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植物油流量計(jì)在多相流模擬井中的實(shí)驗(yàn)及分析
點(diǎn)擊次數(shù)：2654 發(fā)布時(shí)間：2021-01-19 15:06:29
本文在大慶油田多相流模擬實(shí)驗(yàn)裝置上采用阻抗式含水率計(jì)在油氣水三相流條件下進(jìn)行室內(nèi)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，得到油氣水三相流情況下植物油流量計(jì)及阻抗含水率傳感器的響應(yīng)特性，定量分析評價(jià)了氣相對流量和含水率測量的影響，并結(jié)合現(xiàn)場測井實(shí)例，為現(xiàn)場測井工程師在生產(chǎn)測井中產(chǎn)氣井測試提供借鑒。
1實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)方案
實(shí)驗(yàn)在大慶油田多相流實(shí)驗(yàn)室油氣水三相流模擬井中進(jìn)行。透明有機(jī)玻璃井筒內(nèi)徑為125ｍｍ，實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為自來水、柴油和壓縮空氣。實(shí)驗(yàn)儀器采用阻抗式產(chǎn)液剖面測井儀。儀器自下向上依次為傘式集流器、植物油流量計(jì)和阻抗式含水率傳感器，植物油流量計(jì)及阻抗傳感器內(nèi)徑為19ｍｍ。傘式集流器具有16根金屬傘筋，傘布采用高強(qiáng)度薄織料，集流傘撐開后能夠?qū)?nèi)徑為125ｍｍ的井筒密封，使待測的油氣水混合流體被集流傘集流后從集流傘下方的進(jìn)液口流入測量通道。阻抗式含水率傳感器和植物油流量計(jì)依次安裝在集流傘上部，油氣水混合流體流經(jīng)植物油流量計(jì)測量流量，再流經(jīng)阻抗式含水率傳感器測量含水率，然后由出液口流回到井筒。
根據(jù)儀器的工作原理及儀器結(jié)構(gòu)等條件，實(shí)驗(yàn)時(shí)氣體流量設(shè)置分別為0、1、3、5m3/d；油水液相流量范圍為3～60m3/d，流量調(diào)節(jié)分別為3、5、10、20、40、60m3/d，含水率調(diào)節(jié)范圍50％～100％。實(shí)驗(yàn)中，先固定某一氣體流量，待氣體流量穩(wěn)定后調(diào)節(jié)油水兩相含水率，流動(dòng)穩(wěn)定后，進(jìn)行測量。
2多相流模擬井中的實(shí)驗(yàn)及分析
2.1氣體對植物油流量計(jì)流量測量的影響
為考察氣體對植物油流量計(jì)流量測量的影響，在油氣水三相流中不同氣相流量下對植物油流量計(jì)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)時(shí)添加的氣體流量分別為1、3、5m3/d，油水液相流量范圍3～60m3/d，含水率調(diào)節(jié)范圍50％～100％。
圖1氣體流量分別為1、3、5m3/d時(shí)標(biāo)定的植物油流量計(jì)在油氣水三相流中的響應(yīng)圖版。液相含水率從100％逐漸遞減變化到50％，便于對比增加了清水中標(biāo)定的渦輪曲線，即氣體流量為0m3/d時(shí)的渦輪曲線。
（1）當(dāng)加入氣體流量1m3/d時(shí)，液相流量在10m3/d以上時(shí)，渦輪響應(yīng)與液相流量呈線性關(guān)系；由于加入的氣體較少，渦輪響應(yīng)頻率略高于沒有加入氣體時(shí)清水中渦輪的響應(yīng)；但在液相流量10m3/d以下時(shí)，隨持氣率增加，渦輪響應(yīng)明顯高于清水中的渦輪響應(yīng)，測量流量明顯高于標(biāo)準(zhǔn)流量，產(chǎn)生了較大測量誤差［見圖1（ａ）］。
（2）當(dāng)加入氣體流量3m3/d時(shí)，渦輪響應(yīng)頻率明顯高于沒有加入氣體時(shí)清水中渦輪的響應(yīng)頻率。當(dāng)加入氣體后，渦輪在低液量和高液量時(shí)有不同的規(guī)律，在液相流量高于10m3/d時(shí)，渦輪響應(yīng)與液相流量呈線性關(guān)系。而在低液量下（液相流量10m3/d以下），渦輪響應(yīng)與液相流量呈非線性關(guān)系。此時(shí)，渦輪響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相對應(yīng)的液相流量，隨液相流量增加，渦輪響應(yīng)增加緩慢，幾乎呈一個(gè)平的臺(tái)階，渦輪對液相流量失去了分辨能力，說明植物油流量計(jì)在產(chǎn)氣情況下測量低液相流量時(shí)會(huì)有較大誤差［見圖1（ｂ）］。
（3）加入氣體流量5m3/d時(shí)渦輪響應(yīng)與加入氣體3m3/d時(shí)的響應(yīng)規(guī)律一致，渦輪響應(yīng)要明顯高于清水和加入3m3/d氣體時(shí)的響應(yīng)，測量流量明顯偏高，植物油流量計(jì)受氣體影響更為嚴(yán)重［見圖1（ｃ）］。
（4）液相含水率從100％變化到50％時(shí)，不同含水率下的渦輪響應(yīng)曲線近于重合，即渦輪受油水兩相含水率變化影響較小，氣體則是影響渦輪響應(yīng)明顯偏高的主要因素。
利用清水中渦輪的刻度方程計(jì)算加入不同氣體流量后渦輪響應(yīng)頻率所對應(yīng)的流量，即為加入氣體后的測量流量，與標(biāo)準(zhǔn)流量之比得到相對誤差。計(jì)算結(jié)果表明，氣體對液相流量的測量產(chǎn)生了較大的誤差，只有流量較高、氣量較低的測點(diǎn)相對誤差在10％以內(nèi)，其他測點(diǎn)的相對誤差均大于10％。尤其在液相流量較低、持氣率較高時(shí)，受氣相影響尤為嚴(yán)重。液相流量5m3/d時(shí)相對測量誤差*大可達(dá)135％，液相流量3m3/d時(shí)相對測量誤差*大可達(dá)300％。因此，現(xiàn)場測井時(shí)液相流量越低，持氣率越大，氣體對流量產(chǎn)生的測量誤差越大。
2.2氣體對阻抗含水率計(jì)含水率測量的影響
為考察氣體對阻抗式含水率計(jì)含水率測量的影響，在油氣水三相流中不同氣相流量下對阻抗含水率計(jì)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)時(shí)氣體流量分別為1、3、5m3/d，油水液相流量范圍為3～40m3/d，含水率調(diào)節(jié)范圍50％～100％。圖2為加入氣體流量1、3、5m3/d時(shí)標(biāo)定的阻抗含水率計(jì)在油氣水三相流中的響應(yīng)圖版。
（1）加入氣體流量1m3/d，當(dāng)液相流量較高時(shí)儀器含水率響應(yīng)略低于未加入氣體時(shí)的含水率響應(yīng)，受氣體影響??；但在液相流量較低（10m3/d以下）、含水率較高（80％）時(shí)，含水率響應(yīng)明顯降低，測量含水偏低，受氣體影響嚴(yán)重，產(chǎn)生了較大的測量誤差［見圖2（ａ）］。
（2）加入氣體流量3、5m3/d時(shí)，與未加入氣體的含水率圖版對比，加入氣體后相對應(yīng)的含水率響應(yīng)明顯降低，測量的含水率明顯低于標(biāo)準(zhǔn)含水率。氣流量5m3/d的含水率響應(yīng)明顯低于氣流量3m3/d時(shí)的含水率響應(yīng)。尤其是在低流量、高含水時(shí)，氣體對含水率測量影響尤為嚴(yán)重，液相流量越低含水率響應(yīng)偏差越大；氣體流量越高，含水率測量偏差越大［見圖2（ｂ）、
計(jì)算加入氣體后的含水率測量誤差，誤差計(jì)算結(jié)果表明，加入氣體后含水率測量誤差較大，液相流量越低含水率測量誤差越大，*大測量誤差達(dá)到30％。根據(jù)阻抗式含水率計(jì)的測量原理，含水率傳感器測量油水混合相電導(dǎo)率與其中純水相電導(dǎo)率之比確定含水率。由于氣相為非導(dǎo)電相，當(dāng)加入一定量氣體時(shí)，待測流體的混合電導(dǎo)率降低，測量含水率降低；液相流量越低，氣體所占比例越大，測量含水率誤差越大。
3現(xiàn)場測井
Ｔ－××－××1井是大慶油田采油五廠1口水驅(qū)產(chǎn)出井，采用阻抗式含水率計(jì)在該井進(jìn)行了測試。圖3、圖4分別為測點(diǎn)深度1097.3ｍ測量的流量及混相值曲線圖。2ｍｉｎ的采樣時(shí)間內(nèi)，流量及混相值曲線波動(dòng)劇烈，明顯受井下產(chǎn)氣影響，進(jìn)行平均值計(jì)算時(shí)只能取后半段較平穩(wěn)的數(shù)據(jù)，因此，測試時(shí)需延長測量時(shí)間。錄取不同范圍數(shù)值時(shí)流量及含水率測量差值較大，流量平穩(wěn)段為14.81m3/d，高值時(shí)達(dá)到23.52m3/d；取不同測量段的混相值時(shí)測量含水率*大相差12％。重復(fù)測量得到了相同的測量結(jié)果。由此可見，氣體對流量及含水率測量產(chǎn)生了非常大的測量誤差。
Ｂ2－××－××2井是大慶油田采油一廠1口水驅(qū)產(chǎn)出井，該井井口計(jì)量產(chǎn)液51.72m3/d，取樣化驗(yàn)含水率81.8％。采用阻抗式含水率計(jì)在該井進(jìn)行了測試，圖5為*1測點(diǎn)深度1068ｍ測量的流量及混相值曲線圖。圖5的流量曲線表明，流量曲線受氣體影響較大，測量流量波動(dòng)較大，在25～98m3/d之間波動(dòng)，平均值為58.6m3/d；混相值波動(dòng)也很大，在280～640Ｈｚ之間劇烈波動(dòng)，平均值圖5*1測點(diǎn)1068ｍ處流量曲線和混相值曲線388Ｈｚ。該井測量流量為65.8m3/d，測量含水為51.3％，受井下產(chǎn)氣影響明顯，測量流量明顯高于井口計(jì)量流量，測量含水率明顯低于化驗(yàn)含水率。同時(shí)，在該井測井時(shí)，使用了儀器上裝有氣體分離器的阻抗式含水率計(jì)在該井進(jìn)行測試，*1測點(diǎn)的流量及混相值曲線見圖6。由于氣體分離器將氣體分離，未進(jìn)入測量通道，減小了氣體對測量傳感器的影響，測量的流量及混相值曲線波動(dòng)明顯減少，流量波動(dòng)為36～78m3/d，平均值為55m3/d；混相值波動(dòng)為211～288Ｈｚ，平均值為228Ｈｚ。測量流量為54.8m3/d，測量含水率為80.4％，與井口計(jì)量非常接近。對比測量結(jié)果表明，氣體對流量及含水率測量造成了非常大的測量誤差，已不能進(jìn)行準(zhǔn)確測量。
4結(jié)論及建議
（1）產(chǎn)氣井中使用兩相流儀器測量流量普遍偏高，氣體對流量測量產(chǎn)生的相對誤差普遍大于10％；液相流量較低時(shí)，受氣相影響尤為嚴(yán)重，液相流量5m3/d時(shí)相對測量誤差*大可達(dá)135％。在現(xiàn)場測井液相流量越低，持氣率越大時(shí)，氣體對流量產(chǎn)生的測量誤差越大。
（2）產(chǎn)氣井中測量含水率普遍偏低，氣體對含水率測量產(chǎn)生了較大的測量誤差，液相流量越低，持氣率越大時(shí)，含水率測量誤差越大，*大測量誤差達(dá)到30％。
（3）為進(jìn)一步提高油氣水三相流條件下的產(chǎn)出剖面測井質(zhì)量，開發(fā)安全、環(huán)保、可靠的三相流測井技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急。一方面研究基于光纖持氣率計(jì)、植物油流量計(jì)及阻抗含水率計(jì)多傳感器組合的測量方法和解釋方法；另一方面研究氣相分流的工藝，將三相流問題簡化為兩相流問題，采用兩相流的技術(shù)解決問題。
1實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)方案
實(shí)驗(yàn)在大慶油田多相流實(shí)驗(yàn)室油氣水三相流模擬井中進(jìn)行。透明有機(jī)玻璃井筒內(nèi)徑為125ｍｍ，實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為自來水、柴油和壓縮空氣。實(shí)驗(yàn)儀器采用阻抗式產(chǎn)液剖面測井儀。儀器自下向上依次為傘式集流器、植物油流量計(jì)和阻抗式含水率傳感器，植物油流量計(jì)及阻抗傳感器內(nèi)徑為19ｍｍ。傘式集流器具有16根金屬傘筋，傘布采用高強(qiáng)度薄織料，集流傘撐開后能夠?qū)?nèi)徑為125ｍｍ的井筒密封，使待測的油氣水混合流體被集流傘集流后從集流傘下方的進(jìn)液口流入測量通道。阻抗式含水率傳感器和植物油流量計(jì)依次安裝在集流傘上部，油氣水混合流體流經(jīng)植物油流量計(jì)測量流量，再流經(jīng)阻抗式含水率傳感器測量含水率，然后由出液口流回到井筒。
根據(jù)儀器的工作原理及儀器結(jié)構(gòu)等條件，實(shí)驗(yàn)時(shí)氣體流量設(shè)置分別為0、1、3、5m3/d；油水液相流量范圍為3～60m3/d，流量調(diào)節(jié)分別為3、5、10、20、40、60m3/d，含水率調(diào)節(jié)范圍50％～100％。實(shí)驗(yàn)中，先固定某一氣體流量，待氣體流量穩(wěn)定后調(diào)節(jié)油水兩相含水率，流動(dòng)穩(wěn)定后，進(jìn)行測量。
2多相流模擬井中的實(shí)驗(yàn)及分析
2.1氣體對植物油流量計(jì)流量測量的影響
為考察氣體對植物油流量計(jì)流量測量的影響，在油氣水三相流中不同氣相流量下對植物油流量計(jì)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)時(shí)添加的氣體流量分別為1、3、5m3/d，油水液相流量范圍3～60m3/d，含水率調(diào)節(jié)范圍50％～100％。
圖1氣體流量分別為1、3、5m3/d時(shí)標(biāo)定的植物油流量計(jì)在油氣水三相流中的響應(yīng)圖版。液相含水率從100％逐漸遞減變化到50％，便于對比增加了清水中標(biāo)定的渦輪曲線，即氣體流量為0m3/d時(shí)的渦輪曲線。
（1）當(dāng)加入氣體流量1m3/d時(shí)，液相流量在10m3/d以上時(shí)，渦輪響應(yīng)與液相流量呈線性關(guān)系；由于加入的氣體較少，渦輪響應(yīng)頻率略高于沒有加入氣體時(shí)清水中渦輪的響應(yīng)；但在液相流量10m3/d以下時(shí)，隨持氣率增加，渦輪響應(yīng)明顯高于清水中的渦輪響應(yīng)，測量流量明顯高于標(biāo)準(zhǔn)流量，產(chǎn)生了較大測量誤差［見圖1（ａ）］。
（2）當(dāng)加入氣體流量3m3/d時(shí)，渦輪響應(yīng)頻率明顯高于沒有加入氣體時(shí)清水中渦輪的響應(yīng)頻率。當(dāng)加入氣體后，渦輪在低液量和高液量時(shí)有不同的規(guī)律，在液相流量高于10m3/d時(shí)，渦輪響應(yīng)與液相流量呈線性關(guān)系。而在低液量下（液相流量10m3/d以下），渦輪響應(yīng)與液相流量呈非線性關(guān)系。此時(shí)，渦輪響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相對應(yīng)的液相流量，隨液相流量增加，渦輪響應(yīng)增加緩慢，幾乎呈一個(gè)平的臺(tái)階，渦輪對液相流量失去了分辨能力，說明植物油流量計(jì)在產(chǎn)氣情況下測量低液相流量時(shí)會(huì)有較大誤差［見圖1（ｂ）］。
（3）加入氣體流量5m3/d時(shí)渦輪響應(yīng)與加入氣體3m3/d時(shí)的響應(yīng)規(guī)律一致，渦輪響應(yīng)要明顯高于清水和加入3m3/d氣體時(shí)的響應(yīng)，測量流量明顯偏高，植物油流量計(jì)受氣體影響更為嚴(yán)重［見圖1（ｃ）］。
（4）液相含水率從100％變化到50％時(shí)，不同含水率下的渦輪響應(yīng)曲線近于重合，即渦輪受油水兩相含水率變化影響較小，氣體則是影響渦輪響應(yīng)明顯偏高的主要因素。
利用清水中渦輪的刻度方程計(jì)算加入不同氣體流量后渦輪響應(yīng)頻率所對應(yīng)的流量，即為加入氣體后的測量流量，與標(biāo)準(zhǔn)流量之比得到相對誤差。計(jì)算結(jié)果表明，氣體對液相流量的測量產(chǎn)生了較大的誤差，只有流量較高、氣量較低的測點(diǎn)相對誤差在10％以內(nèi)，其他測點(diǎn)的相對誤差均大于10％。尤其在液相流量較低、持氣率較高時(shí)，受氣相影響尤為嚴(yán)重。液相流量5m3/d時(shí)相對測量誤差*大可達(dá)135％，液相流量3m3/d時(shí)相對測量誤差*大可達(dá)300％。因此，現(xiàn)場測井時(shí)液相流量越低，持氣率越大，氣體對流量產(chǎn)生的測量誤差越大。
2.2氣體對阻抗含水率計(jì)含水率測量的影響
為考察氣體對阻抗式含水率計(jì)含水率測量的影響，在油氣水三相流中不同氣相流量下對阻抗含水率計(jì)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)時(shí)氣體流量分別為1、3、5m3/d，油水液相流量范圍為3～40m3/d，含水率調(diào)節(jié)范圍50％～100％。圖2為加入氣體流量1、3、5m3/d時(shí)標(biāo)定的阻抗含水率計(jì)在油氣水三相流中的響應(yīng)圖版。
（1）加入氣體流量1m3/d，當(dāng)液相流量較高時(shí)儀器含水率響應(yīng)略低于未加入氣體時(shí)的含水率響應(yīng)，受氣體影響??；但在液相流量較低（10m3/d以下）、含水率較高（80％）時(shí)，含水率響應(yīng)明顯降低，測量含水偏低，受氣體影響嚴(yán)重，產(chǎn)生了較大的測量誤差［見圖2（ａ）］。
（2）加入氣體流量3、5m3/d時(shí)，與未加入氣體的含水率圖版對比，加入氣體后相對應(yīng)的含水率響應(yīng)明顯降低，測量的含水率明顯低于標(biāo)準(zhǔn)含水率。氣流量5m3/d的含水率響應(yīng)明顯低于氣流量3m3/d時(shí)的含水率響應(yīng)。尤其是在低流量、高含水時(shí)，氣體對含水率測量影響尤為嚴(yán)重，液相流量越低含水率響應(yīng)偏差越大；氣體流量越高，含水率測量偏差越大［見圖2（ｂ）、
計(jì)算加入氣體后的含水率測量誤差，誤差計(jì)算結(jié)果表明，加入氣體后含水率測量誤差較大，液相流量越低含水率測量誤差越大，*大測量誤差達(dá)到30％。根據(jù)阻抗式含水率計(jì)的測量原理，含水率傳感器測量油水混合相電導(dǎo)率與其中純水相電導(dǎo)率之比確定含水率。由于氣相為非導(dǎo)電相，當(dāng)加入一定量氣體時(shí)，待測流體的混合電導(dǎo)率降低，測量含水率降低；液相流量越低，氣體所占比例越大，測量含水率誤差越大。
3現(xiàn)場測井
Ｔ－××－××1井是大慶油田采油五廠1口水驅(qū)產(chǎn)出井，采用阻抗式含水率計(jì)在該井進(jìn)行了測試。圖3、圖4分別為測點(diǎn)深度1097.3ｍ測量的流量及混相值曲線圖。2ｍｉｎ的采樣時(shí)間內(nèi)，流量及混相值曲線波動(dòng)劇烈，明顯受井下產(chǎn)氣影響，進(jìn)行平均值計(jì)算時(shí)只能取后半段較平穩(wěn)的數(shù)據(jù)，因此，測試時(shí)需延長測量時(shí)間。錄取不同范圍數(shù)值時(shí)流量及含水率測量差值較大，流量平穩(wěn)段為14.81m3/d，高值時(shí)達(dá)到23.52m3/d；取不同測量段的混相值時(shí)測量含水率*大相差12％。重復(fù)測量得到了相同的測量結(jié)果。由此可見，氣體對流量及含水率測量產(chǎn)生了非常大的測量誤差。
Ｂ2－××－××2井是大慶油田采油一廠1口水驅(qū)產(chǎn)出井，該井井口計(jì)量產(chǎn)液51.72m3/d，取樣化驗(yàn)含水率81.8％。采用阻抗式含水率計(jì)在該井進(jìn)行了測試，圖5為*1測點(diǎn)深度1068ｍ測量的流量及混相值曲線圖。圖5的流量曲線表明，流量曲線受氣體影響較大，測量流量波動(dòng)較大，在25～98m3/d之間波動(dòng)，平均值為58.6m3/d；混相值波動(dòng)也很大，在280～640Ｈｚ之間劇烈波動(dòng)，平均值圖5*1測點(diǎn)1068ｍ處流量曲線和混相值曲線388Ｈｚ。該井測量流量為65.8m3/d，測量含水為51.3％，受井下產(chǎn)氣影響明顯，測量流量明顯高于井口計(jì)量流量，測量含水率明顯低于化驗(yàn)含水率。同時(shí)，在該井測井時(shí)，使用了儀器上裝有氣體分離器的阻抗式含水率計(jì)在該井進(jìn)行測試，*1測點(diǎn)的流量及混相值曲線見圖6。由于氣體分離器將氣體分離，未進(jìn)入測量通道，減小了氣體對測量傳感器的影響，測量的流量及混相值曲線波動(dòng)明顯減少，流量波動(dòng)為36～78m3/d，平均值為55m3/d；混相值波動(dòng)為211～288Ｈｚ，平均值為228Ｈｚ。測量流量為54.8m3/d，測量含水率為80.4％，與井口計(jì)量非常接近。對比測量結(jié)果表明，氣體對流量及含水率測量造成了非常大的測量誤差，已不能進(jìn)行準(zhǔn)確測量。
4結(jié)論及建議
（1）產(chǎn)氣井中使用兩相流儀器測量流量普遍偏高，氣體對流量測量產(chǎn)生的相對誤差普遍大于10％；液相流量較低時(shí)，受氣相影響尤為嚴(yán)重，液相流量5m3/d時(shí)相對測量誤差*大可達(dá)135％。在現(xiàn)場測井液相流量越低，持氣率越大時(shí)，氣體對流量產(chǎn)生的測量誤差越大。
（2）產(chǎn)氣井中測量含水率普遍偏低，氣體對含水率測量產(chǎn)生了較大的測量誤差，液相流量越低，持氣率越大時(shí)，含水率測量誤差越大，*大測量誤差達(dá)到30％。
（3）為進(jìn)一步提高油氣水三相流條件下的產(chǎn)出剖面測井質(zhì)量，開發(fā)安全、環(huán)保、可靠的三相流測井技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急。一方面研究基于光纖持氣率計(jì)、植物油流量計(jì)及阻抗含水率計(jì)多傳感器組合的測量方法和解釋方法；另一方面研究氣相分流的工藝，將三相流問題簡化為兩相流問題，采用兩相流的技術(shù)解決問題。