CN107402238A - 二元化学液作用下的油井油水两相流含水率测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二元化学液作用下的油井油水两相流含水率测量方法，采用弧形对壁式电导传感器测量沿管截面方向分布的平均含水率信息，在集流后的小管径测量管道内壁固定空间位置相对的弧形激励电极与弧形中心测量电极，在中心测量电极两侧分别等距放置相同尺寸的边缘保护电极，中心测量电极的轴向高度与由激励电极及其两侧的边缘保护电极组合形成的整体轴向高度相匹配。通过二元化学液作用下油水两相流动态实验，对弧形对壁式电导传感器输出电压信号进行采集，获得二元化学液作用下油水两相流归一化电导测量值与实验标定含水率之间实验相关图版。

Description

二元化学液作用下的油井油水两相流含水率测量方法

技术领域

本发明涉及油田动态监测领域油井二元化学驱作用下的油水两相流高含水率测量方法。

背景技术

我国陆上低渗透性油田由于长期采用注水开采手段，井筒内油水两相流呈现低流速高含水流动特性。为提高原油采收率，油田已广泛采用表面活性剂-聚合物二元化学驱为主的三次采油技术。从指导油田生产角度出发，实现化学驱作用下油水两相流流动参数准确测量对有效提高原油采收率及优化产液剖面测井技术具有重要价值。

由于向地层内注入二元化学液会显著改变井筒油水两相流流变学特性，严重影响油水两相流流型及相间滑脱特性，加剧低流速高含水条件下分散油相泡径非均匀分布行为，给井筒含水率参数准确测量带来极大挑战。传统环形单对电极电导式测量方法由于灵敏场空间分布不均匀程度较高且易受电场边缘效应影响，其表征分散相分布信息变化的能力有限。此外，二元化学液作用下油水两相流分散相浓度、速度及泡径呈非均匀分布特性，现有的含水率环形电导传感器测量灵敏度及分辨率存在较大局限性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种二元化学液作用下的油井油水两相流高含水率测量方法，以实现二元化学液作用下油水两相流含水率高分辨率测量。技术方案如下：

一种二元化学液作用下的油井油水两相流含水率测量方法，采用弧形对壁式电导传感器测量沿管截面方向分布的平均含水率信息，在集流后的小管径测量管道内壁固定空间位置相对的弧形激励电极与弧形中心测量电极，在中心测量电极两侧分别等距放置相同尺寸的边缘保护电极，中心测量电极的轴向高度与由激励电极及其两侧的边缘保护电极组合形成的整体轴向高度相匹配。通过二元化学液作用下油水两相流动态实验，对弧形对壁式电导传感器输出电压信号进行采集，获得二元化学液作用下油水两相流归一化电导测量值与实验标定含水率之间实验相关图版。

优选地，在设计弧形对壁式电导传感器时，采用有限元分析法对中心测量电极与边缘保护电极轴向高度h，中心测量电极与边缘保护电极间距l和电极圆心角α进行优化。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)本发明设计的弧形对壁式电导传感器，在对混合流体流场无扰动前提下，可有效改善测量区域内弧形对壁式电导传感器电场聚焦特性，减弱电场边缘效应影响，显著提高二元化学液作用下分散相体积浓度(含水率)测量分辨率。

(2)本发明设计的弧形对壁式电导传感器可适用于油井二元化学液作用下低流速高含水油水两相流含水率高分辨测量。

附图说明

图1是弧形对壁式电导传感器结构图。

图2是弧形对壁式电导传感器局部结构图。

图3是弧形对壁式电导传感器有限元剖分结构图。

图4的(a)(b)分别是含水率为0.8的二元化学液作用下油水两相流泡状流和细小泡状流对应弧形对壁式电导传感器测量电压信号。

图4的(c)(d)分别是含水率为0.98的二元化学液作用下油水两相流泡状流和细小泡状流对应弧形对壁式电导传感器测量电压信号。

图5是弧形对壁式电导传感器在二元化学液作用下油水两相流时归一化电导测量值与实验标定的含水率之间实验相关图版。

附图标号说明：

1外管；2激励电极；3边缘保护电极；4中心测量电极

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

为实现二元化学液作用下油水两相流高含水率参数测量，本发明突破传统空间平均相含率测量手段，采用弧形对壁式电导传感器测量沿管截面方向分布的平均含水率信息。在测量方式上，在集流后小管径测量管道内壁构建空间位置相对的激励电极与中心测量电极。中心测量电极两侧分别等距放置相同尺寸的边缘保护电极。根据电学敏感原理，测量电极与保护电极施加同种载荷可使中心电极处电场强度增强，改善电场分布非线性程度，减弱电场边缘效应影响，提高测量灵敏度。在设计弧形对壁式电导传感器时，为了提高弧形对壁式电导传感器敏感场及提取二元化学液作用下油水两相流含水率信息，采用有限元分析法对电导传感器的电极几何尺寸(电极高度、电极角度、电极间距)进行优化，以期实现二元化学液作用下油水两相流高含水率高精度测量。

如图1和图2所示，本发明采用的弧形对壁式电导传感器的整体结构包括外管1、光滑嵌入在管道内壁的激励电极2、边缘保护电极3和中心测量电极4。测量电极与保护电极轴向高度为h，测量电极与保护电极间距为l，电极圆心角为α。

将具有最优尺寸的弧形对壁式电导传感器安装在垂直上升20mm小管径油水两相流实验装置中，当二元化学液作用下的油水两相流混合液流经传感器测量区域时，采集弧形对壁式电导传感器输出电压信号。数据处理过程中，将不同流动工况下传感器电压信号进行归一化处理，提取出相应含水率值。

本发明的弧形对壁式电导传感器二元化学液油水两相流含水率测量方法具体实施过程：

(1)本发明中，弧形对壁式电导传感器中心测量电极与边缘保护电极轴向高度h，中心测量电极与边缘保护电极间距l和电极圆心角α。采用有限元方法进行优化，通过仿真软件ANSYS建立弧形对壁电导式传感器三维仿真模型，如图3所示。设置垂直上升管道内径D＝0.02m，垂直上升管道长度L＝0.2m，水相电阻率δ_w＝1000Ω·m，油相电阻率δ_o＝10e20Ω·m，不锈钢电极电阻率δ_s＝1.7241e-8Ω·m。采用自由剖分方式对仿真模型进行网格划分，施加载荷时采用恒流激励。其中，激励电极施加电流为0.1mA，测量电极与保护电极同时施加-0.1mA电流以及0V电压。仿真过程为：在ANSYS建模时，在模型中传感器测量截面上放入一个绝缘小球并附以油相电阻率属性，绝缘小球直径为0.5mm。激励电极的输出电压值跟随小球在管道中的位置不同而改变，因此，可通过激励电极电压的变化幅度计算出电导传感器的灵敏度。小球每变换一个坐标，可计算得到该坐标处的灵敏度值。将小球的坐标遍历弧形对壁电导式传感器检测截面所有位置，得到该电极尺寸下的灵敏度分布。

本发明采用检测场均匀性误差参数(SVP)和传感器相对灵敏度(S_avg)作为检验灵敏度分布的指标。传感器相对灵敏度(S_avg)的含义是指截面所有小球坐标处对应灵敏度的平均值，定义为：

定义测量截面的均匀性误差参数(SVP)为：

式中，S_dev为测量截面上不同位置的相对灵敏度的标准差，其定义为：

显然，S_avg值愈大，传感器灵敏度愈高，SVP值愈小，即均匀性误差愈小。

采用单因素轮换方法对弧形对壁电导式传感器中心测量电极与边缘保护电极轴向高度 h，中心测量电极与边缘保护电极间距l和电极圆心角α进行仿真优化，即变化其中一个因素，其余固定，然后进行逐步搭配实验比较以获得最优搭配方案。如上表所示，对比不同尺寸参数组合下的均匀性误差参数(SVP)和传感器相对灵敏度(S_avg)，可以看出，对于直径 0.5mm的油泡，当中心测量电极与边缘保护电极轴向高度h＝2mm，中心测量电极与边缘保护电极间距l＝1mm，电极圆心角α＝130^°时，弧形对壁电导式传感器测量灵敏度场的分布特性最好。

(2)通过二元化学液作用下油水两相流动态实验，对弧形对壁式电导传感器输出电压信号进行采集，获得二元化学液作用下油水两相流归一化电导测量值与实验标定含水率之间实验相关图版，具体方法如下：

定义混合流体的归一化电导率G_e为混合相的电导率σ_m与全水的电导率σ_w的比值，表达式为：

式中，V_ref和V_m分别是测量电路中参考电阻两端测量电压和传感器测量端接收电压，和分别是全水时参考电阻两端测量电压和传感器测量端的接收电压。

实验验证与结果：

利用本发明设计的二元化学液作用下油水两相流弧形对壁式电导传感器，可得到图4 和图5所示的泡状流和细小泡状流的测量信号、测量得到的归一化电导与标定含水率之间实验图版。可以看出，通过归一化电导实验图版(图5)，弧形对壁式电导传感器归一化电导平均值对含水率变化具有较高的分辨能力，验证了本发明设计的二元化学液作用下油水两相流弧形对壁式电导传感器高分辨测量含水率的有效性。

Claims (2)

1.一种二元化学液作用下的油井油水两相流含水率测量方法，采用弧形对壁式电导传感器测量沿管截面方向分布的平均含水率信息，在集流后的小管径测量管道内壁固定空间位置相对的弧形激励电极与弧形中心测量电极，在中心测量电极两侧分别等距放置相同尺寸的边缘保护电极，中心测量电极的轴向高度与由激励电极及其两侧的边缘保护电极组合形成的整体轴向高度相匹配。通过二元化学液作用下油水两相流动态实验，对弧形对壁式电导传感器输出电压信号进行采集，获得二元化学液作用下油水两相流归一化电导测量值与实验标定含水率之间实验相关图版。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在设计弧形对壁式电导传感器时，采用有限元分析法对中心测量电极与边缘保护电极轴向高度h，中心测量电极与边缘保护电极间距l和电极圆心角α进行优化。