CN112098477B - 不受温度影响的高含水油水两相流持水率电容测量法 - Google Patents

不受温度影响的高含水油水两相流持水率电容测量法 Download PDF

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Abstract

本发明属于石油工程与测量技术领域，具体涉及一种不受温度影响的高含水油水两相流持水率电容测量法，包括以下步骤：1、依据高含水油水两相流特点，确定电容传感器结构，建立电容传感器数学模型；2、测量不同温度条件下高含水油水两相流的矿化度值，构建电容的温度修正因子；3、测量油水两相流温度，引入温度修正因子，构建不受温度影响的电容传感器模型以消除温度对其影响；4、对构建的不受温度影响的电容传感器进行持率‑电容标定，确定电容值与持水率之间的关系。将温度因子引入电容法油水持率测量中，克服电容法测量持率易受温度影响的缺点，为油田生产提供可靠准确的持率测量数据。

Description

不受温度影响的高含水油水两相流持水率电容测量法
技术领域：
本发明属于石油工程与测量技术领域，具体涉及一种不受温度影响的高含水油水两相流持水率电容测量法。
背景技术：
在原油开采过程中，储油量减小，导致了油井压力持续减小，为了有效地解决这一问题，采取了注水采油法，对待采油井高压注水，达到增压的目的，使油井开采更加容易。如果采取注水采油的方法，会导致后期开采出来的原油处于高含水状态。持水率是分析油井产量、优化集输工艺的重要参数，持水率测量在油田生产过程中具有重要意义。
电容法是测量持水率的一种有效的方法，也是持水率测量应用最广泛的方法。电容法测量油水持率的原理为持水率与油水介电常数成正比。油水介电常数与油水两相流矿化度成正比，也就是与油水介质中的游离态粒子浓度相关。但在游离态粒子浓度相同的条件下，不同温度下的矿化度也不相同，这就造成了介电常数不同，也就造成了电容值的不同，导致持水率测量误差，这在高含水油水两相流中尤为明显。
发明内容：
本发明的目的是为了解决电容法测量油水两相流持水率测量过程中，持水率测量受温度影响的问题，提供一种不受温度影响的高含水油水两相流持水率电容测量法；将温度因子引入电容法油水持率测量中，克服了温度对持率测量的影响，提高油水两相流持率测量精度。
本发明采用的技术方案为：一种不受温度影响的高含水油水两相流持水率电容测量法，所述测量法包括以下步骤：
步骤一：依据高含水油水两相流特点，确定电容传感器结构，建立电容传感器数学模型；
选用多层筒式电容传感器模型，其选取方法如下：
高含水油水两相流呈现出水包油流型，致使油泡稀少，为最大程度的统计全部油泡，采用多层筒式电容传感器结构和对数等效介电常数电容传感器数学模型，多层筒式电容传感器模型的数学表达式C如下：
Figure GDA0002955498290000021
式中，ε0为真空绝对介电常数，εm为油水两相流等效相对介电常数，L为电容传感器电极板长度，n为极板个数，k为圆筒电极板序号数，Ck为第k个极板形成的电容，r(k+1)为第(k+1)个圆筒电极板的内半径，rk为第k个圆筒电极的外半径，k＝1,2,3,...,n-1；
当极板厚度比较小时，极板内径和外径的值近似相等，多层筒式电容传感器的电容值C表达式如下式:
Figure GDA0002955498290000022
式中，d为极板之间的间隙，r0为内电极板半径
步骤二：测量不同温度条件下高含水油水两相流的矿化度值，构建电容的温度修正因子；
温度修正因子如下：
电容传感器的温度修正因子g(T)mar对温度的修正表达式如下：
Figure GDA0002955498290000031
式中，T为温度值，mar为矿化度值，
Figure GDA0002955498290000032
为温度为T、矿化度为mar时下油水两相流的介电常数，
Figure GDA0002955498290000033
为温度为25度、矿化度为mar时下油水两相流的介电常数；
在高含水油水两相流中矿化度受粒子运动影响，其规律符合热布朗运动，即g(T)mar符合以下规律：
Figure GDA0002955498290000038
式中，Amar为矿化度为mar时热线性系数，Bmar为矿化度为mar时热指数系数，e为自然指数；
由
Figure GDA0002955498290000034
和
Figure GDA0002955498290000039
可知：
Figure GDA0002955498290000035
Figure GDA0002955498290000036
为测量值，T已知，
Figure GDA0002955498290000037
为超定方程，采用超定方程解法可以求得Amar和Bmar；
步骤三：测量油水两相流温度，引入温度修正因子，构建不受温度影响的电容传感器模型以消除温度对其影响；
不受温度影响的电容模型构建方法如下：
由多层筒式电容传感器的电容值
Figure GDA0002955498290000041
和
Figure GDA0002955498290000042
可建立如下的不受温度影响电容模型：
Figure GDA0002955498290000043
式中，Ccon为消除温度影响后的电容值；
温度的获取方法如下：
在管道上游和下游分别安装了温度传感器，温度值T的表达式如下：
Figure GDA0002955498290000044
式中，Tup和Tdown分别为上下游温度传感器测得的温度值；
步骤四：对构建的不受温度影响的电容传感器进行持率-电容标定，确定电容值与持水率之间的关系；
持率-电容的标定方法如下：
在高含水油水两相流中，持水率与电容值之间呈现近似线性关系，即持水率ξ与消除温度影响后的电容值Ccon之间满足如下关系：
Figure GDA0002955498290000051
式中，α电容与持水率转换比例系数，β是电容与持水率转换截距，α和β可通过标定获得。
本发明的有益效果：提供了一种不受温度影响的高含水油水两相流持水率电容测量法；将温度因子引入电容法油水持率测量中，克服电容法测量持率易受温度影响的缺点，为油田生产提供可靠准确的持率测量数据。
附图说明：
图1为实施例一中油水两相流中水相介电常数与温度之间的关系曲线；
图2为实施例一中测量方法示意图；
图3为实施例一中测量精度与现有方法精度对比图；
图4为实施例一中不同温度、不同持率下本专利测量持水率相对误差图。
具体实施方式：
实施例一
如图1-4所示，一种不受温度影响的高含水油水两相流持水率电容测量法，所述测量法包括以下步骤：
步骤一：依据高含水油水两相流特点，确定电容传感器结构，建立电容传感器数学模型；
选用多层筒式电容传感器模型，其选取方法如下：
高含水油水两相流呈现出水包油流型，致使油泡极其稀少，为尽可能的统计全部油泡，故采用多层筒式电容传感器结构和对数等效介电常数电容传感器数学模型，其多层筒式电容传感器模型的数学表达式C如下：
Figure GDA0002955498290000061
式中，ε0为真空绝对介电常数，εm为油水两相流等效相对介电常数，L为电容传感器电极板长度，n为极板个数，k为圆筒电极板序号数，Ck为第k个极板形成的电容，r(k+1)为第(k+1)个圆筒电极板的内半径，rk为第k个圆筒电极的外半径，k＝1，2，3，..，n-1；
由极限定义可知，当极板厚度比较小时，极板内径和外径的值近似相等，多层筒式电容传感器的电容值C表达式如下式：
Figure GDA0002955498290000062
式中，d为极板之间的间隙，r0为内电极板半径
步骤二：测量不同温度条件下高含水油水两相流的矿化度值，构建电容的温度修正因子；
温度修正因子如下：
油属于非极性介质，比较稳定，油相的介电常数大约在2.5左右，且浓度很低，故不考虑其介电常数变化。水属于强极性介质，其矿化度容易受温度影响，故油水两相流介电常数也会变化。特高含水期油田水的矿化度值为5000-30000ppm，从5000ppm为矿化度起始值，以1ppm为步进，以25度为起始温度，以0.1度为步进测量不同温度不同矿化度下油水两相流的介电常数
Figure GDA00029554982900000710
构建电容传感器的温度修正因子g(T)mar；
电容传感器的温度修正因子g(T)mar对温度的修正表达式如下：
Figure GDA0002955498290000078
式中，T为温度值，mar为矿化度值，
Figure GDA0002955498290000071
为温度为T、矿化度为mar时下油水两相流的介电常数，
Figure GDA0002955498290000072
为温度为25度、矿化度为mar时下油水两相流的介电常数；
在高含水油水两相流中矿化度受粒子运动影响，其规律符合热布朗运动，即g(T)mar符合以下规律：
Figure GDA0002955498290000079
式中，Amar为矿化度为mar时热线性系数，Bmar为矿化度为mar时热指数系数，e为自然指数；
由
Figure GDA0002955498290000073
和
Figure GDA0002955498290000074
可知：
Figure GDA0002955498290000075
Figure GDA0002955498290000076
为测量值，T已知，
Figure GDA0002955498290000077
为超定方程，采用超定方程解法可以求得Amar和Bmar；
步骤三：测量油水两相流温度，引入温度修正因子，构建不受温度影响的电容传感器模型以消除温度对其影响；
不受温度影响的电容模型构建方法如下：
由多层筒式电容传感器的电容值
Figure GDA0002955498290000081
和
Figure GDA0002955498290000082
可建立如下的不受温度影响电容模型：
Figure GDA0002955498290000083
式中，Ccon为消除温度影响后的电容值；
温度的获取方法如下：
由于温度对水的介电常数影响较大，所以电容式原油含水率传感器一般都同时检测油水两相流的温度，以对含水率测量进行温度补偿。现有的电容式原油含水率传感器虽然采取了温度补偿措施，但其温度传感器一般安装在上游管道、或下游管道中，因此所得原油温度存在一定的提前或滞后现象，难以反映油水两相流的真实温度。为降低温度测量误差，准确反映油水两相流温度，本测量法在管道上游和下游分别安装了温度传感器，温度值T的表达式如下：
Figure GDA0002955498290000084
式中，Tup和Tdown分别为上下游温度传感器测得的温度值；
步骤四：对构建的不受温度影响的电容传感器进行持率-电容标定，确定电容值与持水率之间的关系；
持率-电容的标定方法如下：
在高含水油水两相流中，持水率与电容值之间呈现近似线性关系，即持水率ξ与消除温度影响后的电容值Ccon之间满足如下关系：
Figure GDA0002955498290000091
式中，α电容与持水率转换比例系数，β是电容与持水率转换截距，α和β可通过标定获得。
如图2采用本方案测量持水率为96％的高含水油水两相流的持率。温度T从25度到150度变化、步进为5度，现有技术测量结果与本方案测量结果分别如图3，由图3可知，现有技术测量持水率最大误差为12％，平均误差为8％；本方案测量持水率最大误差为2.8％，平均误差为2.6％，故本方案测量精度高于现有技术测量精度。
采用本申请的方法对持水率为97％、98％和99％的油水两相流，温度T从25度到150度变化、步进为5度进行测量，测量误差如图4所示。由图4可知，本方案测量持率最大误差为2.8％，平均误差为2.5％，计算所得重复性为0.05，小于10％，故本方案的方法稳定。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明只局限于上述具体实施。在不脱离本发明整体思路和权利要求所保护的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种不受温度影响的高含水油水两相流持水率电容测量法，其特征在于：所述测量法包括以下步骤：
步骤一：依据高含水油水两相流特点，确定电容传感器结构，建立电容传感器数学模型；
选用多层筒式电容传感器模型，其选取方法如下：
高含水油水两相流呈现出水包油流型，致使油泡稀少，为最大程度的统计全部油泡，采用多层筒式电容传感器结构和对数等效介电常数电容传感器数学模型，多层筒式电容传感器模型的数学表达式C如下：
Figure FDA0002955498280000011
式中，ε0为真空绝对介电常数，εm为油水两相流等效相对介电常数，L为电容传感器电极板长度，n为极板个数，k为圆筒电极板序号数，Ck为第k个极板形成的电容，r(k+1)为第(k+1)个圆筒电极板的内半径，rk为第k个圆筒电极的外半径，k＝1,2,3,...,n-1；
当极板厚度比较小时，极板内径和外径的值近似相等，多层筒式电容传感器的电容值C表达式如下式:
Figure FDA0002955498280000012
式中，d为极板之间的间隙，r0为内电极板半径
步骤二：测量不同温度条件下高含水油水两相流的矿化度值，构建电容的温度修正因子；
温度修正因子如下：
电容传感器的温度修正因子g(T)mar对温度的修正表达式如下：
Figure FDA0002955498280000021
式中，T为温度值，mar为矿化度值，
Figure FDA0002955498280000022
为温度为T、矿化度为mar时下油水两相流的介电常数，
Figure FDA0002955498280000023
为温度为25度、矿化度为mar时下油水两相流的介电常数；
在高含水油水两相流中矿化度受粒子运动影响，其规律符合热布朗运动，即g(T)mar符合以下规律：
Figure FDA0002955498280000024
式中，Amar为矿化度为mar时热线性系数，Bmar为矿化度为mar时热指数系数，e为自然指数；
由
Figure FDA0002955498280000025
和
Figure FDA0002955498280000026
可知：
Figure FDA0002955498280000027
Figure FDA0002955498280000028
为测量值，T已知，
Figure FDA0002955498280000029
为超定方程，采用超定方程解法可以求得Amar和Bmar；
步骤三：测量油水两相流温度，引入温度修正因子，构建不受温度影响的电容传感器模型以消除温度对其影响；
不受温度影响的电容模型构建方法如下：
由多层筒式电容传感器的电容值
Figure FDA0002955498280000031
和
Figure FDA0002955498280000032
可建立如下的不受温度影响电容模型：
Figure FDA0002955498280000033
式中，Ccon为消除温度影响后的电容值；
温度的获取方法如下：
在管道上游和下游分别安装了温度传感器，温度值T的表达式如下：
Figure FDA0002955498280000034
式中，Tup和Tdown分别为上下游温度传感器测得的温度值；
步骤四：对构建的不受温度影响的电容传感器进行持率-电容标定，确定电容值与持水率之间的关系；
持率-电容的标定方法如下：
在高含水油水两相流中，持水率与电容值之间呈现近似线性关系，即持水率ξ与消除温度影响后的电容值Ccon之间满足如下关系：
Figure FDA0002955498280000035
式中，α电容与持水率转换比例系数，β是电容与持水率转换截距，α和β可通过标定获得。
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Patentee after: Dongying Ruigang Pipeline Engineering Co.,Ltd.

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Patentee before: NORTHEAST PETROLEUM University

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