植物油流量計在多相（xiàng）流模（mó）擬井中的實（shí）驗及分析
點擊次數：2087 發布時間：2021-01-19 15:06:29
本文在大慶油田多相流模擬（nǐ）實（shí）驗裝置上采用阻抗式含水率計在油氣水三相流條件下進行（háng）室內動（dòng）態實驗，得到油氣水三相流情況下植物油流量計及阻抗含（hán）水率傳感（gǎn）器的響應特性，定（dìng）量分析評價了氣相對流量和含水率測量的影響（xiǎng），並（bìng）結合現場測井實例（lì），為現場測井工程師在生產測井中產氣井測試提供借鑒。
1實驗條件及實驗方案
實驗在大慶油田多相流（liú）實驗室油氣（qì）水三相流模擬井（jǐng）中進行。透明有機玻璃井筒內徑為125ｍｍ，實驗介質為自來水、柴油和壓縮空氣。實驗儀器（qì）采（cǎi）用阻抗式產液剖麵（miàn）測（cè）井儀。儀（yí）器自下向上（shàng）依次為傘式集流器、植物油流量計和阻抗式含（hán）水率傳感器，植物油流量計及阻抗傳感（gǎn）器內徑為19ｍｍ。傘（sǎn）式集流器具有16根金（jīn）屬傘筋，傘布采用高強度薄織料，集流傘（sǎn）撐開後能夠將內徑為125ｍｍ的井筒密（mì）封，使待測的油（yóu）氣水混合流體被集流傘集流後從集流傘下方的進（jìn）液口流入測量通道。阻抗式含水率傳（chuán）感器和植物油流量計依次安裝在集流傘上部，油氣水混合流體（tǐ）流經植（zhí）物油流（liú）量計測量流量，再流經阻抗式含水率傳感器測量含水率，然後由（yóu）出液口流回到井筒。
根據儀器的工作原理及儀器結構等條件，實驗時氣體流量設置分別為0、1、3、5m3/d；油水液相流量範圍為3～60m3/d，流量調（diào）節分別為3、5、10、20、40、60m3/d，含水率調節範圍50％～100％。實驗中，先固定某（mǒu）一（yī）氣（qì）體流量，待氣（qì）體流量穩定後調節油水（shuǐ）兩（liǎng）相（xiàng）含水（shuǐ）率，流動穩定後，進行測量。
2多相流模擬井中的實驗及分析（xī）
2.1氣體對植物油流量計流量測量的影（yǐng）響
為考察氣體對植物（wù）油流量計流量（liàng）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進行了（le）動態實驗標定。實驗時添加的氣體流量分別為（wéi）1、3、5m3/d，油水液相流量範圍3～60m3/d，含水率調節（jiē）範圍50％～100％。
圖1氣體流量分別為1、3、5m3/d時標定的植物油流量（liàng）計（jì）在油氣水三相流中的響（xiǎng）應（yīng）圖版。液相含水率從100％逐漸遞減變化到50％，便於對比增加了清水中標定的渦輪曲線，即氣體流量為0m3/d時的渦輪曲線。
（1）當加入氣體流量（liàng）1m3/d時（shí），液相流（liú）量在10m3/d以上時，渦輪響（xiǎng）應與液相（xiàng）流量呈線性關係；由於加入的氣體較少，渦輪響應頻率略高於沒（méi）有加入氣體（tǐ）時清（qīng）水中渦輪的響應；但在（zài）液相流量10m3/d以下時，隨持氣率（lǜ）增加，渦（wō）輪響應明顯高於清水（shuǐ）中的渦輪響應（yīng），測（cè）量流量明顯高於（yú）標準流量，產生了（le）較（jiào）大（dà）測量誤差［見圖1（ａ）］。
（2）當加入氣體流（liú）量3m3/d時，渦輪響應頻率明顯高於沒有（yǒu）加（jiā）入氣體時清水中渦輪的響應（yīng）頻率。當加入氣體後（hòu），渦輪在低液量和高液量時有（yǒu）不同的規律，在液相流量高於（yú）10m3/d時，渦輪（lún）響應與（yǔ）液相（xiàng）流量呈線性關係。而在低液量下（液（yè）相流量10m3/d以下），渦輪響應與液相流量呈非線性關（guān）係。此（cǐ）時，渦輪響應遠遠高（gāo）於相對應的液相流量，隨液相流量增加，渦輪響應增加緩慢，幾乎呈（chéng）一個平的台（tái）階，渦輪對（duì）液相流量失（shī）去了分辨能力，說明植（zhí）物油流量計在（zài）產氣情況（kuàng）下測量低液相流量時會有較大誤差［見圖1（ｂ）］。
（3）加入氣體流量5m3/d時渦輪（lún）響應與加入氣體3m3/d時的響應規（guī）律（lǜ）一致，渦輪響應要明顯（xiǎn）高於清水和加入3m3/d氣（qì）體時的（de）響應，測量（liàng）流量明顯（xiǎn）偏高，植（zhí）物油流量計受氣體影響更為嚴重（chóng）［見圖1（ｃ）］。
（4）液相含水率（lǜ）從100％變化到50％時（shí），不（bú）同含水率下的渦輪響應（yīng）曲線近於重合，即渦輪受油水兩相含（hán）水率變化影響較小（xiǎo），氣體則是影響渦（wō）輪響應明顯偏高的主要因素。
利用清水中渦輪的刻度方程計算（suàn）加入不同氣體流量後渦輪響應頻（pín）率所對應（yīng）的流量，即（jí）為加入氣體後的測量流量，與標準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生了較大的誤差，隻有流量較高、氣量較低的測點相對（duì）誤差在10％以內，其他測點（diǎn）的（de）相對誤差均大於（yú）10％。尤其在液相流量較低、持氣率較高時，受氣相影響尤為嚴重。液相流量5m3/d時相對測量誤差（chà）*大可達135％，液相流量（liàng）3m3/d時相對測量誤差*大可達（dá）300％。因此（cǐ），現場測井時液相（xiàng）流量越低，持氣率越大（dà），氣（qì）體對流量（liàng）產生的測量誤差越大。
2.2氣體（tǐ）對阻抗含水率計含水率測量的影響
為考察氣體（tǐ）對阻抗式（shì）含（hán）水率計（jì）含水率測量的（de）影響，在油（yóu）氣水三相流中不同氣相流量下對阻（zǔ）抗含水率計進行了動態實（shí）驗標定。實驗時氣體流（liú）量分別為1、3、5m3/d，油水液相流量範圍為3～40m3/d，含（hán）水率（lǜ）調節範圍50％～100％。圖2為加入氣體流量1、3、5m3/d時標（biāo）定（dìng）的阻抗含水率計在油氣水三相流中的響應圖版。
（1）加入氣體流量1m3/d，當液相（xiàng）流量較高時儀器含水率響（xiǎng）應略低於未加入氣（qì）體時的含水率響應，受氣體影響小；但在液相流量較低（10m3/d以下）、含水率（lǜ）較高（gāo）（80％）時，含水率響應明顯（xiǎn）降低，測量含水偏（piān）低，受氣體（tǐ）影響嚴（yán）重，產生（shēng）了（le）較大的測量誤差［見圖2（ａ）］。
（2）加入氣體流量3、5m3/d時，與（yǔ）未加入氣體的（de）含（hán）水率圖版對比，加入氣體後相對應的含水率響應明顯降低，測量（liàng）的含水率明顯低（dī）於標準含水率。氣流量5m3/d的含水率響應（yīng）明顯低於氣流量3m3/d時的含水率響應。尤其是在低流量、高含水時，氣體對含（hán）水率測量影響尤為嚴重（chóng），液相流量越低含水率響應偏差越大；氣體流量越（yuè）高，含水率測量偏差越大［見圖2（ｂ）、
計算加入氣體後的含水率測量誤差，誤差計算結果表明，加（jiā）入（rù）氣體（tǐ）後含水率測量誤差較大，液相流量越低含水率測（cè）量誤差越大，*大測量（liàng）誤差達到30％。根據阻抗式含水率計（jì）的測量原理，含水率傳感器測量油水混合相電導率與其中純水相電導率之比確定含水率。由於氣相為非導電相，當加入一定量氣體時，待（dài）測（cè）流體的混合電導（dǎo）率降（jiàng）低，測量含水率降低；液相流量越（yuè）低，氣體所占比例越大，測量含水率誤差（chà）越大。
3現場測井
Ｔ－××－××1井是大慶（qìng）油田采油五廠1口水驅產出井，采用阻抗式含水率計在該井進行了測試。圖3、圖4分（fèn）別為測點深度1097.3ｍ測量的流量及混相值曲線圖。2ｍｉｎ的采樣時間內，流（liú）量及混相值曲線波動劇烈，明顯受（shòu）井下產氣影響，進行平均值計算時隻能取後（hòu）半段較平穩的（de）數據，因此（cǐ），測試（shì）時需延長測量時間。錄取不同範圍數值時流量及（jí）含水率測量差值（zhí）較（jiào）大，流量平穩段為14.81m3/d，高值時達到23.52m3/d；取不（bú）同測量段的（de）混相值時測量含水率*大相差12％。重複測（cè）量得（dé）到（dào）了相同的測量結果。由此可見，氣體對流量及含水率測量產生了非常大的測量誤差。
Ｂ2－××－××2井是大慶（qìng）油田采油一廠1口水驅（qū）產出井，該井井口計量產液51.72m3/d，取（qǔ）樣化驗含水率81.8％。采（cǎi）用阻抗式含水率計（jì）在該井進行了測試（shì），圖5為（wéi）*1測點深（shēn）度1068ｍ測量（liàng）的流量及（jí）混（hún）相值曲線圖。圖5的流量曲線表明，流量曲（qǔ）線受氣體影（yǐng）響較大，測（cè）量流量波動較大，在25～98m3/d之間波動，平均值為58.6m3/d；混相值波動（dòng）也很大，在280～640Ｈｚ之間（jiān）劇烈波動，平均值圖5*1測點1068ｍ處流量曲線和混相值曲（qǔ）線388Ｈｚ。該井測量流（liú）量為65.8m3/d，測量含水為51.3％，受井下產氣影響明顯（xiǎn），測量流量明顯高於井口計量（liàng）流量（liàng），測量含水率明顯低（dī）於化驗含水率。同（tóng）時，在該井測井時，使用（yòng）了儀器上裝有氣體分離器的阻抗式含水率計在該井進（jìn）行（háng）測試，*1測點的流量及混相值曲線見圖6。由於氣體分離器將氣體分離，未進入測量通道，減小了（le）氣體（tǐ）對測量（liàng）傳感器（qì）的影響，測量的流量及混相值曲線波動明顯減少，流量波動為36～78m3/d，平均值為55m3/d；混相值波動為211～288Ｈｚ，平均值為228Ｈｚ。測（cè）量流（liú）量為54.8m3/d，測量含（hán）水率為80.4％，與井口計（jì）量非常接近。對比測量結果表明（míng），氣體對流量及含水率測量造成了非常大的測量（liàng）誤（wù）差（chà），已不能進行準確測量。
4結論及建議
（1）產氣井中使用（yòng）兩（liǎng）相流儀器測量流量普遍偏高，氣（qì）體對流量（liàng）測量（liàng）產生（shēng）的相對誤差（chà）普遍大於（yú）10％；液相流量較低時，受氣（qì）相影響尤（yóu）為嚴重，液相流量5m3/d時相對測量誤差*大可達135％。在現場測井液（yè）相流量越低，持氣率越大時，氣體對流量產生的測量誤差越大。
（2）產氣井中測量含水率普遍偏低（dī），氣體（tǐ）對（duì）含水（shuǐ）率測量（liàng）產生了較大（dà）的測量誤差，液（yè）相流量越低（dī），持氣（qì）率越大時（shí），含水率測量誤差（chà）越（yuè）大，*大測（cè）量誤差達到30％。
（3）為進（jìn）一步提（tí）高油氣（qì）水三相流條件下的產出剖麵測井質量，開發安全（quán）、環保、可靠的（de）三相（xiàng）流測井（jǐng）技（jì）術是當務之急。一方麵研究基於光纖持氣率計、植物油（yóu）流量計及阻抗（kàng）含水率計多傳感器組合的測量方法和解釋（shì）方法；另（lìng）一方麵研究氣相分流的工（gōng）藝（yì），將三相流問題簡化為兩相流問（wèn）題，采用兩相（xiàng）流的技術解決問題。
1實驗條件及實驗方案
實驗在大慶油田多相流（liú）實驗室油氣（qì）水三相流模擬井（jǐng）中進行。透明有機玻璃井筒內徑為125ｍｍ，實驗介質為自來水、柴油和壓縮空氣。實驗儀器（qì）采（cǎi）用阻抗式產液剖麵（miàn）測（cè）井儀。儀（yí）器自下向上（shàng）依次為傘式集流器、植物油流量計和阻抗式含（hán）水率傳感器，植物油流量計及阻抗傳感（gǎn）器內徑為19ｍｍ。傘（sǎn）式集流器具有16根金（jīn）屬傘筋，傘布采用高強度薄織料，集流傘（sǎn）撐開後能夠將內徑為125ｍｍ的井筒密（mì）封，使待測的油（yóu）氣水混合流體被集流傘集流後從集流傘下方的進（jìn）液口流入測量通道。阻抗式含水率傳（chuán）感器和植物油流量計依次安裝在集流傘上部，油氣水混合流體（tǐ）流經植（zhí）物油流（liú）量計測量流量，再流經阻抗式含水率傳感器測量含水率，然後由（yóu）出液口流回到井筒。
根據儀器的工作原理及儀器結構等條件，實驗時氣體流量設置分別為0、1、3、5m3/d；油水液相流量範圍為3～60m3/d，流量調（diào）節分別為3、5、10、20、40、60m3/d，含水率調節範圍50％～100％。實驗中，先固定某（mǒu）一（yī）氣（qì）體流量，待氣（qì）體流量穩定後調節油水（shuǐ）兩（liǎng）相（xiàng）含水（shuǐ）率，流動穩定後，進行測量。
2多相流模擬井中的實驗及分析（xī）
2.1氣體對植物油流量計流量測量的影（yǐng）響
為考察氣體對植物（wù）油流量計流量（liàng）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進行了（le）動態實驗標定。實驗時添加的氣體流量分別為（wéi）1、3、5m3/d，油水液相流量範圍3～60m3/d，含水率調節（jiē）範圍50％～100％。
圖1氣體流量分別為1、3、5m3/d時標定的植物油流量（liàng）計（jì）在油氣水三相流中的響（xiǎng）應（yīng）圖版。液相含水率從100％逐漸遞減變化到50％，便於對比增加了清水中標定的渦輪曲線，即氣體流量為0m3/d時的渦輪曲線。
（1）當加入氣體流量（liàng）1m3/d時（shí），液相流（liú）量在10m3/d以上時，渦輪響（xiǎng）應與液相（xiàng）流量呈線性關係；由於加入的氣體較少，渦輪響應頻率略高於沒（méi）有加入氣體（tǐ）時清（qīng）水中渦輪的響應；但在（zài）液相流量10m3/d以下時，隨持氣率（lǜ）增加，渦（wō）輪響應明顯高於清水（shuǐ）中的渦輪響應（yīng），測（cè）量流量明顯高於（yú）標準流量，產生了（le）較（jiào）大（dà）測量誤差［見圖1（ａ）］。
（2）當加入氣體流（liú）量3m3/d時，渦輪響應頻率明顯高於沒有（yǒu）加（jiā）入氣體時清水中渦輪的響應（yīng）頻率。當加入氣體後（hòu），渦輪在低液量和高液量時有（yǒu）不同的規律，在液相流量高於（yú）10m3/d時，渦輪（lún）響應與（yǔ）液相（xiàng）流量呈線性關係。而在低液量下（液（yè）相流量10m3/d以下），渦輪響應與液相流量呈非線性關（guān）係。此（cǐ）時，渦輪響應遠遠高（gāo）於相對應的液相流量，隨液相流量增加，渦輪響應增加緩慢，幾乎呈（chéng）一個平的台（tái）階，渦輪對（duì）液相流量失（shī）去了分辨能力，說明植（zhí）物油流量計在（zài）產氣情況（kuàng）下測量低液相流量時會有較大誤差［見圖1（ｂ）］。
（3）加入氣體流量5m3/d時渦輪（lún）響應與加入氣體3m3/d時的響應規（guī）律（lǜ）一致，渦輪響應要明顯（xiǎn）高於清水和加入3m3/d氣（qì）體時的（de）響應，測量（liàng）流量明顯（xiǎn）偏高，植（zhí）物油流量計受氣體影響更為嚴重（chóng）［見圖1（ｃ）］。
（4）液相含水率（lǜ）從100％變化到50％時（shí），不（bú）同含水率下的渦輪響應（yīng）曲線近於重合，即渦輪受油水兩相含（hán）水率變化影響較小（xiǎo），氣體則是影響渦（wō）輪響應明顯偏高的主要因素。
利用清水中渦輪的刻度方程計算（suàn）加入不同氣體流量後渦輪響應頻（pín）率所對應（yīng）的流量，即（jí）為加入氣體後的測量流量，與標準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生了較大的誤差，隻有流量較高、氣量較低的測點相對（duì）誤差在10％以內，其他測點（diǎn）的（de）相對誤差均大於（yú）10％。尤其在液相流量較低、持氣率較高時，受氣相影響尤為嚴重。液相流量5m3/d時相對測量誤差（chà）*大可達135％，液相流量（liàng）3m3/d時相對測量誤差*大可達（dá）300％。因此（cǐ），現場測井時液相（xiàng）流量越低，持氣率越大（dà），氣（qì）體對流量（liàng）產生的測量誤差越大。
2.2氣體（tǐ）對阻抗含水率計含水率測量的影響
為考察氣體（tǐ）對阻抗式（shì）含（hán）水率計（jì）含水率測量的（de）影響，在油（yóu）氣水三相流中不同氣相流量下對阻（zǔ）抗含水率計進行了動態實（shí）驗標定。實驗時氣體流（liú）量分別為1、3、5m3/d，油水液相流量範圍為3～40m3/d，含（hán）水率（lǜ）調節範圍50％～100％。圖2為加入氣體流量1、3、5m3/d時標（biāo）定（dìng）的阻抗含水率計在油氣水三相流中的響應圖版。
（1）加入氣體流量1m3/d，當液相（xiàng）流量較高時儀器含水率響（xiǎng）應略低於未加入氣（qì）體時的含水率響應，受氣體影響小；但在液相流量較低（10m3/d以下）、含水率（lǜ）較高（gāo）（80％）時，含水率響應明顯（xiǎn）降低，測量含水偏（piān）低，受氣體（tǐ）影響嚴（yán）重，產生（shēng）了（le）較大的測量誤差［見圖2（ａ）］。
（2）加入氣體流量3、5m3/d時，與（yǔ）未加入氣體的（de）含（hán）水率圖版對比，加入氣體後相對應的含水率響應明顯降低，測量（liàng）的含水率明顯低（dī）於標準含水率。氣流量5m3/d的含水率響應（yīng）明顯低於氣流量3m3/d時的含水率響應。尤其是在低流量、高含水時，氣體對含（hán）水率測量影響尤為嚴重（chóng），液相流量越低含水率響應偏差越大；氣體流量越（yuè）高，含水率測量偏差越大［見圖2（ｂ）、
計算加入氣體後的含水率測量誤差，誤差計算結果表明，加（jiā）入（rù）氣體（tǐ）後含水率測量誤差較大，液相流量越低含水率測（cè）量誤差越大，*大測量（liàng）誤差達到30％。根據阻抗式含水率計（jì）的測量原理，含水率傳感器測量油水混合相電導率與其中純水相電導率之比確定含水率。由於氣相為非導電相，當加入一定量氣體時，待（dài）測（cè）流體的混合電導（dǎo）率降（jiàng）低，測量含水率降低；液相流量越（yuè）低，氣體所占比例越大，測量含水率誤差（chà）越大。
3現場測井
Ｔ－××－××1井是大慶（qìng）油田采油五廠1口水驅產出井，采用阻抗式含水率計在該井進行了測試。圖3、圖4分（fèn）別為測點深度1097.3ｍ測量的流量及混相值曲線圖。2ｍｉｎ的采樣時間內，流（liú）量及混相值曲線波動劇烈，明顯受（shòu）井下產氣影響，進行平均值計算時隻能取後（hòu）半段較平穩的（de）數據，因此（cǐ），測試（shì）時需延長測量時間。錄取不同範圍數值時流量及（jí）含水率測量差值（zhí）較（jiào）大，流量平穩段為14.81m3/d，高值時達到23.52m3/d；取不（bú）同測量段的（de）混相值時測量含水率*大相差12％。重複測（cè）量得（dé）到（dào）了相同的測量結果。由此可見，氣體對流量及含水率測量產生了非常大的測量誤差。
Ｂ2－××－××2井是大慶（qìng）油田采油一廠1口水驅（qū）產出井，該井井口計量產液51.72m3/d，取（qǔ）樣化驗含水率81.8％。采（cǎi）用阻抗式含水率計（jì）在該井進行了測試（shì），圖5為（wéi）*1測點深（shēn）度1068ｍ測量（liàng）的流量及（jí）混（hún）相值曲線圖。圖5的流量曲線表明，流量曲（qǔ）線受氣體影（yǐng）響較大，測（cè）量流量波動較大，在25～98m3/d之間波動，平均值為58.6m3/d；混相值波動（dòng）也很大，在280～640Ｈｚ之間（jiān）劇烈波動，平均值圖5*1測點1068ｍ處流量曲線和混相值曲（qǔ）線388Ｈｚ。該井測量流（liú）量為65.8m3/d，測量含水為51.3％，受井下產氣影響明顯（xiǎn），測量流量明顯高於井口計量（liàng）流量（liàng），測量含水率明顯低（dī）於化驗含水率。同（tóng）時，在該井測井時，使用（yòng）了儀器上裝有氣體分離器的阻抗式含水率計在該井進（jìn）行（háng）測試，*1測點的流量及混相值曲線見圖6。由於氣體分離器將氣體分離，未進入測量通道，減小了（le）氣體（tǐ）對測量（liàng）傳感器（qì）的影響，測量的流量及混相值曲線波動明顯減少，流量波動為36～78m3/d，平均值為55m3/d；混相值波動為211～288Ｈｚ，平均值為228Ｈｚ。測（cè）量流（liú）量為54.8m3/d，測量含（hán）水率為80.4％，與井口計（jì）量非常接近。對比測量結果表明（míng），氣體對流量及含水率測量造成了非常大的測量（liàng）誤（wù）差（chà），已不能進行準確測量。
4結論及建議
（1）產氣井中使用（yòng）兩（liǎng）相流儀器測量流量普遍偏高，氣（qì）體對流量（liàng）測量（liàng）產生（shēng）的相對誤差（chà）普遍大於（yú）10％；液相流量較低時，受氣（qì）相影響尤（yóu）為嚴重，液相流量5m3/d時相對測量誤差*大可達135％。在現場測井液（yè）相流量越低，持氣率越大時，氣體對流量產生的測量誤差越大。
（2）產氣井中測量含水率普遍偏低（dī），氣體（tǐ）對（duì）含水（shuǐ）率測量（liàng）產生了較大（dà）的測量誤差，液（yè）相流量越低（dī），持氣（qì）率越大時（shí），含水率測量誤差（chà）越（yuè）大，*大測（cè）量誤差達到30％。
（3）為進（jìn）一步提（tí）高油氣（qì）水三相流條件下的產出剖麵測井質量，開發安全（quán）、環保、可靠的（de）三相（xiàng）流測井（jǐng）技（jì）術是當務之急。一方麵研究基於光纖持氣率計、植物油（yóu）流量計及阻抗（kàng）含水率計多傳感器組合的測量方法和解釋（shì）方法；另（lìng）一方麵研究氣相分流的工（gōng）藝（yì），將三相流問題簡化為兩相流問（wèn）題，采用兩相（xiàng）流的技術解決問題。