是一定的,如在瞬间放电后的1_~5 s内是温度场最高温度点的可分辨时间。若温度探头A离电极M为0.5 cm ,则A点可测量0·5 cm5 s_~0·5 cm1s,即0.1_~ 0.5 cm/s的流速;同样,温度探头B、C可测量0.5_~ 2.5 cm/s和2.5_~12.5 cm/s的流速,A、B、C这3组探头可测量0.1_~12.5 cm/s的流速;对于5.5 in(非法定计量单位,1 in=25·4 mm)套管,A、B、C这3组探头可测量约1.32 _~165m3/d的流量。可见温度式流量计能在低流量井测试,在一定范围内,流量越低精度越高。