皮球集流油氣水三相流真人AG网址測量

摘要:基于皮球集流真人AG网址與放射性密度-持水率計組合儀在油氣水三相流流動環中的動態測量結果,建立了預測三相流總流量的真人AG网址物理模型,該模型考慮了等效“氣液”滑脫速度及流型影響。由于流型轉變與兩相流運動波傳播特性密切相關,還提出了基于“氣液”兩相流運動波傳播速度特征的流型劃分准則,並利用該准則在不同流型區域內提取了氣相漂移速度及相分布系數2個重要的流動特性參數。***後,將研究所得的三相流流動特性與真人AG网址物理模型相結合,給出了具有較高精度的三相流總流量預測結果,表明利用集流型真人AG网址仍然可以有效地測量油氣水三相流總流量。

0、引言:
  从20世纪70年代开始,大庆油田与吉林大学合作***早提出了用于自喷井中的集流型放射性低能源測量油氣水三相流流量方法[1];随着大规模的油井转抽,大庆油田在原来三相流测井技术基础上又研制成了皮球及伞集流型环空三相流测井仪[2~ 5],将耐压指标提高到30 MPa,耐温指标提高到125℃,采用遥测技术实现了井温仪、压力计、真人AG网址、放射性持水率-密度计多种传感器的组合。1991年郭海敏运用粘滞性流体力学对真人AG网址叶片受到的阻力矩进行了理论分析,对油氣水三相流按照加权平均方法给出了等效“单相流”的真人AG网址数学模型[6,7],指出了渦輪转速与总流量的关系受流体动力粘度及流体混合密度影响,并利用吉尔哈特高灵敏度真人AG网址在气水两相流中測量数据及斯伦贝谢全井眼流量計在油氣水三相流測量数据验证了该理论模型。基于皮球集流型环空三相流测井组合仪,大庆油田张淑英及郑华课题组分别在油氣水三相流模拟井中开展了动态測量试验,发现了真人AG网址測量响应受油氣水三相流流动密度影响[2~ 4]。李占咸等基于油氣水三相流流动密度与混合密度客观存在的差异,建立了预测三相流总流量无量纲准数统计模型[8],同时,在借鉴两相流真人AG网址体积模型[9]、质量模型[10]及动量模型[11]的基础上,金宁德建立了皮球集流油氣水三相流真人AG网址变仪表因子的物理模型[12],并对张淑英课题组取得的油氣水三相流动态实验測量数据进行了模型试验评价,指出了动量模型能较好地预测油氣水三相流总流量[13,14]。郭海敏及钟兴福等[15,16]将***优化技术引入了油氣水三相流测井资料解释,从数学反演角度丰富了生产测井解释技术内容。
  鉴于目前对发展油氣水三相流测井技术的迫切性[17],本文对皮球集流真人AG网址从三相流流动特性与測量特性相结合角度进行了综合考察,以期从理论上进一步认识真人AG网址測量油氣水三相流机理,并为今后三相流测井解释技术发展提供借鉴。

1、皮球集流三相流測井組合儀在模擬井中的測量特性:
  皮球集流环空三相流测井组合仪结构自下而上是皮球集流器、真人AG网址、持水率-密度计、井温压力计等[3]。三相流测井组合仪在多相流模拟井中动态实验是在大庆生产测井研究所进行的,垂直上升管中油氣水三相流流动工况范围为,水流量0~ 60 m3 /d;油流量0~ 45 m3 /d;气流量0~ 125 m3 /d;含气率0%~ 80%;含水率0%~ 90%;含油率0%~ 85%。实验共测取了86组组合仪測量数据,其中纯油氣水三相流測量数据为32组。

1.1、真人AG网址在油氣水三相流中的測量特性:
  图1为皮球集流真人AG网址在不同流动密度ρn时的測量响应特性。流动密度ρ
圖1 皮球集流真人AG网址在油氣水三相流中測量特性
圖1 皮球集流真人AG网址在油氣水三相流中測量特性
图2 放射性密度计在油氣水三相流中測量特性

计算公式
式中,ρo、ρg、ρw分別爲油、氣、水分相密度;Ko、Kg、Kw分別爲油、氣、水分相含率;Qo、Qg、Qw分別爲油、氣、水分相流量。從圖1看出,對同一ρn值,渦輪轉速(r/min)隨三相流總流量增加而增加;隨流動密度增加,真人AG网址測量靈敏度增加。

1.2、放射性密度計在油氣水三相流中的測量特性:
  图1中流动密度ρn是在模拟井中按分相流量配比得到的。图2给出了流动密度ρn与測量混合密度ρm之间的实验关系。理论上无滑脱均匀混相流体的流动密度ρn与混合密度ρm应相等。单从气液两相流动考察,Chisholm[18]给出了流动密度ρn与混合密度ρm之间数学关系,即
计算公式
式中,ρl为液相密度;Co为相分布系数;vgj为气相漂移速度;vm为气液两相流混合速度。由式(2)知,相间滑脱及相分布特性是影响流动密度ρn与混合密度ρm差别的主要因素。若混相流体均匀混合且无相间相对运动,则有Co= 1,vgj= 0,即ρn=ρm,ρn有时称为无滑脱密度。一般混相流体并非完全均匀混合的,且存在着相间相对运动,所以有Co≠ 1,vgj≠ 0,也就是ρn≠ρm。所以,正确确定Co及vgj是表达ρn与ρm之间关系的关键。

2、集流後過流通道內油氣水三相流流型特征:
  研究表明流型转化与运动波的不稳定性有密切关系,意味着流型转变是受运动波传播特性控制的。考虑到集流后内径为19 mm的过流通道内油水相间滑脱速度较小,所以,采用“气液”两相流流动方式来等效过流通道内的油氣水三相流流动。根据先前研究结果[19~ 21],可得到“气液”两相流运动波传播速度C为Ck= vmCo+ vmYgdCodYg+ vgj+ YgdvgjdYg(3)  运动波传播速度取决于两相流总流速vm、持气率Yg、相分布系数Co、气相漂移速度vgj、相分布系数变化率dCodYg及气相漂移速度变化率dvgjdYg。当“气液”两相流为均匀流动且相间无滑脱时,运动波的传播速度Ck与两相流混合流速vm相等。
  基于油氣水三相流动态实验数据,利用两相流漂移模型[22],可得到图3、图4所示相分布系数Co及漂移速度vgj的关系曲线,可以看出,集流通道内油氣水三相流流型是复杂多变的。由图3、图4关系曲线也可以处理得到dCodYg及dvgjdYg变化关系(在此省略)。根据式(3)可以计算得到如图5所示的等效“气液”两相流运动波传播速度Ck关系曲线。根据Ck特征曲线变化特点,将受流型控制的Ck变化曲线分为如下几个区:
A区:0< Yg≤ 0. 19;  B区:0. 19≤ Yg< 0. 25;C区:0. 25≤ Yg< 0. 37; D区:0. 37≤ Yg< 0. 6;F区:Yg> 0. 6。
  基于流型转变是受运动波传播特性控制的观点,以上各个分区应该代表着不同类型的流型特征。
  根据以上不同流型特征区域划分结果,利用式(2)可以归纳出不同分区内平均相分布系数 Co及平均漂移速度 vgj特征值。采用非线性拟合技术可得表1所示的分区流型参数。根据公式(2),并利用表1所拟合出的分区 Co及 vgj值,由測量的混合密度ρm就可预测出流动密度ρn,其平均误差为AD= 0. 021 8(g/cm3),平均相对误差为AAPD= 4. 75%。采用式(2)可以较
圖3 相分布系數Co與持氣率Yg的關系圖4 漂移速度vgj與持氣率Yg的關系

圖3 相分布系數Co與持氣率Yg的關系圖4 漂移速度vgj與持氣率Yg的關系
图5 “气液”两相流运动波传播速度Ck特性曲线

圖5 “氣液”兩相流運動波傳播速度Ck特性曲線
表1 不同流型区域的流型特征参数拟合结果

图6 三相流流动密度ρn预测结果

好地預測流動密度ρn,圖6爲流動密度ρn預測結果。

3、皮球集流油氣水三相流真人AG网址物理模型:
  定义在三相流中真人AG网址仪表因子k为k=RPMQt(4)  三相流中真人AG网址变仪表因子k的动量模型为[12~ 14]k= k0S+ Y[1+ Yg(S -1)](1+ Y)(5)式中,S为等效“气液”两相流滑动比,k0为在单相流中仪表系数,Y可由下式给出Y=ρlρgρm-ρgρl-ρg(6)S由下式给出S=ρlKgρg+(1 -Kg)ρl1 /2Co+vgjvm(7)Kg与Yg之间存在如下关系Kg=11+1 -YgYg1S(8) 107 根据表1分区流型参数 Co及 vgj值,并结合式(4)~(8),就可以预测三相流总流量Qt。图7为预测的纯油氣水三相流总流量结果,其中,AD= 3. 976 m3 /d,AAPD=8. 69%,可以看出,在高流量时,预测误差比较大。
圖7 油氣水三相流總流量預測結果

圖7 油氣水三相流總流量預測結果

4、結束語:
  皮球集流真人AG网址与放射性密度-持水率计组合,在油氣水三相流条件下采用物理模型仍可以给出较高精度的总流量预测结果。皮球集流后过流通道内油氣水三相流相间滑脱效应及复杂多变流型对真人AG网址測量特性仍有显著影响,因此,具有流体非线性漏失特点的伞集流真人AG网址測量特性将会更加复杂。

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