關于一體式渦街流量計的工作原理與使用方法分析
點擊次數：2355 發布時間：2021-01-06 11:35:45
摘要：本文圍繞一體式渦街流量計的革新與應用進行探討。為提高儲層動用程度、減小多層油田開發的層間矛盾，大慶油田廣泛采取了分層配注技術。應用注入井分層調配技術能夠測試并調整目標井的配注層段的注入量，是保證分層配注效果的重要手段。然而在注入井分層調配工作中，受井下管柱結垢、油套管變形等因素影響，井下工具及流量計常常遇卡，解卡時鋼絲所受負荷變大。負荷較大時，鋼絲常常在有砂眼和細微磨損處斷裂，從而造成井下落物。為保證測井的正常注入和其他測試工作能夠正常順利進行，必須進行落物打撈工作。針對傳統的鋼絲落物打撈困難問題，對常規鋼絲落物打撈工具進行了革新，研制了一體式渦街流量計。現場應用表明：一體式渦街流量計在不同注入方式、落物深度及落物原因井中的打撈成功率為100%，說明一體式渦街流量計結構設計合理，制定的使用方法得當，具備進一步推廣價值。
在注水井分層測試工作中鋼絲落物打撈一直是困擾采油測試工的一大難題，據不完全統計因井下落物而造成作業重配的注水、注聚井中絕大部分是鋼絲落物造成的，占總落物重配作業井數的50%以上。造成這一現象的主要原因是絲落物不容易被抓牢而且上提打撈到的鋼絲容易形成較大的鋼絲團，堵塞上提通道，造成二次落物，打撈失敗。因此，加工通用的有效的鋼絲落物打撈工具，制定合理的打撈方案是提高打撈鋼絲落物的成功率的關鍵。
按照落井鋼絲長短分類落井鋼絲可分為帶短鋼絲的落物和帶長鋼絲的落物，在以往打撈井下鋼絲落物過程中常用的打撈工具就是鋼絲打撈矛。這種打撈矛工具通常分為內鉤和外鉤2種，其原理就是通過鋼絲連接配重桿下入井中，鉤住斷落抱團的鋼絲，再從油管中起出即可，實現打撈目的。有時為了增大打撈成功率，采取“一把抓”式打撈工具，類似于古代的“飛鉤爪”。但常規的打撈矛有2個缺點，地衣，由于常規打撈工具一般都是直上直下，不能360°范圍內無死角打撈。*二，常規打撈工具在起出時雖然有的打撈矛也設置了鎖緊裝置，但由于鋼絲自帶形變，再加上有時負荷過大，易發生滑脫。針對常規打撈工具存在的不足，經過多次現場實踐研制了一體式渦街流量計，一定程度上解決了以往常規打撈工具存在的不足。
1 一體式渦街流量計工作原理
1.1 工具結構
一體式渦街流量計主要由強磁吸片、硬鉤、軟鉤、尖矛、轉動軸、連接絲扣六部分組成（見圖1）。打撈工具外徑40mm，總長度450mm。轉動軸外徑30mm，長200mm。軟鉤2個，軟鉤成平面180度排列，軟鉤鉤身直徑6mm，尖矛長38mm。硬鉤6個、硬鉤角30°，強磁吸片鑲嵌在硬鉤鉤身上。轉動軸與硬鉤鉤身之間分別開槽，鑲嵌直徑6.5mm滾珠，轉動軸依靠滾珠實現自由轉動，并且依靠滾珠實現轉動軸與硬鉤間的鎖定。
1.2 一體式渦街流量計工作原理
1.2.1 轉動軸
設計時在轉動軸與硬鉤鉤身之間的開槽內鑲嵌滾珠，轉動軸依靠滾珠實現自由轉動，并且依靠滾珠實現轉動軸與硬鉤間的鎖定。在轉動軸的另一端設置了盤根槽，可以防止打撈工具在轉動過程中退扣造成二次落物。打撈落物時依靠鋼絲的右旋特性和落物與油管內壁的摩擦作用產生轉動，促使鋼絲纏繞在打撈工具上，實現打撈鋼絲的初步固定，是短鋼絲落物打撈的基礎。
1.2.2 硬鉤
該部分采用與工具主體一體連接的方式，兩側對稱，鉤齒與工具主體所稱角度較小，所能承受的額定負荷更大，如圖1顯示，在與軟鉤配合下能夠更好地抓住鋼絲，上提時受力增強，有效提高打撈的成功率。
1.2.3 強磁吸片
該部分位于本裝置的中間位置，采用具有強力磁性的材料物質制成，并且強磁吸片在硬鉤的中間不會與油管內壁直接接觸，防止了打撈工具在下入過程中粘貼油管或者配水器而無法繼續下入。強磁吸片的主要有2個功能：地衣是用于吸附細小的鋼絲及其他落物，解決常規打撈矛不易打撈細小落物的問題；*二是通過強磁的吸力將鋼絲斷頭或部分鋼絲吸起，使鋼絲更容易使進入打撈鉤內。
1.2.4 尖矛
尖矛采取J55鋼制作成尖錐狀、形狀較粗，在本打撈工具下入井中時好先與鋼絲落物接觸，其推壓鋼絲使其成團，當鋼絲壓縮到一定程度時，由于鋼絲形變產生的彈性勢能使鋼絲更容易套入打撈鉤內。
1.2.5 軟鉤
該部分采用類似常規打撈矛的倒鉤設計，同樣是兩側對稱，下井時緊貼油管內壁，由于鉤體與打撈工具之間存在空隙，同時軟鉤本身形狀較細，更容易鉤住成團的鋼絲，此外隨著尖矛不斷推壓鋼絲，軟鉤更容易穿過鋼絲，使鋼絲掛于硬鉤內，通過與硬鉤配合更好地抓住鋼絲。
2 一體式渦街流量計使用方法
使用時一體式渦街流量計時*先要檢查鉤身能否自由轉動，不能自由轉動要清除鋼珠開槽內的油污，鋼珠磨損時要及時更換。要求軟鉤焊接良好，能夠自由壓縮并彈回，軟鉤處于自由狀態時其外徑要小于44mm。打撈工具部盤根不破損。自鋼絲繩帽依次連接加重桿、震擊器和一體式渦街流量計。下井時過注水井閘門前可能會卡閘門，可通過地面緩慢起下打撈工具解卡，下井過程中要按照相關標準不得超速，并且要試探性下入、防止打撈工具下入過深造成打撈的鋼絲團過大卡死油管，造成打撈失敗。
3 應用效果
在大慶油田*三采油廠北3-6-P71井測試時，當儀器下至井下800m時，由于鋼絲有砂眼，800m鋼絲連同流量計一起掉井，該井球座深度為1200m。為此進行了落物打撈。*先使用兩片通井工具將井內鋼絲壓成一團。再使用旋轉式打撈矛下入井內，抓住落物完成打撈。使用旋轉式打撈矛打撈鋼絲落物時打撈矛應有一定的質量，要平穩操作、慢起慢下。
表1為一體式渦街流量計打撈統計表，可以看出自2016年9月開始即在現場進行了應用。為了展示試驗成果的普遍性，分別從不同注入方式、不同落物深度、不同落物原因的角度，共應用3口鋼絲落物井，打撈成功為100%。
5 結束語
（1）一體式渦街流量計結構設計合理，旋轉機構實現了井下鋼絲在鉤身上的纏繞，軟硬鉤配合設計實現鋼絲的多角度打撈，強磁片的設計實現了小物件落物的一次性打撈，也防止了短小鋼絲落物的再次出現。
（2）一體式渦街流量計在一定程度上解決了常規打撈鋼絲工具存在的撈不到、易滑脫等常見問題，使鋼絲落物打撈成功率大幅提升，具有很大的推廣應用價值。
在注水井分層測試工作中鋼絲落物打撈一直是困擾采油測試工的一大難題，據不完全統計因井下落物而造成作業重配的注水、注聚井中絕大部分是鋼絲落物造成的，占總落物重配作業井數的50%以上。造成這一現象的主要原因是絲落物不容易被抓牢而且上提打撈到的鋼絲容易形成較大的鋼絲團，堵塞上提通道，造成二次落物，打撈失敗。因此，加工通用的有效的鋼絲落物打撈工具，制定合理的打撈方案是提高打撈鋼絲落物的成功率的關鍵。
按照落井鋼絲長短分類落井鋼絲可分為帶短鋼絲的落物和帶長鋼絲的落物，在以往打撈井下鋼絲落物過程中常用的打撈工具就是鋼絲打撈矛。這種打撈矛工具通常分為內鉤和外鉤2種，其原理就是通過鋼絲連接配重桿下入井中，鉤住斷落抱團的鋼絲，再從油管中起出即可，實現打撈目的。有時為了增大打撈成功率，采取“一把抓”式打撈工具，類似于古代的“飛鉤爪”。但常規的打撈矛有2個缺點，地衣，由于常規打撈工具一般都是直上直下，不能360°范圍內無死角打撈。*二，常規打撈工具在起出時雖然有的打撈矛也設置了鎖緊裝置，但由于鋼絲自帶形變，再加上有時負荷過大，易發生滑脫。針對常規打撈工具存在的不足，經過多次現場實踐研制了一體式渦街流量計，一定程度上解決了以往常規打撈工具存在的不足。
1 一體式渦街流量計工作原理
1.1 工具結構
一體式渦街流量計主要由強磁吸片、硬鉤、軟鉤、尖矛、轉動軸、連接絲扣六部分組成（見圖1）。打撈工具外徑40mm，總長度450mm。轉動軸外徑30mm，長200mm。軟鉤2個，軟鉤成平面180度排列，軟鉤鉤身直徑6mm，尖矛長38mm。硬鉤6個、硬鉤角30°，強磁吸片鑲嵌在硬鉤鉤身上。轉動軸與硬鉤鉤身之間分別開槽，鑲嵌直徑6.5mm滾珠，轉動軸依靠滾珠實現自由轉動，并且依靠滾珠實現轉動軸與硬鉤間的鎖定。
1.2 一體式渦街流量計工作原理
1.2.1 轉動軸
設計時在轉動軸與硬鉤鉤身之間的開槽內鑲嵌滾珠，轉動軸依靠滾珠實現自由轉動，并且依靠滾珠實現轉動軸與硬鉤間的鎖定。在轉動軸的另一端設置了盤根槽，可以防止打撈工具在轉動過程中退扣造成二次落物。打撈落物時依靠鋼絲的右旋特性和落物與油管內壁的摩擦作用產生轉動，促使鋼絲纏繞在打撈工具上，實現打撈鋼絲的初步固定，是短鋼絲落物打撈的基礎。
1.2.2 硬鉤
該部分采用與工具主體一體連接的方式，兩側對稱，鉤齒與工具主體所稱角度較小，所能承受的額定負荷更大，如圖1顯示，在與軟鉤配合下能夠更好地抓住鋼絲，上提時受力增強，有效提高打撈的成功率。
1.2.3 強磁吸片
該部分位于本裝置的中間位置，采用具有強力磁性的材料物質制成，并且強磁吸片在硬鉤的中間不會與油管內壁直接接觸，防止了打撈工具在下入過程中粘貼油管或者配水器而無法繼續下入。強磁吸片的主要有2個功能：地衣是用于吸附細小的鋼絲及其他落物，解決常規打撈矛不易打撈細小落物的問題；*二是通過強磁的吸力將鋼絲斷頭或部分鋼絲吸起，使鋼絲更容易使進入打撈鉤內。
1.2.4 尖矛
尖矛采取J55鋼制作成尖錐狀、形狀較粗，在本打撈工具下入井中時好先與鋼絲落物接觸，其推壓鋼絲使其成團，當鋼絲壓縮到一定程度時，由于鋼絲形變產生的彈性勢能使鋼絲更容易套入打撈鉤內。
1.2.5 軟鉤
該部分采用類似常規打撈矛的倒鉤設計，同樣是兩側對稱，下井時緊貼油管內壁，由于鉤體與打撈工具之間存在空隙，同時軟鉤本身形狀較細，更容易鉤住成團的鋼絲，此外隨著尖矛不斷推壓鋼絲，軟鉤更容易穿過鋼絲，使鋼絲掛于硬鉤內，通過與硬鉤配合更好地抓住鋼絲。
2 一體式渦街流量計使用方法
使用時一體式渦街流量計時*先要檢查鉤身能否自由轉動，不能自由轉動要清除鋼珠開槽內的油污，鋼珠磨損時要及時更換。要求軟鉤焊接良好，能夠自由壓縮并彈回，軟鉤處于自由狀態時其外徑要小于44mm。打撈工具部盤根不破損。自鋼絲繩帽依次連接加重桿、震擊器和一體式渦街流量計。下井時過注水井閘門前可能會卡閘門，可通過地面緩慢起下打撈工具解卡，下井過程中要按照相關標準不得超速，并且要試探性下入、防止打撈工具下入過深造成打撈的鋼絲團過大卡死油管，造成打撈失敗。
3 應用效果
在大慶油田*三采油廠北3-6-P71井測試時，當儀器下至井下800m時，由于鋼絲有砂眼，800m鋼絲連同流量計一起掉井，該井球座深度為1200m。為此進行了落物打撈。*先使用兩片通井工具將井內鋼絲壓成一團。再使用旋轉式打撈矛下入井內，抓住落物完成打撈。使用旋轉式打撈矛打撈鋼絲落物時打撈矛應有一定的質量，要平穩操作、慢起慢下。
表1為一體式渦街流量計打撈統計表，可以看出自2016年9月開始即在現場進行了應用。為了展示試驗成果的普遍性，分別從不同注入方式、不同落物深度、不同落物原因的角度，共應用3口鋼絲落物井，打撈成功為100%。
5 結束語
（1）一體式渦街流量計結構設計合理，旋轉機構實現了井下鋼絲在鉤身上的纏繞，軟硬鉤配合設計實現鋼絲的多角度打撈，強磁片的設計實現了小物件落物的一次性打撈，也防止了短小鋼絲落物的再次出現。
（2）一體式渦街流量計在一定程度上解決了常規打撈鋼絲工具存在的撈不到、易滑脫等常見問題，使鋼絲落物打撈成功率大幅提升，具有很大的推廣應用價值。