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气相介入对伞集流涡轮流量计影响
发布时间:2019-01-10

摘要:针对油气水三相流条件下产液剖面测井问题,在大庆油田多相流模拟实验装置上进行三相流条件下阻抗式含水率计的响应规律实验,考察气相介入对伞集流涡轮流量计及阻抗式含水率计流量和含水率测量的影响,得到油气水三相流情况下涡轮流量计及阻抗含水率传感器的响应特性。实验结果表明,气相介入对伞集流涡轮流量计及阻抗含水率计测量液相流量和含水率有较大影响,使流量测量值偏高,含水率测量值偏低;液相流量越低,二者测量值误差越大。给出了2口井现场测井实例,为现场测井工程师在生产测井中产气井的测试提供借鉴。为进一步提高油气水三相流条件下的产出剖面测井质量提出了建议。
0引言 
  大庆油田目前处于高含水开发期,油井中油气水三相流现象普遍。对于油水两相来说,已有成熟的产液剖面的测量技术,阻抗式产液剖面测井仪[1-2]已在产液剖面测井中广泛应用,并获得了良好的效果。该仪器在水为连续相的高含水油水两相流产出剖面测量中,能准确测量流量及含水率,具有很好的重复性、一致性,能提供可靠的产液信息。对于油气水三相流,由于气液之间密度差异大,气泡的表面张力大等因素的影响,导致气液混合不均匀,油气水三相流体的流型、流态复杂,对产液剖面测井仪器的测量结果造成了复杂的影响,对产液情况的准确了解造成了困难。大庆油田测试技术服务分公司早期采用集流式流量计和放射性密度计组合测量三相流。基于伞集流涡轮流量计与放射性密度-持水率计组合仪在油气水三相流模拟实验装置中的动态试验结果,建立了三相流涡轮流量计统计测量模型。近年来,陆续研发了光纤持气率计[4]、低产液三相流测井仪[5]等新方法和仪器。光纤持气率计通过测量三相总流量、持水率和持气率,结合温度、压力,采用解释模型获得油气水的分相流量。低产液三相流测井仪受流量和含水率测量范围的影响只能在流量较低的低产液井中部分应用。这些工作并没有研究气体对两相流测井仪器的定量影响。
  本文在大庆油田多相流模拟实验装置上采用阻抗式含水率计在油气水三相流条件下进行室内动态实验,得到油气水三相流情况下涡轮流量计及阻抗含水率传感器的响应特性,定量分析评价了气相对流量和含水率测量的影响,并结合现场测井实例,为现场测井工程师在生产测井中产气井测试提供借鉴。
1实验条件及实验方案
  实验在大庆油田多相流实验室油气水三相流模拟井中进行。透明有机玻璃井筒内径为125mm,实验介质为自来水、柴油和压缩空气。实验仪器采用阻抗式产液剖面测井仪。仪器自下向上依次为伞式集流器、涡轮流量计和阻抗式含水率传感器,涡轮流量计及阻抗传感器内径为19mm。伞式集流器具有16根金属伞筋,伞布采用高强度薄织料,集流伞撑开后能够将内径为125mm的井筒密封,使待测的油气水混合流体被集流伞集流后从集流伞下方的进液口流入测量通道。阻抗式含水率传感器和涡轮流量计依次安装在集流伞上部,油气水混合流体流经涡轮流量计测量流量,再流经阻抗式含水率传感器测量含水率,然后由出液口流回到井筒。
  根据仪器的工作原理及仪器结构等条件,实验时气体流量设置分别为0、1、3、5m3/d;油水液相流量范围为3~60m3/d,流量调节分别为3、5、10、20、40、60m3/d,含水率调节范围50%~100%。实验中,先固定某一气体流量,待气体流量稳定后调节油水两相含水率,流动稳定后,进行测量。
2多相流模拟井中的实验及分析
2.1气体对涡轮流量计流量测量的影响
  为考察气体对涡轮流量计流量测量的影响,在油气水三相流中不同气相流量下对涡轮流量计进行了动态实验标定。实验时添加的气体流量分别为1、3、5m3/d,油水液相流量范围3~60m3/d,含水率调节范围50%~100%。
  图1气体流量分别为1、3、5m3/d时标定的涡轮流量计在油气水三相流中的响应图版。液相含水率从100%逐渐递减变化到50%,便于对比增加了清水中标定的涡轮曲线,即气体流量为0m3/d时的涡轮曲线。
不同气体流量时涡轮流量计在三相流中标定结果图
(1)当加入气体流量1m3/d时,液相流量在10m3/d以上时,涡轮响应与液相流量呈线性关系;由于加入的气体较少,涡轮响应频率略高于没有加入气体时清水中涡轮的响应;但在液相流量10m3/d以下时,随持气率增加,涡轮响应明显高于清水中的涡轮响应,测量流量明显高于标准流量,产生了较大测量误差[见图1(a)]。
(2)当加入气体流量3m3/d时,涡轮响应频率明显高于没有加入气体时清水中涡轮的响应频率。当加入气体后,涡轮在低液量和高液量时有不同的规律,在液相流量高于10m3/d时,涡轮响应与液相流量呈线性关系。而在低液量下(液相流量10m3/d以下),涡轮响应与液相流量呈非线性关系。此时,涡轮响应远远高于相对应的液相流量,随液相流量增加,涡轮响应增加缓慢,几乎呈一个平的台阶,涡轮对液相流量失去了分辨能力,说明涡轮流量计在产气情况下测量低液相流量时会有较大误差[见图1(b)]。
(3)加入气体流量5m3/d时涡轮响应与加入气体3m3/d时的响应规律一致,涡轮响应要明显高于清水和加入3m3/d气体时的响应,测量流量明显偏高,涡轮流量计受气体影响更为严重[见图1(c)]。
(4)液相含水率从100%变化到50%时,不同含水率下的涡轮响应曲线近于重合,即涡轮受油水两相含水率变化影响较小,气体则是影响涡轮响应明显偏高的主要因素。
  利用清水中涡轮的刻度方程计算加入不同气体流量后涡轮响应频率所对应的流量,即为加入气体后的测量流量,与标准流量之比得到相对误差。计算结果表明,气体对液相流量的测量产生了较大的误差,只有流量较高、气量较低的测点相对误差在10%以内,其他测点的相对误差均大于10%。尤其在液相流量较低、持气率较高时,受气相影响尤为严重。液相流量5m3/d时相对测量误差最大可达135%,液相流量3m3/d时相对测量误差最大可达300%。因此,现场测井时液相流量越低,持气率越大,气体对流量产生的测量误差越大。
2.2气体对阻抗含水率计含水率测量的影响
  为考察气体对阻抗式含水率计含水率测量的影响,在油气水三相流中不同气相流量下对阻抗含水率计进行了动态实验标定。实验时气体流量分别为1、3、5m3/d,油水液相流量范围为3~40m3/d,含水率调节范围50%~100%。图2为加入气体流量1、3、5m3/d时标定的阻抗含水率计在油气水三相流中的响应图版。
(1)加入气体流量1m3/d,当液相流量较高时仪器含水率响应略低于未加入气体时的含水率响应,受气体影响小;但在液相流量较低(10m3/d以下)、含水率较高(80%)时,含水率响应明显降低,测量含水偏低,受气体影响严重,产生了较大的测量误差[见图2(a)]。
(2)加入气体流量3、5m3/d时,与未加入气体的含水率图版对比,加入气体后相对应的含水率响应明显降低,测量的含水率明显低于标准含水率。气流量5m3/d的含水率响应明显低于气流量3m3/d时的含水率响应。尤其是在低流量、高含水时,气体对含水率测量影响尤为严重,液相流量越低含水率响应偏差越大;气体流量越高,含水率测量偏差越大[见图2(b)、(c)]。
涡轮流量计不同气流量时标定的含水率响应图
  计算加入气体后的含水率测量误差,误差计算结果表明,加入气体后含水率测量误差较大,液相流量越低含水率测量误差越大,最大测量误差达到30%。根据阻抗式含水率计的测量原理,含水率传感器测量油水混合相电导率与其中纯水相电导率之比确定含水率。由于气相为非导电相,当加入一定量气体时,待测流体的混合电导率降低,测量含水率降低;液相流量越低,气体所占比例越大,测量含水率误差越大。
3现场测井
  T-××-××1井是大庆油田采油五厂1口水驱产出井,采用阻抗式含水率计在该井进行了测试。图3、图4分别为测点深度1097.3m测量的流量及混相值曲线图。2min的采样时间内,流量及混相值曲线波动剧烈,明显受井下产气影响,进行平均值计算时只能取后半段较平稳的数据,因此,测试时需延长测量时间。录取不同范围数值时流量及含水率测量差值较大,流量平稳段为14.81m3/d,高值时达到23.52m3/d;取不同测量段的混相值时测量含水率最大相差12%。重复测量得到了相同的测量结果。由此可见,气体对流量及含水率测量产生了非常大的测量误差。
  B2-××-××2井是大庆油田采油一厂1口水驱产出井,该井井口计量产液51.72m3/d,取样化验含水率81.8%。采用阻抗式含水率计在该井进行了测试,图5为第1测点深度1068m测量的流量及混相值曲线图。图5的流量曲线表明,流量曲线受气体影响较大,测量流量波动较大,在25~98m3/d之间波动,平均值为58.6m3/d;混相值波动也很大,在280~640Hz之间剧烈波动,平均值图5第1测点1068m处流量曲线和混相值曲线388Hz。该井测量流量为65.8m3/d,测量含水为51.3%,受井下产气影响明显,测量流量明显高于井口计量流量,测量含水率明显低于化验含水率。同时,在该井测井时,使用了仪器上装有气体分离器的阻抗式含水率计在该井进行测试,第1测点的流量及混相值曲线见图6。由于气体分离器将气体分离,未进入测量通道,减小了气体对测量传感器的影响,测量的流量及混相值曲线波动明显减少,流量波动为36~78m3/d,平均值为55m3/d;混相值波动为211~288Hz,平均值为228Hz。测量流量为54.8m3/d,测量含水率为80.4%,与井口计量非常接近。对比测量结果表明,气体对流量及含水率测量造成了非常大的测量误差,已不能进行准确测量。




4结论及建议
(1)产气井中使用两相流仪器测量流量普遍偏高,气体对流量测量产生的相对误差普遍大于10%;液相流量较低时,受气相影响尤为严重,液相流量5m3/d时相对测量误差最大可达135%。在现场测井液相流量越低,持气率越大时,气体对流量产生的测量误差越大。
(2)产气井中测量含水率普遍偏低,气体对含水率测量产生了较大的测量误差,液相流量越低,持气率越大时,含水率测量误差越大,最大测量误差达到30%。
(3)为进一步提高油气水三相流条件下的产出剖面测井质量,开发安全、环保、可靠的三相流测井技术是当务之急。一方面研究基于光纤持气率计、涡轮流量计及阻抗含水率计多传感器组合的测量方法和解释方法;另一方面研究气相分流的工艺,将三相流问题简化为两相流问题,采用两相流的技术解决问题。

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