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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):1898 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(píng)價(jià)了氣相對(duì)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(duì)植物油流量計(jì)流量測量的影響
為考察氣體對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)誤差。計(jì)算結(jié)果表明,氣體對(duì)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(duì)誤差在10%以內(nèi),其他測點(diǎn)的相對(duì)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(duì)測量誤差*大可達(dá)135%,液相流量3m3/d時(shí)相對(duì)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(duì)流量產(chǎn)生的測量誤差越大。
2.2氣體對(duì)阻抗含水率計(jì)含水率測量的影響
為考察氣體對(duì)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(duì)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(duì)比,加入氣體后相對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)比測量結(jié)果表明,氣體對(duì)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(duì)流量測量產(chǎn)生的相對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)植物油流量計(jì)流量測量的影響
為考察氣體對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)誤差。計(jì)算結(jié)果表明,氣體對(duì)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(duì)誤差在10%以內(nèi),其他測點(diǎn)的相對(duì)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(duì)測量誤差*大可達(dá)135%,液相流量3m3/d時(shí)相對(duì)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(duì)流量產(chǎn)生的測量誤差越大。
2.2氣體對(duì)阻抗含水率計(jì)含水率測量的影響
為考察氣體對(duì)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(duì)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(duì)比,加入氣體后相對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)比測量結(jié)果表明,氣體對(duì)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(duì)流量測量產(chǎn)生的相對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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。