CN108505989B

CN108505989B - 一种表征油水两相流体的流动型态的方法

Info

Publication number: CN108505989B
Application number: CN201810257588.7A
Authority: CN
Inventors: 杨祖国; 赵海洋; 王雷; 高秋英; 任波; 曹畅; 刘磊; 程仲富; 邢钰; 范伟东; 路以文
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2021-09-10
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: CN108505989A

Abstract

本发明提供一种表征油水两相流体的流动型态的方法，其包括以下步骤：步骤1、对油水两相流体的特定温度和压力条件进行划分，以得到不同的子温度和压力条件；步骤2、在同一子温度和压力条件下，同时以油水两相流体的流速和持水率作为自变量对油水两相流体的流动型态进行测量，以得到油水两相流体在不同流速和不同持水率条件下对应的流动型态；步骤3、在同一子温度和压力条件下，绘制用于表征油水两相流体的流动型态的流速‑持水率的图版，以确定油水两相流体的流动型态边界。通过上述方法能够直观而准确地表征出不同条件下油水两相流动型态，为研究油水两相流体的两相流动规律奠定基础，以改善油液在垂直井筒中发生举升困难或停产的情况。

Description

一种表征油水两相流体的流动型态的方法

技术领域

本发明涉及一种石油开采技术领域，尤其涉及一种表征油水两相流体的流动型态的方法。

背景技术

在石油开采过程中，垂直井筒不同深度位置的温度和压力是不同的，油液在垂直井筒中进行举升的过程中，井筒内的温度和压力随之降低，使得油液黏度增大，导致油液会逐渐失去流动性。另外，油液会与来自地层的水混合，形成乳液状的油水两相流体，混合流体的黏度进一步增大，举升摩阻进一步增加，导致油液在井筒中出现举升困难的现象，甚至出现井筒停产的现象。油水两相流体由于其自身物理性质和流动环境的不同，会呈现出不同的流动型态，而油水两相流体在不同的流动型态下又具有不同流动规律(空间分布特征和流动特性等)，而这些流动规律最终决定了油液在井筒中的流动情况，直接关系到油液能否顺利被开采出。因此，全面了解井筒中的油水两相流体在不同条件下的两相流动型态，才能采取和研究对应的开采措施，以尽可能避免油液在井筒中出现举升困难或者停产的现象，这对于石油的开采具有十分重要的意义。

在现有技术中，为了研究油水两相流体在井筒中的两相流动型态，申请号为“201410852548.9”的中国发明专利提供了“一种高温高压井筒模拟装置”，该装置能够模拟油液在垂直井筒的流动环境，从而让研究人员可以观测出油水两相流体在垂直井筒中的流动型态。但是，从上述专利中直接观测出的结果是抽象的，其不能直观而准确地表征油水两相流体在不同条件下的流动型态，使得研究人员难以据此来研究油水两相流体的流动规律，从而导致油液在垂直井筒中举升困难甚至停产的情况始终得不到改善。

发明内容

为了解决上述全部或部分问题，本发明提供一种表征油水两相流动规律的方法，其能够直观而准确地表征出不同条件下油水两相流动型态，从而为研究油水两相流体的两相流动规律奠定基础，以改善油液在垂直井筒中发生举升困难或停产的情况。

本发明提供一种表征油水两相流体的流动型态的方法，其包括以下步骤：步骤1、对油水两相流体的特定温度和压力条件进行划分，以得到不同的子温度和压力条件；步骤2、在同一所述子温度和压力条件下，同时以油水两相流体的流速和持水率作为自变量对油水两相流体的流动型态进行测量，以得到油水两相流体在不同流速和不同持水率条件下对应的流动型态；步骤3、在同一所述子温度和压力条件下，绘制用于表征所述油水两相流体的流动型态的流速-持水率的图版，以确定油水两相流体的流动型态边界。

优选地，在所述步骤1中，所述特定温度和压力条件中温度的范围是30～130℃，压力的范围是0～70MPa。

优选地，所述子温度和压力条件包括：当温度为30℃时，压力为0.1Mpa；当温度为90℃时，压力为0.1Mpa；当温度为130℃时，压力为0.1Mpa；当温度为130℃时，压力为10Mpa；当温度为130℃时，压力为20Mpa；当温度为130℃时，压力为30Mpa。

优选地，在所述步骤2中，通过井筒模拟装置来进行油水两相流体在井筒中流动的模拟实验，以对油水两相流体的流动型态进行测量。

优选地，在所述模拟实验中，所述油水两相流体中的水为自来水，所述油水两相流体中的油液为环烷油或塔河原油。

优选地，在所述模拟实验中，先在水中混入亚甲基蓝，再将含有所述亚甲基蓝的水逐步与油液混合，以形成油水两相流体，并同时改变所述油水两相流体的持水率。

优选地，所述油水两相流体的流速的变化范围为0.01～0.15m/s，而其持水率的变化范围为10％～90％。

优选地，所述油水两相流体每流动100m，则其所处环境的压力降低0.85-1.2Mpa，且其所处环境的温度降低2.0-3.5℃。

优选地，在所述模拟实验中，当所述油水两相流体所处环境的压力小于30MPa时，直接在所述井筒模拟装置的观察机构中通过观察而确定所述油水两相流体的流动型态；当所述油水两相流体所处环境的压力大于30MPa时，通过所述井筒模拟装置的电阻探针来测量所述油水两相流体的电阻率，并根据所述电阻率来确定所述油水两相流体的流动型态。

优选地，在所述步骤3中，在所述流速-持水率的图版上使用不同颜色和/或不同形状的图案来区别标示不同的所述流动型态，并在相邻的两个所述流动型态的交界处画出边界线，以标示出所述油水两相流体的流动型态边界。

根据本发明的表征油水两相流体的流动型态的方法，其首先根据垂直井筒的温度和压力分布规律而划分出多个子温度和压力，再结合速度和持水率的变化，最终得到油水两相流体在各种子温度和压力条件，以及各种不同流速和不同持水率条件下的流动型态。更重要的是，通过本发明中的方法来绘制流动型态的流速-持水率的图版，该图版中将采集下的流动型态的结果进行整合，使得每一张图版都表示出了在垂直井筒的深度为某一定值时，油水两相流体在向上举升过程中随着流速和持水率的变化可能出现的流动型态，并清楚地反映出油水两相流体的流动型态边界。上述图版能够直观而准确地表征出了油水两相流体在不同条件(包括物理性质和流动环境等)下的流动型态，使得研究人员可以据此来研究油水两相流体的流动规律，为解决油液在垂直井筒中举升困难或停产等问题提供了坚实的理论基础。另外，本发明的表征油水两相流动型态的方法实验成本低廉，操作简单，便于广泛地推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例的表征油水两相流体的流动型态的方法的流程图；

图2为本发明实施例的表征油水两相流体的流动型态的方法当温度为30℃、压力为0.1Mpa时绘制出的流速-持水率的图版；

图3为本发明实施例的表征油水两相流体的流动型态的方法当温度为90℃、压力为0.1Mpa时绘制出的流速-持水率的图版；

图4为本发明实施例的表征油水两相流体的流动型态的方法当温度为130℃、压力为0.1Mpa时绘制出的流速-持水率的图版；

图5为本发明实施例的表征油水两相流体的流动型态的方法当温度为130℃、压力为10MPa时绘制出的流速-持水率的图版；

图6为本发明实施例的表征油水两相流体的流动型态的方法当温度为130℃、压力为20MPa时绘制出的流速-持水率的图版；

图7为本发明实施例的表征油水两相流体的流动型态的方法当温度为130℃、压力为30MPa时绘制出的流速-持水率的图版。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1为本发明实施例的表征油水两相流体的流动型态的方法的流程图，如图1所示，该表征油水两相流体的流动型态的方法包括以下步骤：

步骤1、对油水两相流体的特定温度和压力条件进行划分，以得到不同的子温度和压力条件；

步骤2、在同一子温度和压力条件下，同时以油水两相流体的流速和持水率作为自变量对油水两相流体的流动型态进行测量，以得到油水两相流体在不同流速和不同持水率条件下对应的流动型态；

步骤3、在同一子温度和压力条件下，绘制用于表征油水两相流体的流动型态的流速-持水率的图版，以确定油水两相流体的流动型态边界。

在上述方法中，步骤1中得到的子温度和压力条件将作为油水两相流体的流动初始温度和流动初始压力，以表示油水两相流体从某一深度位置(对应某一子温度和压力条件)开始举升。另外，本发明在同一子温度和压力条件下绘制流速-持水率的图版，也就是说，在同一张图版上，其表示出了流动初始温度和流动初始压力相同，而持水率和流速不同的情况下的流动形态。在流动型态的流速-持水率的图版中，既可以以流速为横坐标，以持水率为纵坐标来进行绘图，又可以以持水率为横坐标，以流速为纵坐标来进行绘图。此外，还需要说明的是，持水率指在垂直井筒中，在某一长度段的井筒内水流相的体积与该段井筒的容积的百分比。此外，油水两相流体的流动形态包括接近单向流、分散流、泡状流、蠕状流、段塞流以及扰动流。

根据本发明的表征油水两相流体的流动型态的方法，其首先根据垂直井筒的温度和压力分布规律而划分出多个子温度和压力，再结合速度和持水率的变化，最终得到油水两相流体在各种子温度和压力条件，以及各种不同流速和不同持水率条件下的流动型态。更重要的是，通过本发明中的方法来绘制流动型态的流速-持水率的图版，该图版中将采集下的流动型态的结果进行整合，使得每一张图版都表示出了在垂直井筒的深度为某一定值时，油水两相流体在向上举升过程中随着流速和持水率的变化可能出现的流动型态，并清楚地反映出油水两相流体的流动型态边界。上述图版能够直观而准确地表征出了油水两相流体在不同条件(包括物理性质和流动环境等)下的流动型态，使得研究人员可以据此来研究油水两相流体的流动规律，为解决油液在垂直井筒中举升困难或停产等问题提供了坚实的理论基础。

在本实施例中，在步骤1中，特定温度和压力条件中温度的范围是30～130℃，压力的范围是0～70MPa。具体地，子温度和压力条件包括：当温度为30℃时，压力为0.1Mpa(在此条件下绘制出的流动型态的流速-持水率的图版如图2所示)；当温度为90℃时，压力为0.1Mpa(在此条件下绘制出的流动型态的流速-持水率的图版如图3所示)；当温度为130℃时，压力为0.1Mpa(在此条件下绘制出的流动型态的流速-持水率的图版如图4所示)；当温度为130℃时，压力为10Mpa(在此条件下绘制出的流动型态的流速-持水率的图版如图5所示)；当温度为130℃时，压力为20Mpa(在此条件下绘制出的流动型态的流速-持水率的图版如图6所示)；当温度为130℃时，压力为30Mpa(在此条件下绘制出的流动型态的流速-持水率的图版如图7所示)。发明人根据垂直井筒实际的温度和压力分布规律来选定特定的温度和压力条件，并且进一步选择出几个较为典型的子温度和压力条件，有利于研究人员对油水两相流体的流动规律的研究。

在本实施例中，在步骤2中，通过井筒模拟装置来进行油水两相流体在井筒中流动的模拟实验，以对油水两相流体的流动型态进行测量。井筒模拟装置能够更好地模拟高温高压井下环境和实际生产过程中油水两相流体在垂直井筒中的流动情况，并能够更好地监测油、水及其混合物在井筒中的流动形态变化，研究不同生产条件对原油举升过程中流动形态的影响。此外，在模拟实验中，为了进一步提高实验结果的准确性，油水两相流体中的水选择为自来水，油水两相流体中的油液选择为环烷油或塔河原油。

优选地，在该步骤2中，在模拟实验中，先在水中混入亚甲基蓝，再将含有亚甲基蓝的水逐步与油液混合，以形成油水两相流体，并同时改变油水两相流体的持水率。在水中加入亚甲基蓝后，便于操作人员进行观察，使得油水两相流体的流动型态的判断结果更加准确。在将水逐步与油液混合的过程中，油水两相流体的持水率的变化范围为10％～90％。油水两相流体的持水率在上述范围区间时，其能够在流动型态上区别于纯水相和纯油相，使得实验结果具有较大的研究价值。此外，油水两相流体的流速的变化范围为0.01～0.15m/s，发明人通过对多个油田的产量进行长时间的统计，并根据产量折算出其中的油水两相流体的流速，而得到上述范围，在此流速范围中进行模拟实验，能够较好的对应实际生产中的各种情景，使其实验结果同样具有较大的研究价值。

优选地，在步骤2中，为了进一步贴合油水两相流体在垂直井筒中流动的实际情况，油水两相流体每流动100m，则其所处环境的压力降低0.85-1.2Mpa，且其所处环境的温度降低2.0-3.5℃。优选地，油水两相流体每流动100m，则其所处环境的压力降低0.91Mpa，且其所处环境的温度降低2.1℃。

此外，在模拟实验中，当油水两相流体所处环境的压力小于30MPa时，直接在井筒模拟装置的观察机构中通过观察而确定油水两相流体的流动型态；当油水两相流体所处环境的压力大于30MPa时，通过井筒模拟装置的电阻探针来测量油水两相流体的电阻率，并根据电阻率来确定油水两相流体的流动型态。上述观察机构包括由蓝宝石玻璃材质制造而成的观察管或观察釜，但观察机构的无法耐高压，现有技术中有蓝宝石材质制成的观察机构一般耐压只能达到40MPa。因此，当油水两相流体所处环境的压力大于30MPa时，无法再将油水两相流体引入观察机构中，而此时，将通过电阻探针来测量油水两相流体的电阻率，以最终判定出流动形态。电阻率仪的油水两相流体的电阻率的原理是：电阻率仪发出一个定值电流，电流通过电阻后，通过电阻探针测量电阻两端的电压值，通过电压值的大小来反应电阻值的大小。通常情况下，水的导电率大大高于油的导电率，在测量过程中，随着电阻探针的正、负两极被水相接通或被油相隔开，电路会输出低电位或高电位信号，将电位折算为电阻值，在图中以时间为横坐标，电阻值为纵坐标，画出时间-电阻图。不同流动型态的油水两相流体会得到波动情况和峰值均完全不同的时间-电阻图。一般情况下，随着持水率的增加，电阻值波动的峰值会随之增高，此外，电阻值的周期性变化规律也是判断流动型态的一个指标。通过电阻率判断油水两相流体的流动型态的方法是本领域技术人员所熟知的，为节约篇幅，在此不再详述。

在本实施例中，在步骤3中，为了更好地区别出各个流动型态，以直观地表征出油水两相流体的流动型态，在流速-持水率的图版上使用不同颜色和/或不同形状的图案来区别标示不同的流动型态，并在相邻的两个流动型态的交界处画出边界线，以标示出油水两相流体的流动型态边界。通过使用这样的方法绘制出流速-持水率的图版，能够准确地表征出油水两相流体的流动形态，使得研究人员可以通过该图版直接总结出油水两相流体的流动规律，有利于提高研究人员的研究效率。另外，为了进一步提高绘图效率，可以使用Origin绘图软件来流速-持水率的图版的绘制。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种表征油水两相流体的流动型态的方法，其特征在于，用于垂直井筒，包括以下步骤：

步骤2、在同一所述子温度和压力条件下，同时以油水两相流体的流速和持水率作为自变量对油水两相流体的流动型态进行测量，以得到油水两相流体在不同流速和不同持水率条件下对应的流动型态；

步骤3、在同一所述子温度和压力条件下，绘制用于表征所述油水两相流体的流动型态的流速-持水率的图版，以确定油水两相流体的流动型态边界；

其中，在所述步骤1中，所述特定温度和压力条件中温度的范围是30～130℃，压力的范围是0～70MPa。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子温度和压力条件包括：当温度为30℃时，压力为0.1Mpa；当温度为90℃时，压力为0.1Mpa；当温度为130℃时，压力为0.1Mpa；当温度为130℃时，压力为10Mpa；当温度为130℃时，压力为20Mpa；当温度为130℃时，压力为30Mpa。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，通过井筒模拟装置来进行油水两相流体在井筒中流动的模拟实验，以对油水两相流体的流动型态进行测量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述模拟实验中，所述油水两相流体中的水为自来水，所述油水两相流体中的油液为环烷油或塔河原油。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述模拟实验中，先在水中混入亚甲基蓝，再将含有所述亚甲基蓝的水逐步与油液混合，以形成油水两相流体，并同时改变所述油水两相流体的持水率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述油水两相流体的流速的变化范围为0.01～0.15m/s，而其持水率的变化范围为10％～90％。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述油水两相流体每流动100m，则其所处环境的压力降低0.85-1.2Mpa，且其所处环境的温度降低2.0-3.5℃。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述模拟实验中，当所述油水两相流体所处环境的压力小于30MPa时，直接在所述井筒模拟装置的观察机构中通过观察而确定所述油水两相流体的流动型态；当所述油水两相流体所处环境的压力大于30MPa时，通过所述井筒模拟装置的电阻探针来测量所述油水两相流体的电阻率，并根据所述电阻率来确定所述油水两相流体的流动型态。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，在所述流速-持水率的图版上使用不同颜色和/或不同形状的图案来区别标示不同的所述流动型态，并在相邻的两个所述流动型态的交界处画出边界线，以标示出所述油水两相流体的流动型态边界。