CN102758609A - 适用于高含水条件下的油井三相流测量方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于高含水条件下的油井三相流测量方法，主要解决现有的高含水油层产油情况计量方法测结果不准确的问题。其特征在于包括以下步骤：a、通过三相流测井仪进行气液分离；b、采用超声波流量计测量通过气相流道流出的气相流量Q_g；c、测量油相流量Q_o；d、由涡轮流量计测量液相总流量Q_q；e、气相PVT校正。该方法通过气液分离，对气相流量和油相流量进行独立测量，再通过测量液相总流量后，减去油相流量得到水相流量，从而可以准确地测量油、气、水各分相流量。

Description

适用于高含水条件下的油井三相流测量方法

技术领域

本发明涉及油田生产测井领域，尤其是一种用于高含水条件下油井产出剖面油、气、水三相流测量方法。

背景技术

随着多年注水开发的进行，国内多数老油田已进入高含水开采期，部分油井含水已高于90％，单井总产液在20～80m³/d左右，并且普遍伴有脱气现象，因此油井内是油、气、水相并存。对于高含水油井，测量产层的产油情况以确定该层是否具有开采价值显得十分重要，传统的采用单一流量计及含水率计等的测量方法忽视了气相的存在，因此不能实现对油、气、水三相的正确测量，同时由于各测量传感器的误差传递，最后的测量结果与实际相差较大。放射性低能源三相流测井方法曾经应用于油田三相流测量，但由于其测量结果与实际偏差很大，目前已不再使用。主要原因有两个方面，一方面是三相的总流量由涡轮流量计测量，气相的存在极不稳定地改变着流体的密度和粘度，严重影响涡轮流量计测量，因此该方法的总流量测量误差过大；另一方面是该方法是通过记录能谱实现含气和含水测量，但能谱记录是一个统计过程，要求测量过程中测量对象的状态保持恒定，而实际的生产油井是抽油机井，油、气、水三相的变化剧烈，能谱记录不能稳定进行，因此测量结果偏差很大。

发明内容

为了克服现有的高含水油层产油情况计量方法测结果不准确的不足，本发明提供一种适用于高含水条件下的油井三相流测量方法，该方法通过气液分离，对气相流量和油相流量进行独立测量，再通过测量液相总流量后，减去油相流量得到水相流量，从而可以准确地测量油、气、水各分相流量。

本发明的技术方案是：一种适用于高含水条件下的油井三相流测量方法，包括以下步骤：

a、通过三相流测井仪进行气液分离；

b、采用超声波流量计测量通过气相流道流出的气相流量Q_g；

c、测量油相流量Q₀：集流器中心筒上设置若干个环形油-水界面测量电极，当油相在集流伞下方汇聚量逐渐增多时，油-水界面将下行，当油-水界面下行至阵列电极的第一个电极时，信号处理电路作一次时间标识，当油-水界面下行至阵列电极的第二个电极时，信号处理电路作第二次时间标识，阵列电极的电极之间的距离L、截面积S是确定的，通过时间T计算即可得到油相流量Q₀；

d、由涡轮流量计测量液相总流量Q_q：

e、气相PVT校正。

所述的步骤b中的气相流量Q_g的测量方法为:在气相出口上端设置一个超声探头，探头向下发出频率为f₀的超声波，当气相流道内没有气体时，超声波在仪器壁及环形空间底部发生反射，探头接收的反射波的频率保持为f₀，当气相控制阀打开后，气相以速度u向上运动时，超声波在气-水界面发生反射，由气-水界面发生反射回来的超声波频率发生偏移，记为f’,f’是与气相流速相关联量，根据多普勒效应其关系可表述为：

Δf＝f₀-f'＝2f₀u(cosθ)/c                (1)

其中，c是声波在水中的传播速度；θ是发射波与气-水界面的轴向夹角；

Δf是一个频带，将频带为Δf的测量信号的强度转化为电压V，并做单位时间积分，则可得到信号功率，从而将气体流量与测量信号功率建立对应关系，实现气体流量测量，其表述为：

$Q_g={\∫}_0^T\mathrm{\λVdt}---\left(2\right)$

其中，λ是与气相流速相关的修正系数。

本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案，通过三相流测井仪进行气液分离，对气相进行单独测量，然后再分别测量油相流量及液相总量，用液相总量减去油相流量即得到水相流量。在气相流道流动只有气相，测量条件单一，状态稳定；体积累计法测得的油相流量克服了油相流量的不稳定性；进入液相流道的流体有两个阶段，开始时仅有单一水相，然后是油水两相，单一水相阶段使得涡轮流量计的测量更加稳定。采用该方法测量的油、气、水流量准确，尤其适合高含水油井，对确定油层是否具有开采价值提供了可靠依据。

附图说明

图1是本发明所用的油井三相流测井仪的结构示意图；

图2是超声波气体流量计测量原理图；

图3是气相流量测量实验结果；

图4是油流量测量标定结果；

图5是液相总流量测量标定结果。

图中1-电路筒，2-定位短接，3-液相出口，4-涡轮流量计，5-气相出口，6-气相流道，7-超声波气体流量计，8-气相入口，9-气相控制阀，10-集流伞，11-溢流阀，12-溢流口，13-阵列电极，14-气液分离腔，15-液相流道，16-液相入口，17-集流伞驱动器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1、图2所示，一种适用于高含水条件下的油井三相流测量方法，包括以下步骤：

a、通过三相流测井仪进行气液分离；

b、采用超声波流量计测量通过气相流道流出的气相流量Q_g：

超声波气体流量计用于测量通过气相流道流出的气相流量。其测量原理如图2，在气相出口内部上端设置一个环形超声探头，由于集流器和重力分离的共同作用，超声探头浸在静止的水相中，探头向下发出频率为f₀的超声波，当气相流道内没有气体时，超声波在仪器壁及环形空间底部发生反射，探头接收的反射波的频率保持为f₀。当气相控制阀打开后，气相以速度u向上运动时，超声波在气-水界面发生反射，由于多普勒效应，由气-水界面发生反射回来的超声波频率发生偏移，记为f’,f’是与气相流速相关联量，根据多普勒效应其关系可表述为：

Δf=f₀-f'=2f₀u(cosθ)/c                     (1)

其中，c是声波在水中的传播速度；θ是发射波与气-水界面的轴向夹角。

此时探头接收的是频率为f₀和f’两种频率的反射波，将反射波和发射波做混频后，得到仅与气相流动相关联的频率为Δf的测量信号。尽管由于θ的差异，Δf是一个频带，但由于探头处于静止的水中，气相的速度u相对稳定，对于每个特定的频率f’的声波，其频率f’与气相流速的关系也就相对稳定，即Δf频带内的不同频率的声波与气相的速度u的关系相对稳定。气量越大，由气-水界面反射回来的波量越大，频带为Δf的测量信号的强度越大，将信号的强度转化为电压V，并做单位时间积分，则可得到信号功率，从而将气体流量与测量信号功率建立对应关系，实现气体流量测量，其表述为：

$Q_g={\∫}_0^T\mathrm{\λVdt}---\left(2\right)$

其中，λ是与气相流速相关的修正系数。

c、测量油相流量Q₀：油相流量测量是通过探测油-水界面运行时间而完成的。当油相在集流伞下方汇聚量逐渐增多时，油-水界面将下行，当油-水界面下行至阵列电极的第一个电极时，信号处理电路作一次时间标识，当油-水界面下行至阵列电极的第二个电极时，信号处理电路作第二次时间标识，阵列电极的电极之间的距离L、截面积S是确定的，通过时间T计算即可得到油相流量。由于井下不同产层的产油量不同，油-界面下行的速度差异较大，因此在集流器中心筒上设置了多个环形油-水界面测量电极，每个电极都有特定的标识，高流量时，选下端距离较远两电极，低流量时，选上端距离较近两电极。在气相控制阀常开情况下，气相持续由气相流道流出，油相的测量结果不包括气相；在气相控制阀间歇开关情况下，气相控制阀关闭时，气相体积累计量会转化为油相体积流量，油相测量结果中包括气相流量。

d、由涡轮流量计测量液相总流量Q_q：

e、油、气、水三相流量测量表述及气相PVT校正:

对于气相而言，同一质量气相体积是随温度和压力而变化，由于某测点的流体是其深度下方流体的汇总，因此某测点的气相体积流量到达其上方测点时需进行PVT校正。

气相流量（Q_g）：超声波气体流量计直接测得；

气相控制阀常开

油相流量（Q₀）:

Q_o=LS/T                                        (7)

气相控制阀间歇开关

油相流量（Q₀）:

Q_o=LS/T-Q_g                                     (8)

水相流量（Q_w）:

Q_w＝Q_q-Q_o                                     （9）

温度、压力短接完成气相PVT校正。同一质量的气相由测点1到达测点2的体积流量校正公式如下：

$Q_{g2}=\frac{P_1{T}_2}{P_2{T}_1}{Q}_{g1}---\left(10\right).$

该方法采用三相流测井仪进行气液分离，该三相流测井仪包括电路筒1、用于温度-压力-磁定位的定位短接2、液相出口3、涡轮流量计4、气相出口5、气相流道6、超声波气体流量计7、气相入口8、气相控制阀9、集流伞10、溢流阀11、溢流口12、阵列电极13、气液分离腔14、液相流道15、液相入口16、集流伞驱动器17，其工作过程为：仪器到达测量位置后，在集流伞驱动器17的作用下，集流伞10撑起，套管内的截面空间被封闭，溢流阀11开启，向上流动的油、气、水三相在集流伞下方气液分离腔14内汇聚后，由溢流口12流入液相流道15，再由液相出口3流出。集流伞10撑起到位后，溢流阀11关闭，此时在气液分离腔14内，由于气相的漂移作用，气相在上方汇聚，液相处于下方。气相控制阀的作用是保证只有气相才能通过气相入口进入气相流道，然后由气相出口流出。在气量较低时，气相控制阀9关闭，气体在气液分离腔14内汇聚，当气体汇聚到一定量后，气相控制阀9打开，气相开始释放，气相通过气相入口8进入气相流道6，由超声波气体流量计7完成其流量测量，然后由气相出口5流出。当气液分离腔14内汇聚的气相减小到一定量时，气相控制阀9关闭，气相停止释放；在气量较高时，气相控制阀9将处于常开状态，气相持续释放。重力分离后的油水界面在气液分离腔14下移，由阵列电极13完成油流量测量。液相由液相入口16进入，由涡轮流量计完成液相总流量测量后，由液相出口3流出。

实施例：采用Φ28mm的油井三相流测井仪进行测量，仪器外径28mm，长度2000mm，耐温125℃，耐压40MPm，气相流量测量范围0.5—8m3/d，测量分辨率0.5m3/d，测量精度5%。油相流量测量范围：0.2--8m3/d，流量测量精度：3%，液相流量测量范围：5--80m3/d，图3是气相流量测量实验结果曲线，曲线具有良好的单调关系；图4是油相流量测量实验结果曲线；图5是涡轮流量计测量液相总量的实验结果曲线。

Claims (2)

1.一种适用于高含水条件下的油井三相流测量方法，其特征在于包括以下步骤：

a、通过三相流测井仪进行气液分离；

b、采用超声波流量计测量通过气相流道流出的气相流量Q_g；

c、测量油相流量Q_o：集流器中心筒上设置若干个环形油-水界面测量电极，当油相在集流伞下方汇聚量逐渐增多时，油-水界面将下行，当油-水界面下行至阵列电极的第一个电极时，信号处理电路作一次时间标识，当油-水界面下行至阵列电极的第二个电极时，信号处理电路作第二次时间标识，阵列电极的电极之间的距离L、截面积S是确定的，通过时间T计算即可得到油相流量Q₀；

d、由涡轮流量计测量液相总流量Q_q；

e、气相PVT校正。

2.根据权利要求1所述的适用于高含水条件下的油井三相流测量方法，其特征在于：

所述的步骤b中的气相流量Q_g的测量方法为:在气相出口上端设置一个超声探头，探头向下发出频率为f₀的超声波，当气相流道内没有气体时，超声波在仪器壁及环形空间底部发生反射，探头接收的反射波的频率保持为f₀，当气相控制阀打开后，气相以速度u向上运动时，超声波在气-水界面发生反射，由气-水界面发生反射回来的超声波频率发生偏移，记为f’,f’是与气相流速相关联量，根据多普勒效应其关系可表述为：

Δf＝f₀-f'＝2f₀u(cosθ)/c                    (1)

其中，c是声波在水中的传播速度；θ是发射波与气-水界面的轴向夹角；

Δf是一个频带，将频带为Δf的测量信号的强度转化为电压V，并做单位时间积分，则可得到信号功率，从而将气体流量与测量信号功率建立对应关系，实现气体流量测量，其表述为：

$Q_g={\∫}_0^T\mathrm{\λVdt}---\left(2\right)$

其中，λ是与气相流速相关的修正系数。

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