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氣體對（duì）傘集（jí）流高溫導熱油流量計流量影響
點擊次數：2148 發布時間：2021-01-19 15:04:13
摘要：在三（sān）相流實驗裝置上采用傘式集流器對（duì）高（gāo）溫導熱油流量計在氣/水兩相流及油、氣、水（shuǐ）三相（xiàng）流中進行實驗，獲得了高溫導熱油流量計在（zài）氣/水兩相流及油/氣/水三相流條件下的（de）實驗數據，分析氣體對高溫導熱油流量計測量流量的影響。在氣體流量較低時，高溫導（dǎo）熱油流量（liàng）計與液相流量（liàng）的響應關係受油水兩相含水率的（de）影響較小，可以將油/氣/水三（sān）相的流量測量（liàng）問題簡化成氣/水兩相（xiàng）的流量測（cè）量問題。氣（qì）體會對高溫導熱油（yóu）流量計產生較大的測量誤差，當氣體（tǐ）流量為3m3/d、液相流量小於10m3/d的條件下以及氣體流量大（dà）於3m3/d的條件下，液相流量測量（liàng）誤差大於10%。
0引言
高溫導熱油流（liú）量計已廣泛應用於井下油、水兩相流流（liú）量測量，它具有儀表常數穩定的優點，在油水兩相流條件下可以（yǐ）準確測量（liàng）流量，並取得良好的應用效果。高溫導熱油流量計通（tōng）常在油/水兩相流條件下進行標定，對高溫導熱油流量計的實（shí）驗研究也主要在油/水兩相流下進行。大慶油田及中國多數陸相油田的生產井普遍存（cún）在產氣、脫氣（qì）現（xiàn）象（xiàng），在測試井段存在油氣水三相流的情況。氣相的（de）加入（rù）使高溫導熱油（yóu）流量（liàng）計的響應特性發生了明顯的變化，對產出剖麵的測量產生（shēng）了影響，氣體對低產井的測量影響尤為嚴重（chóng），因為在低產井中容易出現（xiàn）高含氣率情況，有必要研究高溫導熱油流（liú）量計在油井中產氣時的響應（yīng）特性。
高（gāo）溫導（dǎo）熱油流量（liàng）計在油/氣/水三相流下的響應已有人針對不同（tóng）的測井儀器進行了研究。金寧（níng）德等基於傘集流高溫導熱油（yóu）流量計與放射性密度－持水率計組合儀（yí）在油氣水三相流流動（dòng）裝置（zhì）中的動態試驗結果，建立了三相流高溫（wēn）導熱油流（liú）量計統計測量模型（xíng）。胡金海（hǎi）等對高溫導熱油（yóu）流（liú）量計在水平模擬井中測量油氣水三相流進行了實驗研究。
在多相流模擬（nǐ）實驗裝置上采用（yòng）高溫（wēn）導熱油流量計在油/氣/水三相流及氣/水兩相（xiàng）流條件（jiàn）下開展室內動態實驗，研究高溫導熱油流量計在（zài）油、氣（qì）、水三相流及（jí）氣/水（shuǐ）兩相流低（dī）產氣（氣體流量不大於15m3/d）條件下的響應特性，計算氣體對高溫（wēn）導熱油流量計測量液相流量產生的測量誤差，為該儀器應用到（dào）三相（xiàng）流的生產測（cè）井中（zhōng）提供借鑒。
1實驗條（tiáo）件及實驗方案
實驗在大慶油田（tián）測井試井（jǐng）檢測實驗中心多相流實驗室24ｍ模擬（nǐ）井中進行。透明的有機玻璃井筒內徑為（wéi）125ｍｍ，實驗介質為自來水（shuǐ）、柴油和壓縮空氣，實驗（yàn）中油（yóu）、氣、水的流量可（kě）以由儀（yí）表（biǎo）精確控製和計（jì）量。實驗儀器采用安（ān）裝有（yǒu）傘式集流器的高溫導熱油流量計。傘式集流器具有16根金屬傘筋，傘布（bù）采用高強度薄織料，質密不透氣，集流效果好。采（cǎi）用傘式集流（liú）器可以使測量通道內（nèi）的流體流速提高幾十倍（bèi），並且使被（bèi）測流體混合更加均勻。高（gāo）溫導熱油流量計安裝在集流傘上部，油/氣/水混合流體被集流傘集（jí）流後，從進液口流入測量通道，流經高溫導熱油流量計測量流（liú）量，再由出液（yè）口流回到井筒（tǒng）（見圖1）。
高溫（wēn）導熱油流（liú）量計位於傘式集流器上部，傳感器內徑為1９ｍｍ。渦輪測量流量範圍為3～80m3/d，測（cè）量精度為（wéi）±5%。根據儀器的工作（zuò）原理及儀器結構等條件（jiàn），實驗時氣體流量範圍為3～15m3/d，流量調節分別為3、5、7、10、15m3/d；油（yóu）水液相流量範圍為3～80m3/d，流量調節分別為3、5、7、10、15、20、30、40、60、80m3/d，含水率調節範圍50%～100%。實驗中，先（xiān）固定某一氣體流量，待氣（qì）體流（liú）量穩定後分別調節油水兩相含水率和流量，待流動穩定後（hòu），進行測量。
2實驗結果及分析
2．1油氣水三相條（tiáo）件下含水率對流量測（cè）量的（de）影響
在不同氣體流量下標定了高溫導熱油流量計在（zài）油、氣、水三相流中不同氣相流量不同液相含水率時的（de）響應圖2固定氣體流量5m3/d高溫導熱油流量計標定曲線（xiàn）曲線（xiàn）。圖2為固定氣體（tǐ）流量（liàng）5m3/d、液相流（liú）量及液相含水率變化（huà）時測量的渦輪響（xiǎng）應曲線，液相流量從60m3/d逐漸遞減到5m3/d，含水率（lǜ）從100%逐漸遞減到50%。測量數據表明，當（dāng）改變不同液相流量時的測量結（jié）果與（yǔ）10m3/d的測量結果一致，即當固定氣體流量5m3/d時，在（zài）同一液相流量下，當含水（shuǐ）率從100%變化（huà）到50%時，渦輪響應數值基本不變，保持在同一數值，即渦輪響應受油水比例變化的影響較小。分（fèn）析（xī）認為，當液相流（liú）量（liàng）大於5m3/d時，由於集流傘的集流作用，使測量通道內的流體流速（sù）提（tí）高，油水兩相（xiàng）以泡狀流流動，並且使被測流體油水混合更加均勻，減小了油水相（xiàng）間的滑脫效應；氣相的擾動也減小了油水相間的滑脫，使得高溫導（dǎo）熱油流量計響應受油水兩相含水率變化影響較小，氣相成為影響高溫導熱油流量（liàng）計響應的主（zhǔ）要因素。
圖3為固定氣體流量（liàng）5m3/d標定的高溫導（dǎo）熱油流量計響應圖（tú）版。實驗數據表明，對於固定的氣相流量、不同含水率下的測量曲線近於重合，說明對於固定的氣相流量渦輪響（xiǎng）應與液相流量的響（xiǎng）應關係受油水兩相含水率的影響很小。因此，在氣體流（liú）量較（jiào）低時，油/氣（qì）/水三相（xiàng）的流量測量問題（tí）可以簡化成氣/水（shuǐ）兩相的流量測量問題。固定氣（qì）體流量10m3/d及（jí）15m3/d標定的高溫導（dǎo）熱油流量計（jì）響應規（guī）律同（tóng）圖3。
2．2氣/水兩相條件（jiàn）下的實驗結果及誤差分（fèn）析
圖4為傘式集流（liú）器（qì）高溫導熱（rè）油（yóu）流量計在氣/水兩相流圖4高溫導熱油流量計氣水兩（liǎng）相流標定圖版中的響應圖版。渦輪在低液（yè）量和高（gāo）流量時有不同的規律（lǜ），在水流量高於15m3/d時，保持氣量不（bú）變，渦輪（lún）響應與水流量呈線性關係（xì）。在低（dī）液量下，即在水流量低於15m3/d時，渦輪響應與（yǔ）水相流量呈非線性關係。此時隨著水流量的增（zēng）加，渦輪響應也增加，但較純水（shuǐ）時的響應增加緩慢，而且（qiě）隨著氣量的增加，渦輪響應對液（yè）相的（de）敏感性越差（chà）。當氣量達到10m3/d時（shí），幾（jǐ）乎呈平的台階，說明此時渦輪對液相流量失去了（le）分辨能力，高溫導（dǎo）熱油流量計在高氣量時測量低液相流量會有較大誤（wù）差。分析（xī）認為（wéi），當水流量較低（水流量小於15m3/d）時，在（zài）集流測量通道內，當氣量較少時，氣相（xiàng）滑脫明顯，氣相以較大的（de）氣泡向上流動［如圖5（ａ）所（suǒ）示，水（shuǐ）流量10m3/d、氣流量1．44m3/d］，氣相對渦輪起主導作用，使渦（wō）輪響應明顯偏高；隨（suí）著氣相流量的增加，持氣率不斷增加，更多的氣（qì）泡（pào）在集流傘頂端聚集形成段塞進入集流通道。圖5（ｂ）為水流量10m3/d、氣相流量4．8m3/d時拍（pāi）攝（shè）的高速攝像圖片，圖片（piàn）顯示（shì）測（cè）量通（tōng）道內氣/水兩相流為段塞流。圖6為此時采集的渦輪（lún）響應實時波動信號（hào），隨大塊氣體段塞的出現，渦輪響應頻率劇烈波動，*高幅度可達40Ｈｚ，渦輪響應的平均值增加，導致高溫導熱油流量計測量流量（liàng）明顯偏高。尤其是氣相流量較（jiào）高（大於９．6m3/d）時，在集流傘頂部形成氣頂，集流測量通道內的氣段塞更加嚴重，較多的水流量被迫從集流傘與井壁之間的（de）縫隙漏失，渦輪對液相流量（liàng）變化失去了分（fèn）辨能力，使（shǐ）高溫導熱油流量計產生了較大的測量誤差。
2．3測量誤差分析
在實際的產（chǎn）出剖麵測量中（zhōng），儀器（qì）通常在液相中標定刻度圖版。測井時不知道井下是否有氣，如果（guǒ）存在氣（qì）體，仍然使（shǐ）用液相圖（tú）版解釋，會產生很多（duō）誤差。
利用清水中渦輪（lún）的（de）刻度方程計算加入不同氣體流量後渦輪響應頻率所對應的流量，即為加入氣體後的測量流（liú）量（liàng），再用所得測量流量減去配比的標準水流量，得到氣（qì）相加入後（hòu）測量的絕對增加（jiā）值，即加入（rù）氣（qì）相流（liú）量（liàng）產生的測量誤差（見表1）。計算結果表明，加（jiā）入（rù）氣體流量後，渦輪的（de）測量流量明顯增加，尤其是液相流（liú）量較低時，增加（jiā）的測量流量更高（gāo），氣體對流（liú）量測量產生了較大的測量誤差。低氣量下，平（píng）均1m3/d的氣量產生的測量誤差大約相當於5m3/d（絕對增加值）。
利用測量的絕對增加值除以滿量程流量80m3/d，得到氣（qì）體對流量測量的滿量程誤差（chà）（見圖（tú）7）。計算結果表明，隻有氣體流量為3m3/d以下液（yè）相（xiàng）流量10m3/d以上時，滿量（liàng）程測量誤（wù）差在10%以內，其他測點滿量（liàng）程誤差均大於10%。
3結論
（1）氣體流量較低時，在同一氣體流量下保持液相流量不變、液相含水率從100%變化到50%時，高（gāo）溫導熱油流量計與液相流量的響應關係不受油水兩相含水率的影（yǐng）響或受油（yóu）水（shuǐ）兩相含水率的影響很小，可以將油/氣（qì）/水三相的流量（liàng）測量問（wèn）題簡化成氣/水（shuǐ）兩相的流量測量問題。
（2）在不同（tóng）含氣量條件下，渦輪在低液（yè）量和高液量時有不同（tóng）的響應規律，在水流量高於15m3/d時，渦輪（lún）響（xiǎng）應與水流量呈線（xiàn）性關係。在（zài）水流量低於15m3/d時（shí），渦輪響應與水相流量（liàng）呈（chéng）非線性關係，當含（hán）氣量達到10m3/d時，渦輪（lún）響應呈水平的台階（jiē）狀，渦輪對液相流量失去（qù）了（le）分辨能（néng）力。
（3）液相流量較低時，高溫導熱油流量計測量流量明顯高於標準流量，即使是（shì）較低（dī）的氣（qì）體流量也會對高溫導熱油流量計產生（shēng）較（jiào）大的測量（liàng）誤差。當氣體流量為（wéi）3m3/d、液相流量小於10m3/d的條件下（xià）以及氣體流（liú）量大（dà）於（yú）3m3/d的條件下，液相（xiàng）流量測量誤差均大於（yú）10%。
0引言
高溫導熱油流（liú）量計已廣泛應用於井下油、水兩相流流（liú）量測量，它具有儀表常數穩定的優點，在油水兩相流條件下可以（yǐ）準確測量（liàng）流量，並取得良好的應用效果。高溫導熱油流量計通（tōng）常在油/水兩相流條件下進行標定，對高溫導熱油流量計的實（shí）驗研究也主要在油/水兩相流下進行。大慶油田及中國多數陸相油田的生產井普遍存（cún）在產氣、脫氣（qì）現（xiàn）象（xiàng），在測試井段存在油氣水三相流的情況。氣相的（de）加入（rù）使高溫導熱油（yóu）流量（liàng）計的響應特性發生了明顯的變化，對產出剖麵的測量產生（shēng）了影響，氣體對低產井的測量影響尤為嚴重（chóng），因為在低產井中容易出現（xiàn）高含氣率情況，有必要研究高溫導熱油流（liú）量計在油井中產氣時的響應（yīng）特性。
高（gāo）溫導（dǎo）熱油流量（liàng）計在油/氣/水三相流下的響應已有人針對不同（tóng）的測井儀器進行了研究。金寧（níng）德等基於傘集流高溫導熱油（yóu）流量計與放射性密度－持水率計組合儀（yí）在油氣水三相流流動（dòng）裝置（zhì）中的動態試驗結果，建立了三相流高溫（wēn）導熱油流（liú）量計統計測量模型（xíng）。胡金海（hǎi）等對高溫導熱油（yóu）流（liú）量計在水平模擬井中測量油氣水三相流進行了實驗研究。
在多相流模擬（nǐ）實驗裝置上采用（yòng）高溫（wēn）導熱油流量計在油/氣/水三相流及氣/水兩相（xiàng）流條件（jiàn）下開展室內動態實驗，研究高溫導熱油流量計在（zài）油、氣（qì）、水三相流及（jí）氣/水（shuǐ）兩相流低（dī）產氣（氣體流量不大於15m3/d）條件下的響應特性，計算氣體對高溫（wēn）導熱油流量計測量液相流量產生的測量誤差，為該儀器應用到（dào）三相（xiàng）流的生產測（cè）井中（zhōng）提供借鑒。
1實驗條（tiáo）件及實驗方案
實驗在大慶油田（tián）測井試井（jǐng）檢測實驗中心多相流實驗室24ｍ模擬（nǐ）井中進行。透明的有機玻璃井筒內徑為（wéi）125ｍｍ，實驗介質為自來水（shuǐ）、柴油和壓縮空氣，實驗（yàn）中油（yóu）、氣、水的流量可（kě）以由儀（yí）表（biǎo）精確控製和計（jì）量。實驗儀器采用安（ān）裝有（yǒu）傘式集流器的高溫導熱油流量計。傘式集流器具有16根金屬傘筋，傘布（bù）采用高強度薄織料，質密不透氣，集流效果好。采（cǎi）用傘式集流（liú）器可以使測量通道內（nèi）的流體流速提高幾十倍（bèi），並且使被（bèi）測流體混合更加均勻。高（gāo）溫導熱油流量計安裝在集流傘上部，油/氣/水混合流體被集流傘集（jí）流後，從進液口流入測量通道，流經高溫導熱油流量計測量流（liú）量，再由出液（yè）口流回到井筒（tǒng）（見圖1）。
高溫（wēn）導熱油流（liú）量計位於傘式集流器上部，傳感器內徑為1９ｍｍ。渦輪測量流量範圍為3～80m3/d，測（cè）量精度為（wéi）±5%。根據儀器的工作（zuò）原理及儀器結構等條件（jiàn），實驗時氣體流量範圍為3～15m3/d，流量調節分別為3、5、7、10、15m3/d；油（yóu）水液相流量範圍為3～80m3/d，流量調節分別為3、5、7、10、15、20、30、40、60、80m3/d，含水率調節範圍50%～100%。實驗中，先（xiān）固定某一氣體流量，待氣（qì）體流（liú）量穩定後分別調節油水兩相含水率和流量，待流動穩定後（hòu），進行測量。
2實驗結果及分析
2．1油氣水三相條（tiáo）件下含水率對流量測（cè）量的（de）影響
在不同氣體流量下標定了高溫導熱油流量計在（zài）油、氣、水三相流中不同氣相流量不同液相含水率時的（de）響應圖2固定氣體流量5m3/d高溫導熱油流量計標定曲線（xiàn）曲線（xiàn）。圖2為固定氣體（tǐ）流量（liàng）5m3/d、液相流（liú）量及液相含水率變化（huà）時測量的渦輪響（xiǎng）應曲線，液相流量從60m3/d逐漸遞減到5m3/d，含水率（lǜ）從100%逐漸遞減到50%。測量數據表明，當（dāng）改變不同液相流量時的測量結（jié）果與（yǔ）10m3/d的測量結果一致，即當固定氣體流量5m3/d時，在（zài）同一液相流量下，當含水（shuǐ）率從100%變化（huà）到50%時，渦輪響應數值基本不變，保持在同一數值，即渦輪響應受油水比例變化的影響較小。分（fèn）析（xī）認為，當液相流（liú）量（liàng）大於5m3/d時，由於集流傘的集流作用，使測量通道內的流體流速（sù）提（tí）高，油水兩相（xiàng）以泡狀流流動，並且使被測流體油水混合更加均勻，減小了油水相（xiàng）間的滑脫效應；氣相的擾動也減小了油水相間的滑脫，使得高溫導（dǎo）熱油流量計響應受油水兩相含水率變化影響較小，氣相成為影響高溫導熱油流量（liàng）計響應的主（zhǔ）要因素。
圖3為固定氣體流量（liàng）5m3/d標定的高溫導（dǎo）熱油流量計響應圖（tú）版。實驗數據表明，對於固定的氣相流量、不同含水率下的測量曲線近於重合，說明對於固定的氣相流量渦輪響（xiǎng）應與液相流量的響（xiǎng）應關係受油水兩相含水率的影響很小。因此，在氣體流（liú）量較（jiào）低時，油/氣（qì）/水三相（xiàng）的流量測量問題（tí）可以簡化成氣/水（shuǐ）兩相的流量測量問題。固定氣（qì）體流量10m3/d及（jí）15m3/d標定的高溫導（dǎo）熱油流量計（jì）響應規（guī）律同（tóng）圖3。
2．2氣/水兩相條件（jiàn）下的實驗結果及誤差分（fèn）析
圖4為傘式集流（liú）器（qì）高溫導熱（rè）油（yóu）流量計在氣/水兩相流圖4高溫導熱油流量計氣水兩（liǎng）相流標定圖版中的響應圖版。渦輪在低液（yè）量和高（gāo）流量時有不同的規律（lǜ），在水流量高於15m3/d時，保持氣量不（bú）變，渦輪（lún）響應與水流量呈線性關係（xì）。在低（dī）液量下，即在水流量低於15m3/d時，渦輪響應與（yǔ）水相流量呈非線性關係。此時隨著水流量的增（zēng）加，渦輪響應也增加，但較純水（shuǐ）時的響應增加緩慢，而且（qiě）隨著氣量的增加，渦輪響應對液（yè）相的（de）敏感性越差（chà）。當氣量達到10m3/d時（shí），幾（jǐ）乎呈平的台階，說明此時渦輪對液相流量失去了（le）分辨能力，高溫導（dǎo）熱油流量計在高氣量時測量低液相流量會有較大誤（wù）差。分析（xī）認為（wéi），當水流量較低（水流量小於15m3/d）時，在（zài）集流測量通道內，當氣量較少時，氣相（xiàng）滑脫明顯，氣相以較大的（de）氣泡向上流動［如圖5（ａ）所（suǒ）示，水（shuǐ）流量10m3/d、氣流量1．44m3/d］，氣相對渦輪起主導作用，使渦（wō）輪響應明顯偏高；隨（suí）著氣相流量的增加，持氣率不斷增加，更多的氣（qì）泡（pào）在集流傘頂端聚集形成段塞進入集流通道。圖5（ｂ）為水流量10m3/d、氣相流量4．8m3/d時拍（pāi）攝（shè）的高速攝像圖片，圖片（piàn）顯示（shì）測（cè）量通（tōng）道內氣/水兩相流為段塞流。圖6為此時采集的渦輪（lún）響應實時波動信號（hào），隨大塊氣體段塞的出現，渦輪響應頻率劇烈波動，*高幅度可達40Ｈｚ，渦輪響應的平均值增加，導致高溫導熱油流量計測量流量（liàng）明顯偏高。尤其是氣相流量較（jiào）高（大於９．6m3/d）時，在集流傘頂部形成氣頂，集流測量通道內的氣段塞更加嚴重，較多的水流量被迫從集流傘與井壁之間的（de）縫隙漏失，渦輪對液相流量（liàng）變化失去了分（fèn）辨能力，使（shǐ）高溫導熱油流量計產生了較大的測量誤差。
2．3測量誤差分析
在實際的產（chǎn）出剖麵測量中（zhōng），儀器（qì）通常在液相中標定刻度圖版。測井時不知道井下是否有氣，如果（guǒ）存在氣（qì）體，仍然使（shǐ）用液相圖（tú）版解釋，會產生很多（duō）誤差。
利用清水中渦輪（lún）的（de）刻度方程計算加入不同氣體流量後渦輪響應頻率所對應的流量，即為加入氣體後的測量流（liú）量（liàng），再用所得測量流量減去配比的標準水流量，得到氣（qì）相加入後（hòu）測量的絕對增加（jiā）值，即加入（rù）氣（qì）相流（liú）量（liàng）產生的測量誤差（見表1）。計算結果表明，加（jiā）入（rù）氣體流量後，渦輪的（de）測量流量明顯增加，尤其是液相流（liú）量較低時，增加（jiā）的測量流量更高（gāo），氣體對流（liú）量測量產生了較大的測量誤差。低氣量下，平（píng）均1m3/d的氣量產生的測量誤差大約相當於5m3/d（絕對增加值）。
利用測量的絕對增加值除以滿量程流量80m3/d，得到氣（qì）體對流量測量的滿量程誤差（chà）（見圖（tú）7）。計算結果表明，隻有氣體流量為3m3/d以下液（yè）相（xiàng）流量10m3/d以上時，滿量（liàng）程測量誤（wù）差在10%以內，其他測點滿量（liàng）程誤差均大於10%。
3結論
（1）氣體流量較低時，在同一氣體流量下保持液相流量不變、液相含水率從100%變化到50%時，高（gāo）溫導熱油流量計與液相流量的響應關係不受油水兩相含水率的影（yǐng）響或受油（yóu）水（shuǐ）兩相含水率的影響很小，可以將油/氣（qì）/水三相的流量（liàng）測量問（wèn）題簡化成氣/水（shuǐ）兩相的流量測量問題。
（2）在不同（tóng）含氣量條件下，渦輪在低液（yè）量和高液量時有不同（tóng）的響應規律，在水流量高於15m3/d時，渦輪（lún）響（xiǎng）應與水流量呈線（xiàn）性關係。在（zài）水流量低於15m3/d時（shí），渦輪響應與水相流量（liàng）呈（chéng）非線性關係，當含（hán）氣量達到10m3/d時，渦輪（lún）響應呈水平的台階（jiē）狀，渦輪對液相流量失去（qù）了（le）分辨能（néng）力。
（3）液相流量較低時，高溫導熱油流量計測量流量明顯高於標準流量，即使是（shì）較低（dī）的氣（qì）體流量也會對高溫導熱油流量計產生（shēng）較（jiào）大的測量（liàng）誤差。當氣體流量為（wéi）3m3/d、液相流量小於10m3/d的條件下（xià）以及氣體流（liú）量大（dà）於（yú）3m3/d的條件下，液相（xiàng）流量測量誤差均大於（yú）10%。