植物油流量計在多相流模擬井中的實驗及分析
點擊次數(shù)：1845 發(fā)布時間：2021-01-19 15:06:29
本文在大慶油田多相流模擬實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室內(nèi)動態(tài)實驗，得到油氣水三相流情況下植物油流量計及阻抗含水率傳感器的響應特性，定量分析評價了氣相對流量和含水率測量的影響，并結合現(xiàn)場測井實例，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實驗條件及實驗方案
實驗在大慶油田多相流實驗室油氣水三相流模擬井中進行。透明有機玻璃井筒內(nèi)徑為125ｍｍ，實驗介質為自來水、柴油和壓縮空氣。實驗儀器采用阻抗式產(chǎn)液剖面測井儀。儀器自下向上依次為傘式集流器、植物油流量計和阻抗式含水率傳感器，植物油流量計及阻抗傳感器內(nèi)徑為19ｍｍ。傘式集流器具有16根金屬傘筋，傘布采用高強度薄織料，集流傘撐開后能夠將內(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液口流入測量通道。阻抗式含水率傳感器和植物油流量計依次安裝在集流傘上部，油氣水混合流體流經(jīng)植物油流量計測量流量，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；油水液相流量范圍為3～60m3/d，流量調節(jié)分別為3、5、10、20、40、60m3/d，含水率調節(jié)范圍50％～100％。實驗中，先固定某一氣體流量，待氣體流量穩(wěn)定后調節(jié)油水兩相含水率，流動穩(wěn)定后，進行測量。
2多相流模擬井中的實驗及分析
2.1氣體對植物油流量計流量測量的影響
為考察氣體對植物油流量計流量測量的影響，在油氣水三相流中不同氣相流量下對植物油流量計進行了動態(tài)實驗標定。實驗時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，含水率調節(jié)范圍50％～100％。
圖1氣體流量分別為1、3、5m3/d時標定的植物油流量計在油氣水三相流中的響應圖版。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1m3/d時，液相流量在10m3/d以上時，渦輪響應與液相流量呈線性關系；由于加入的氣體較少，渦輪響應頻率略高于沒有加入氣體時清水中渦輪的響應；但在液相流量10m3/d以下時，隨持氣率增加，渦輪響應明顯高于清水中的渦輪響應，測量流量明顯高于標準流量，產(chǎn)生了較大測量誤差［見圖1（ａ）］。
（2）當加入氣體流量3m3/d時，渦輪響應頻率明顯高于沒有加入氣體時清水中渦輪的響應頻率。當加入氣體后，渦輪在低液量和高液量時有不同的規(guī)律，在液相流量高于10m3/d時，渦輪響應與液相流量呈線性關系。而在低液量下（液相流量10m3/d以下），渦輪響應與液相流量呈非線性關系。此時，渦輪響應遠遠高于相對應的液相流量，隨液相流量增加，渦輪響應增加緩慢，幾乎呈一個平的臺階，渦輪對液相流量失去了分辨能力，說明植物油流量計在產(chǎn)氣情況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時渦輪響應與加入氣體3m3/d時的響應規(guī)律一致，渦輪響應要明顯高于清水和加入3m3/d氣體時的響應，測量流量明顯偏高，植物油流量計受氣體影響更為嚴重［見圖1（ｃ）］。
（4）液相含水率從100％變化到50％時，不同含水率下的渦輪響應曲線近于重合，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明顯偏高的主要因素。
利用清水中渦輪的刻度方程計算加入不同氣體流量后渦輪響應頻率所對應的流量，即為加入氣體后的測量流量，與標準流量之比得到相對誤差。計算結果表明，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、氣量較低的測點相對誤差在10％以內(nèi)，其他測點的相對誤差均大于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*大可達135％，液相流量3m3/d時相對測量誤差*大可達300％。因此，現(xiàn)場測井時液相流量越低，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含水率測量的影響
為考察氣體對阻抗式含水率計含水率測量的影響，在油氣水三相流中不同氣相流量下對阻抗含水率計進行了動態(tài)實驗標定。實驗時氣體流量分別為1、3、5m3/d，油水液相流量范圍為3～40m3/d，含水率調節(jié)范圍50％～100％。圖2為加入氣體流量1、3、5m3/d時標定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，當液相流量較高時儀器含水率響應略低于未加入氣體時的含水率響應，受氣體影響小；但在液相流量較低（10m3/d以下）、含水率較高（80％）時，含水率響應明顯降低，測量含水偏低，受氣體影響嚴重，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，與未加入氣體的含水率圖版對比，加入氣體后相對應的含水率響應明顯降低，測量的含水率明顯低于標準含水率。氣流量5m3/d的含水率響應明顯低于氣流量3m3/d時的含水率響應。尤其是在低流量、高含水時，氣體對含水率測量影響尤為嚴重，液相流量越低含水率響應偏差越大；氣體流量越高，含水率測量偏差越大［見圖2（ｂ）、
計算加入氣體后的含水率測量誤差，誤差計算結果表明，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，*大測量誤差達到30％。根據(jù)阻抗式含水率計的測量原理，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。由于氣相為非導電相，當加入一定量氣體時，待測流體的混合電導率降低，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口水驅產(chǎn)出井，采用阻抗式含水率計在該井進行了測試。圖3、圖4分別為測點深度1097.3ｍ測量的流量及混相值曲線圖。2ｍｉｎ的采樣時間內(nèi)，流量及混相值曲線波動劇烈，明顯受井下產(chǎn)氣影響，進行平均值計算時只能取后半段較平穩(wěn)的數(shù)據(jù)，因此，測試時需延長測量時間。錄取不同范圍數(shù)值時流量及含水率測量差值較大，流量平穩(wěn)段為14.81m3/d，高值時達到23.52m3/d；取不同測量段的混相值時測量含水率*大相差12％。重復測量得到了相同的測量結果。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口水驅產(chǎn)出井，該井井口計量產(chǎn)液51.72m3/d，取樣化驗含水率81.8％。采用阻抗式含水率計在該井進行了測試，圖5為*1測點深度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，測量流量波動較大，在25～98m3/d之間波動，平均值為58.6m3/d；混相值波動也很大，在280～640Ｈｚ之間劇烈波動，平均值圖5*1測點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量流量，測量含水率明顯低于化驗含水率。同時，在該井測井時，使用了儀器上裝有氣體分離器的阻抗式含水率計在該井進行測試，*1測點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。測量流量為54.8m3/d，測量含水率為80.4％，與井口計量非常接近。對比測量結果表明，氣體對流量及含水率測量造成了非常大的測量誤差，已不能進行準確測量。
4結論及建議
（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，受氣相影響尤為嚴重，液相流量5m3/d時相對測量誤差*大可達135％。在現(xiàn)場測井液相流量越低，持氣率越大時，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，含水率測量誤差越大，*大測量誤差達到30％。
（3）為進一步提高油氣水三相流條件下的產(chǎn)出剖面測井質量，開發(fā)安全、環(huán)保、可靠的三相流測井技術是當務之急。一方面研究基于光纖持氣率計、植物油流量計及阻抗含水率計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，采用兩相流的技術解決問題。
1實驗條件及實驗方案
實驗在大慶油田多相流實驗室油氣水三相流模擬井中進行。透明有機玻璃井筒內(nèi)徑為125ｍｍ，實驗介質為自來水、柴油和壓縮空氣。實驗儀器采用阻抗式產(chǎn)液剖面測井儀。儀器自下向上依次為傘式集流器、植物油流量計和阻抗式含水率傳感器，植物油流量計及阻抗傳感器內(nèi)徑為19ｍｍ。傘式集流器具有16根金屬傘筋，傘布采用高強度薄織料，集流傘撐開后能夠將內(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液口流入測量通道。阻抗式含水率傳感器和植物油流量計依次安裝在集流傘上部，油氣水混合流體流經(jīng)植物油流量計測量流量，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；油水液相流量范圍為3～60m3/d，流量調節(jié)分別為3、5、10、20、40、60m3/d，含水率調節(jié)范圍50％～100％。實驗中，先固定某一氣體流量，待氣體流量穩(wěn)定后調節(jié)油水兩相含水率，流動穩(wěn)定后，進行測量。
2多相流模擬井中的實驗及分析
2.1氣體對植物油流量計流量測量的影響
為考察氣體對植物油流量計流量測量的影響，在油氣水三相流中不同氣相流量下對植物油流量計進行了動態(tài)實驗標定。實驗時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，含水率調節(jié)范圍50％～100％。
圖1氣體流量分別為1、3、5m3/d時標定的植物油流量計在油氣水三相流中的響應圖版。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1m3/d時，液相流量在10m3/d以上時，渦輪響應與液相流量呈線性關系；由于加入的氣體較少，渦輪響應頻率略高于沒有加入氣體時清水中渦輪的響應；但在液相流量10m3/d以下時，隨持氣率增加，渦輪響應明顯高于清水中的渦輪響應，測量流量明顯高于標準流量，產(chǎn)生了較大測量誤差［見圖1（ａ）］。
（2）當加入氣體流量3m3/d時，渦輪響應頻率明顯高于沒有加入氣體時清水中渦輪的響應頻率。當加入氣體后，渦輪在低液量和高液量時有不同的規(guī)律，在液相流量高于10m3/d時，渦輪響應與液相流量呈線性關系。而在低液量下（液相流量10m3/d以下），渦輪響應與液相流量呈非線性關系。此時，渦輪響應遠遠高于相對應的液相流量，隨液相流量增加，渦輪響應增加緩慢，幾乎呈一個平的臺階，渦輪對液相流量失去了分辨能力，說明植物油流量計在產(chǎn)氣情況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時渦輪響應與加入氣體3m3/d時的響應規(guī)律一致，渦輪響應要明顯高于清水和加入3m3/d氣體時的響應，測量流量明顯偏高，植物油流量計受氣體影響更為嚴重［見圖1（ｃ）］。
（4）液相含水率從100％變化到50％時，不同含水率下的渦輪響應曲線近于重合，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明顯偏高的主要因素。
利用清水中渦輪的刻度方程計算加入不同氣體流量后渦輪響應頻率所對應的流量，即為加入氣體后的測量流量，與標準流量之比得到相對誤差。計算結果表明，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、氣量較低的測點相對誤差在10％以內(nèi)，其他測點的相對誤差均大于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*大可達135％，液相流量3m3/d時相對測量誤差*大可達300％。因此，現(xiàn)場測井時液相流量越低，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含水率測量的影響
為考察氣體對阻抗式含水率計含水率測量的影響，在油氣水三相流中不同氣相流量下對阻抗含水率計進行了動態(tài)實驗標定。實驗時氣體流量分別為1、3、5m3/d，油水液相流量范圍為3～40m3/d，含水率調節(jié)范圍50％～100％。圖2為加入氣體流量1、3、5m3/d時標定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，當液相流量較高時儀器含水率響應略低于未加入氣體時的含水率響應，受氣體影響小；但在液相流量較低（10m3/d以下）、含水率較高（80％）時，含水率響應明顯降低，測量含水偏低，受氣體影響嚴重，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，與未加入氣體的含水率圖版對比，加入氣體后相對應的含水率響應明顯降低，測量的含水率明顯低于標準含水率。氣流量5m3/d的含水率響應明顯低于氣流量3m3/d時的含水率響應。尤其是在低流量、高含水時，氣體對含水率測量影響尤為嚴重，液相流量越低含水率響應偏差越大；氣體流量越高，含水率測量偏差越大［見圖2（ｂ）、
計算加入氣體后的含水率測量誤差，誤差計算結果表明，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，*大測量誤差達到30％。根據(jù)阻抗式含水率計的測量原理，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。由于氣相為非導電相，當加入一定量氣體時，待測流體的混合電導率降低，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口水驅產(chǎn)出井，采用阻抗式含水率計在該井進行了測試。圖3、圖4分別為測點深度1097.3ｍ測量的流量及混相值曲線圖。2ｍｉｎ的采樣時間內(nèi)，流量及混相值曲線波動劇烈，明顯受井下產(chǎn)氣影響，進行平均值計算時只能取后半段較平穩(wěn)的數(shù)據(jù)，因此，測試時需延長測量時間。錄取不同范圍數(shù)值時流量及含水率測量差值較大，流量平穩(wěn)段為14.81m3/d，高值時達到23.52m3/d；取不同測量段的混相值時測量含水率*大相差12％。重復測量得到了相同的測量結果。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口水驅產(chǎn)出井，該井井口計量產(chǎn)液51.72m3/d，取樣化驗含水率81.8％。采用阻抗式含水率計在該井進行了測試，圖5為*1測點深度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，測量流量波動較大，在25～98m3/d之間波動，平均值為58.6m3/d；混相值波動也很大，在280～640Ｈｚ之間劇烈波動，平均值圖5*1測點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量流量，測量含水率明顯低于化驗含水率。同時，在該井測井時，使用了儀器上裝有氣體分離器的阻抗式含水率計在該井進行測試，*1測點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。測量流量為54.8m3/d，測量含水率為80.4％，與井口計量非常接近。對比測量結果表明，氣體對流量及含水率測量造成了非常大的測量誤差，已不能進行準確測量。
4結論及建議
（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，受氣相影響尤為嚴重，液相流量5m3/d時相對測量誤差*大可達135％。在現(xiàn)場測井液相流量越低，持氣率越大時，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，含水率測量誤差越大，*大測量誤差達到30％。
（3）為進一步提高油氣水三相流條件下的產(chǎn)出剖面測井質量，開發(fā)安全、環(huán)保、可靠的三相流測井技術是當務之急。一方面研究基于光纖持氣率計、植物油流量計及阻抗含水率計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，采用兩相流的技術解決問題。