CN112901141A - 一种特高含水水平油水两相流平均流速测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油工程技术领域，具体涉及一种特高含水水平油水两相流平均流速测量方法，包括以下步骤：1、确定脉冲热源加热器最优形状、最优材料，确定脉冲热源加热器最低加热放电电压，降低功耗从而增强测量时间；2、采集特高含水油水两相流流体的温度信号，计算特高含含水油水两相流流经不同热敏探测器之间的度越时间；3、建立特高含水油水两相流的平均流速v的计算模型。特高含水油水两相流流速测量装置主要有脉冲热源、光纤光栅背景温度探测器、光纤光栅温度探测器对、测量电路构成；不仅可提高油水两相流流速测量精度，而且可提高仪器测量时长。
Description
技术领域：
本发明属于石油工程技术领域，具体涉及一种特高含水水平油水两相流平均流速测量方法。
背景技术：
油田进入开发后期，产液呈现高含水、低流速的特点，当含水率大于90％时，油田开发就已经进入了特高含水开发期，此时往往采用水平井、化学驱和小井筒等方法提高采收率。这些新技术的应用一方面提高采收率，另一方面也给生产测井带来了难题。采用水平井和化学驱等方法致使产液粘度增强、出砂现象严重，致使常用的流速测量方法失效或误差大。
平均流速是油井生产必须提供的一个参数，它的测量精度直接决定了与油田生产相关的注水和调刨参数。目前由于特高含水井产液粘度增强、出砂现象严重，致使目前的流速测量方法失效或者测量精度低。为此，常采用热示踪法来测量流速，但是由于水平筒内油水呈现分层流动、油水分布不均、流速上下不同等特点，致使现有的热示踪测量水平井小井筒流速时误差很大，无法满足油田现场计量需求，并且现有的热示踪测量法仪器由于功耗过大测量时间很短。
发明内容：
本发明的目的是提供一种特高含水水平油水两相流平均流速测量方法，该方法能解决特高含水水平井由于产液粘度增强、出砂现象严重导致的常用测井方法失效、测量精度低和测量时间短的问题，为特高含水油井生产提供可靠的流速测量方法。
本发明采用的技术方案为：
特高含水油水两相流流速测量装置包括脉冲热源加热器、光纤光栅背景温度探测器、光纤光栅温度探测器和测量电路；所述脉冲热源加热器、光纤光栅背景温度探测器、光纤光栅温度探测器和测量电路依次设置；光纤光栅背景温度探测器安装在测量装置的入口，用来探测没加热前的油水两相流流体温度；脉冲热源加热器的热源形状为长方体，其材料为金；光纤光栅温度探测器对由两个光纤光栅温度探测器阵列构成，每个光纤光栅温度探测器阵列由径向间隔
轴向间隔L的n个光纤光栅温度探测器对构成，相同纵向高度位置上的光纤光栅温度探测器为一对，其中D为管道直径，n为每个光纤光栅温度探测器阵列包含光纤光栅温度探测器的对数。
一种特高含水水平油水两相流平均流速测量方法，所述测量方法包括以下步骤：
步骤一：确定脉冲热源加热器最优形状、最优材料，确定特高含水油水两相流流速测量装置的脉冲热源加热器最低加热放电电压U1，降低功耗从而增强测量时间；
光纤光栅背景温度探测器用来探测初始流体的背景温度以便确立脉冲热源的最低放电电压，脉冲热源加热器功率应满足下式：
Q＝PΔt≥c(ρπR2l)(T1-T0)
其中，Q为加热量，P为加热功率，Δt为加热时间，c为油水混合比热容，ρ为油水混合密度，R为井筒内半径，l为加热器距离探测器的距离，T1和T0分别为加热后流体温度和流体的初始温度；
脉冲热源加热器的放电功率计算方法如下：
其中，C为脉冲热源加热器的电容值，U1为放电前电容器的电压值，U2为放电后电容器的电压值，由脉冲热源加热器功率应满足的条件和脉冲热源加热器的放电功率计算方法可得U1的表达式式如下：
步骤二：采集特高含水油水两相流流体的温度信号，计算特高含含水油水两相流流经不同热敏探测器之间的度越时间；
度越时间的计算方法为：
第j对光纤光栅温度探测器的第一个探测器探测到的温度信号记为Sj1，j为光纤光栅温度探测器的序号，j＝1,2,3,…,n；第j对光纤光栅温度探测器的第二个探测器探测到的温度信号记为Sj2；Sj1和Sj2是同一热源产生的信号，故其是相关的，即Sj1和Sj2满足下式：
Sj1(t)＝Sj2[t+τj]
式中，t是时间，τj是流体流过第j对光纤光栅温度探测器第一个探测器与第二个探测器的度越时间；
步骤三：建立特高含水油水两相流的平均流速
的计算模型；
特高含水油水两相流的平均流速
的计算方法如下：
在特高含水水平井中，处于不同管道位置处的流体流动的速度不同，且不同位置处的流体对平均速度的贡献率也不相同，平均流速
的计算模型如下：
式中，vj为第j对光栅温度探测器测量获得的速度，γj为第j对光栅温度探测器所获流速对平均速度的贡献率；
vj的计算方法如下：
γj的可通过灰关联分析的方法获得，具体方法如下：
设z次用来标定的油水两相流流速平均流速X0＝[x0(1),x0(2),…,x0(k),…，x0(z)]已知，其中x0(k)是油水两相流第k次平均标定流速，在此条件下第j对光栅温度探测器测量获得的标定速度Vj的表达式为Xj＝[xj(1),xj(2),…,xj(k),…,xj(z)]，其中xj(k)是第j对光栅温度探测器测量获得的第k次标定速度，γj的表达式如下：
式中，ξ为X0和Xj的分辨系数，
表示第X0与Xj邓氏距离的最小值，
表示第X0与Xj邓氏距离的最大值。
本发明的有益效果：提供了一种特高含水水平油水两相流平均流速测量方法，该方法能解决特高含水水平井由于产液粘度增强、出砂现象严重导致的常用测井方法失效、测量精度低和测量时间短的问题，为特高含水油井生产提供可靠的流速测量方法。其主要优点如下：
(1)、为克服以往热示踪传感器功率过高导致的可用时长短的问题，提出了脉冲热源的最佳放电电压，实现了低功耗热示踪流速测量法；
(2)、为避免平均速度测量不准确问题，采用灰关联系数表征水平管道处不同位置对平均流速的贡献，提高了平均流速的测量精度。
附图说明：
图1是实施例一中本发明与现有方法可用时间误差差值，图中结果为现有方法减掉本发明方法所获结果；
图2是实施例二中本发明与现有仪器误差差值，图中方法为现有方法减去本发明方法所获结果；
图3实施例二的结构示意图；
图4是实施例二中热源相同面积不同形状下流体温度；
图5是实施例二中热源相同面积相同形状不同材料下的流体温度；
具体实施方式：
实施例一
参照图1和图2，一种特高含水水平油水两相流平均流速测量方法，所述测量方法包括以下步骤：
步骤一：确定脉冲热源加热器最优形状、最优材料，确定特高含水油水两相流流速测量装置的脉冲热源加热器最低加热放电电压U1，降低功耗从而增强测量时间；
光纤光栅背景温度探测器用来探测初始流体的背景温度以便确立脉冲热源的最低放电电压，脉冲热源加热器功率应满足下式：
Q＝PΔt≥c(ρπR2l)(T1-T0)
其中，Q为加热量，P为加热功率，Δt为加热时间，c为油水混合比热容，ρ为油水混合密度，R为井筒内半径，l为加热器距离探测器的距离，T1和T0分别为加热后流体温度和流体的初始温度；
脉冲热源加热器的放电功率计算方法如下：
其中，C为脉冲热源加热器的电容值，U1为放电前电容器的电压值，U2为放电后电容器的电压值，由脉冲热源加热器功率应满足的条件和脉冲热源加热器的放电功率计算方法可得U1的表达式式如下：
步骤二：采集特高含水油水两相流流体的温度信号，计算特高含含水油水两相流流经不同热敏探测器之间的度越时间；
度越时间的计算方法为：
第j对光纤光栅温度探测器的第一个探测器探测到的温度信号记为Sj1，j为光纤光栅温度探测器的序号，j＝1,2,3,…,n；第j对光纤光栅温度探测器的第二个探测器探测到的温度信号记为Sj2；Sj1和Sj2是同一热源产生的信号，故其是相关的，即Sj1和Sj2满足下式：
Sj1(t)＝Sj2[t+τj]
式中，t是时间，τj是流体流过第j对光纤光栅温度探测器第一个探测器与第二个探测器的度越时间；
步骤三：建立特高含水油水两相流的平均流速
的计算模型；
特高含水油水两相流的平均流速
的计算方法如下：
在特高含水水平井中，处于不同管道位置处的流体流动的速度不同，且不同位置处的流体对平均速度的贡献率也不相同，平均流速
的计算模型如下：
式中，vj为第j对光栅温度探测器测量获得的速度，γj为第j对光栅温度探测器所获流速对平均速度的贡献率；
vj的计算方法如下：
γj的可通过灰关联分析的方法获得，具体方法如下：
设z次用来标定的油水两相流流速平均流速X0＝[x0(1),x0(2),…,x0(k),…，x0(z)]已知，其中x0(k)是油水两相流第k次平均标定流速，在此条件下第j对光栅温度探测器测量获得的标定速度Vj的表达式为Xj＝[xj(1),xj(2),…,xj(k),…,xj(z)]，其中xj(k)是第j对光栅温度探测器测量获得的第k次标定速度，γj的表达式如下：
式中，ξ为X0和Xj的分辨系数，
表示第X0与Xj邓氏距离的最小值，
表示第X0与Xj邓氏距离的最大值。
在相同的充电时长下进行测量实验，实验结果如图1所示，得出本方法可用时间均高于现有方法，且最长时长达11分钟，采用本发明进行平均流速测量，本发明平均流速精度均高于现有方法，流量越高，本发明与现有对比精度越高。
实施例二
如图3所示，特高含水油水两相流流速测量装置包括脉冲热源加热器1、光纤光栅背景温度探测器2、光纤光栅温度探测器3和测量电路4；所述脉冲热源加热器1、光纤光栅背景温度探测器2、光纤光栅温度探测器3和测量电路4依次设置；所述光纤光栅背景温度探测器2安装在测量装置的入口，用来探测没加热前的油水两相流流体温度；所述脉冲热源加热器1的热源形状为长方体，其材料为金；所述光纤光栅温度探测器3对由两个光纤光栅温度探测器阵列构成，每个光纤光栅温度探测器阵列由径向间隔
轴向间隔L的n个光纤光栅温度探测器对构成，相同纵向高度位置上的光纤光栅温度探测器为一对，其中D为管道直径，n为每个光纤光栅温度探测器阵列包含光纤光栅温度探测器的对数。
如图4和图5所示，热示踪热源的最优形状、最优材料的确定软件辅助设计的方法获得的，在表面积均为3cm2下，考察长方体热源、圆柱形热源和三棱柱形热源的散热效果，发现长方体热源散热效果最好，故热源形状选长方体。在相同加热功率和最优热源形状条件下，考察铜、铝、金、镍4种材质的散热效果，发现金散热效果最好。
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 (5)
1.一种特高含水水平油水两相流平均流速测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：
步骤一：确定特高含水油水两相流流速测量装置的脉冲热源加热器最低加热放电电压U1；
脉冲热源加热器功率应满足下式：
Q＝PΔt≥c(ρπR2l)(T1-T0)
其中，Q为加热量，P为加热功率，Δt为加热时间，c为油水混合比热容，ρ为油水混合密度，R为井筒内半径，l为加热器距离探测器的距离，T1和T0分别为加热后流体温度和流体的初始温度；
脉冲热源加热器的放电功率计算方法如下：
其中，C为脉冲热源加热器的电容值，U1为放电前电容器的电压值，U2为放电后电容器的电压值，由脉冲热源加热器功率应满足的条件和脉冲热源加热器的放电功率计算方法可得U1的表达式式如下：
步骤二：采集特高含水油水两相流流体的温度信号，计算特高含含水油水两相流流经不同热敏探测器之间的度越时间；
度越时间的计算方法为：
第j对光纤光栅温度探测器的第一个探测器探测到的温度信号记为Sj1，j为光纤光栅温度探测器的序号，j＝1,2,3,…,n；第j对光纤光栅温度探测器的第二个探测器探测到的温度信号记为Sj2；Sj1和Sj2是同一热源产生的信号，即Sj1和Sj2满足下式：
Sj1(t)＝Sj2[t+τj]
式中，t是时间，τj是流体流过第j对光纤光栅温度探测器第一个探测器与第二个探测器的度越时间；
步骤三：建立特高含水油水两相流的平均流速
的计算模型；
特高含水油水两相流的平均流速
的计算方法如下：
在特高含水水平井中，处于不同管道位置处的流体流动的速度不同，且不同位置处的流体对平均速度的贡献率也不相同，平均流速
的计算模型如下：
式中，vj为第j对光栅温度探测器测量获得的速度，γj为第j对光栅温度探测器所获流速对平均速度的贡献率；
vj的计算方法如下：
γj的可通过灰关联分析的方法获得，具体方法如下：
设z次用来标定的油水两相流流速平均流速X0＝[x0(1),x0(2),…,x0(k),…，x0(z)]已知，其中x0(k)是油水两相流第k次平均标定流速，在此条件下第j对光栅温度探测器测量获得的标定速度Vj的表达式为Xj＝[xj(1),xj(2),…,xj(k),…,xj(z)]，其中xj(k)是第j对光栅温度探测器测量获得的第k次标定速度，γj的表达式如下：
式中，ξ为X0和Xj的分辨系数，
表示第X0与Xj邓氏距离的最小值，
表示第X0与Xj邓氏距离的最大值。
2.根据权利要1所述的一种特高含水水平油水两相流平均流速测量方法，其特征在于：所述特高含水油水两相流流速测量装置包括脉冲热源加热器(1)、光纤光栅背景温度探测器(2)、光纤光栅温度探测器(3)和测量电路(4)；所述脉冲热源加热器(1)、光纤光栅背景温度探测器(2)、光纤光栅温度探测器(3)和测量电路(4)依次设置。
3.根据权利要2所述的一种特高含水水平油水两相流平均流速测量方法，其特征在于：所述光纤光栅背景温度探测器(2)安装在测量装置的入口，用来探测没加热前的油水两相流流体温度。
4.根据权利要2所述的一种特高含水水平油水两相流平均流速测量方法，其特征在于：所述脉冲热源加热器(1)的热源形状为长方体，其材料为金。
5.根据权利要2所述的一种特高含水水平油水两相流平均流速测量方法，其特征在于：所述光纤光栅温度探测器(3)对由两个光纤光栅温度探测器阵列构成，每个光纤光栅温度探测器阵列由径向间隔
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| AD01 | Patent right deemed abandoned | ||
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Effective date of abandoning: 20220506 |