CN102134988B - 热采水平井井下蒸汽干度测量方法 - Google Patents

Abstract

一种热采水平井井下蒸汽干度测量方法，包括采用热采水平井井筒中水平段内蒸汽和水的两相混合流体、电容传感器和电容探头构成电容器，测量热采水平井井筒中水平段内蒸汽干度。所述蒸汽和水两相混合流体中的水相、电容传感器和电容探头组成圆形电容器，水相作为圆形电容器的负极，电容传感器和电容探头作为圆形电容器的正极，由电容传感器测量得到电压，计算水相的液位高度，水相的液位高度和电压的关系通过下式：即可求得

热采水平井井筒中水平段内的蒸汽干度。本发明电容器对水量具有非常高的灵敏度，可对热采水平井井下含水率的测量，而且灵敏度极高、干度测量均差小于7％、应用操作方便等特点，广泛在石油热井下蒸汽干度的测量工艺中应用。

Description

热采水平井井下蒸汽干度测量方法

一、技术领域

本发明涉及石油热采井井下蒸汽干度的测量方法，特别涉及一种热采水平井井下蒸汽干度测量方法。

二、背景技术

水平井注蒸汽采油是一项开发油气田、提高采收率的重要技术，尤其对稠油油田的开采更为重要。水平井与常规直井相比，水平井射孔井段长，油层打开程度大，可用较低的驱动力更大的提高采收率。传统的稠油热采直井井下蒸汽干度的测量，主要是通过测量井下蒸汽压力、温度、流量的方式，利用相关两相流模型计算出井筒内干度，为稠油开采作出了贡献，但该方法同时存在着如下的缺点或不足：①测量过程中，蒸汽流量和两相流模型的采用，使得蒸汽干度测试误差较大；②井筒内干度还可以采用蒸汽取样的方式进行测量，但是一次下井只能采集井筒内任意一点的干度数据，而不能实现连续多点测量；③目前稠油热采井井下蒸汽干度直接测试技术尚属于空白阶段；④传统的电容传感器由两个金属极板组成，以两相流体为电介质，通过两相流体间的介电常数差分辨含水量，灵敏度低，测量过程中受流体物性的变化影响较大，并且当极板间出现游离水时，由于水都是导电体，易导致测量失败。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种热采水平井井下蒸汽干度测量方法，采用圆形电容方式，可以解决水平段内不同液位高度的精确测量，解决稠油热采水平井水平段蒸汽干度无法测试的技术难题。

本发明所述的热采水平井井下蒸汽干度测量方法，包括采用热采水平井井筒中水平段内蒸汽和水的两相混合流体、电容传感器和电容探头构成电容器，测量热采水平井井筒中水平段内蒸汽干度。所述蒸汽和水两相混合流体中的水相、电容传感器和电容探头组成圆形电容器，水相作为圆形电容器的负极，电容传感器和电容探头作为圆形电容器的正极，由电容传感器测量得到电压，计算水相的液位高度，水相的液位高度和电压的关系通过下式：

即可求得热采水平井井筒中水平段内的蒸汽干度，

式中：φ-蒸汽干度；

A-管道截面积，m2；

A_L-液相所占流通管道截面积，m2；本公式由下属各式导出：

水相的液位和电压的关系式，电容值为：

$C=\frac{\mathrm{\ϵ}\·S}{d}---\left(1\right)$

接触面积为：

$S=\frac{\mathrm{Cd}}{\mathrm{\ϵ}}---\left(2\right)$

式中：

ε-绝缘层的介电常数，F/m

d-绝缘层的厚度，m

S-接触面积，m²

水与电容探头的接触面积为：

$S=\arccos \left(\frac{r-h}{r}\right)\·r^2-\sqrt{r^2-{(r-h)}^2}\·(r-h)---\left(3\right)$

式中：

r-电容传感器探头的半径，m；   H＝R-(r-h)    (4)

式中：

H-液位高度，m；

R-井筒的内径，m；

h-圆形电容传感器淹没高度，m；

式(3)、(4)联立即可求得h，则

液相所占流通管道截面积A_L为：

$A_L=\arccos \left(\frac{R-H}{R}\right)\·R^2-\sqrt{R^2-{(R-H)}^2}\·(R-H)---\left(5\right)$

蒸汽干度，

即可求得，式中：

φ-蒸汽干度，

A-管道截面积，m2，

AL-液相所占流通管道截面积，m2。

其中，所述电容器为圆盘状结构，包括电容探头及其上覆盖的热绝缘涂层，电容器精确测量水平段内不同液位的高度。所述电容探头为圆形金属薄板，热绝缘涂层为非金属层结构。所述电容探头中心安装有引出导线。

本发明与现有技术相比较具有如下优点：

1、本发明采用水电极电容器是利用两相流体中的水相作为电容传感器的一个电极，水在电容测量中完全起导体的作用，其作用与金属电极是一样的，另一个电极仍为金属极板，该金属极板表面绝缘，绝缘材料就充当了电容器的电介质；

2、该水电容传感器采用很薄的热绝缘涂层，即δ非常小，因此这种电容器对水量具有非常高的灵敏度；

3、可对热采水平井井下含水率的测量，而且灵敏度极高；

4、干度测量范围为0～90％，干度测量均差小于7％，从工业蒸馏水到水的食盐饱和溶液，测量结果一致；

5、应用方便，金属极板为薄板状，可根据实际应用环境，变换其形状。

四、附图说明

图1为本发明的一种实施例示意图

图2为按图1所示的电容探头剖面示意图

五、具体实施方式

参阅图1-图2，一种热采水平井井下蒸汽干度测量方法，包括采用热采水平井井筒4中水平段内蒸汽和水的两相混合流体2、电容传感器和电容探头3构成电容器，测量热采水平井井筒中水平段内蒸汽干度。蒸汽和水的两相混合流体2中的水相1、电容传感器和电容探头3组成圆形电容器，水相1作为圆形电容器的负极，电容传感器和电容探头3作为圆形电容器的正极，由电容传感器测量得到电压，计算水相的液位高度，水相1的液位高度和电压的关系通过下式：

即可求得热采水平井井筒中水平段内的蒸汽干度，

式中：φ-蒸汽干度；

A-管道截面积，m2；

A_L-液相所占流通管道截面积，m2；本公式由下属各式导出：

水相的液位和电压的关系式，电容值为： $C=\frac{\mathrm{\ϵ}\·S}{d}---\left(1\right)$

接触面积为： $S=\frac{\mathrm{Cd}}{\mathrm{\ϵ}}---\left(2\right)$

式中：

ε-绝缘层的介电常数，F/m

d-绝缘层的厚度，m

S-接触面积，m²

水与电容探头的接触面积为：

$S=\arccos \left(\frac{r-h}{r}\right)\·r^2-\sqrt{r^2-{(r-h)}^2}\·(r-h)---\left(3\right)$

式中：

r-电容传感器探头的半径，m

H＝R-(r-h)                (4)

式中：

H-液位高度，m；

R-井筒的内径，m；

h-圆形电容传感器淹没高度，m；式(3)、(4)联立即可求得h，则液相所占流通管道截面积A_L为：

$A_L=\arccos \left(\frac{R-H}{R}\right)\·R^2-\sqrt{R^2-{(R-H)}^2}\·(R-H)---\left(5\right)$

蒸汽干度

即可求得，

φ-蒸汽干度；

A-管道截面积，m2；

A_L-液相所占流通管道截面积，m2。

电容器为圆盘状结构，包括电容探头3及其上覆盖的热绝缘涂层5，电容器精确测量水平段内不同液位的高度。电容探头3为圆形金属薄板31，热绝缘涂层5为非金属层结构。电容探头3中心安装有引出导线33。热绝缘涂层金属薄板，可根据实际应用环境，变换其形状。

本发明干度测量范围为0～90％，干度测量均差小于7％。从工业蒸馏水到水的食盐饱和溶液进行试验，结果都是一致的。利用这一原理，还可以实现对热采水平井井下含水率的测量，而且灵敏度极高。

Claims (3)

1.一种热采水平井井下蒸汽干度测量方法，包括采用热采水平井井筒中水平段内蒸汽和水的两相混合流体、电容传感器和电容探头构成电容器，测量热采水平井井筒中水平段内蒸汽干度，其特征在于所述蒸汽和水两相混合流体中的水相、电容传感器和电容探头组成圆形电容器，水相作为圆形电容器的负极，电容传感器和电容探头作为圆形电容器的正极，由电容传感器测量得到电压，计算水相的液位高度，水相的液位高度和电压的关系通过下式：

即可求得热采水平井井筒中水平段内的蒸汽干度，

式中：φ-蒸汽干度；

A-管道截面积，m²；

A_L-液相所占流通管道截面积，m²；本公式由下属各式导出：

水相的液位和电压的关系式，电容值为： $C=\frac{\mathrm{\ϵ}\·S}{d}---\left(1\right)$

接触面积为： $S=\frac{\mathrm{Cd}}{\mathrm{\ϵ}}---\left(2\right)$

式中：

ε-绝缘层的介电常数，F/m

d-绝缘层的厚度，m

S-接触面积，m²

水与电容探头的接触面积为：

$S=\arccos \left(\frac{r-h}{r}\right)\·r^2-\sqrt{r^2-{(r-h)}^2}\·(r-h)---\left(3\right)$

式中：

r-电容传感器探头的半径，mH＝R-(r-h)    (4)

式中：

H-液位高度，m；

R-井筒的内径，m；

h-圆形电容传感器淹没高度，m；式(3)、(4)联立即可求得h；则液相所占流通管道截面积A_L为：

$A_L=\arccos \left(\frac{R-H}{R}\right)\·R^2-\sqrt{R^2-{(R-H)}^2}\·(R-H)---\left(5\right)$

蒸汽干度即可求得：

式中：

φ-蒸汽干度；

A-管道截面积，m²；

A_L-液相所占流通管道截面积，m²。

2.根据权利要求1所述的热采水平井井下蒸汽干度测量方法，其特征在于所述电容器为圆盘状结构，包括电容探头及其上覆盖的热绝缘涂层，电容器精确测量水平段内不同液位的高度。

3.根据权利要求1所述的热采水平井井下蒸汽干度测量方法，其特征在于所述电容探头中心安装有引出导线。

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