分层采油超声波时差法井下流量测量技术研究--中国期刊网

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分层采油超声波时差法井下流量测量技术研究

发表时间：2021/5/25 来源：《基层建设》2021年第2期作者：路鑫陈春香

[导读] 摘要：我国在复杂条件下测量油藏含油量的技术还不完善，所以在开采时会存在流体的倒灌现象，导致了最终测试结果不准确。

        天津市大港油田公司第二采油厂
        摘要：我国在复杂条件下测量油藏含油量的技术还不完善，所以在开采时会存在流体的倒灌现象，导致了最终测试结果不准确。多层系合采时压力变大，导致出现短期施工会发生砂埋油层和层间砂桥的问题，此时会出现高压水层对低压潜力层进行压制，大量地层砂进泵桶等现象，甚至加剧套管的损坏并且导致部分潜力层被水淹，危害巨大。而为了避开上述问题转而去单独开采某一潜力层，存在浪费其他潜力层资源，耗费时间金钱和效率低下的问题。为了符合我国的开发现状，在多层系层间差异大的情况下，准确找出潜力层和高含水层就显得非常重要。分层开采技术可以实施多层系挖潜，不但提高了挖掘剩余潜力层的技术，而且解决了单层油藏开采产液量小的问题。因此多层系油井分层开采过程中的流量测量技术对于准确找出潜力层有着指导性意义。
        关键词：分层采油；超声波；流量测量
        引言
        在石油工业中，只要是存在流体流动的地方就需要对流体进行测量。随着工业化社会的发展，流量计的演变与发展和电子流量计的应运而生对工业发展起着关键作用。油井开采不论是气液混合流体还是油水混合流体甚至于流体中包含固体颗粒，其成分大都为多相共存，传统的计量分离器是将多相原油分离成单相后，采用单相流量计进行测量，随着技术的快速更迭，多相流量计的出现完全替代了单相流量计，因此，多相流量计逐渐取代了传统计量分离器而被广泛应用到油藏计量工作中。
        1 多相流传感器结构
        1.1 平行式传感器结构
        传感器的安装方式分为对角式和平行式。平行式结构是在管道的横截面安装一对传感器，如果传感器不仅一对，那就在不同弦长处分别安装，这样安装方便传感器测量管道内不同流层的流速，也可以根据流速分布情况对传感器的安装进行调整。也可通过仿真软件模拟管内流动情况，得到管内的流动分布规律，进而确定传感器的安装位置。
        1.2 对角式传感器结构
        多声道对角式传感器的结构，从管道的正面来看，声道是互相交叉的，为了保证每对传感器的所测声道长度相等，选取的三个声道之间的夹角为60度，四个声道之间的夹角为45度。这样取的好处是可以确保不同声道之间存在一定的测量距离，同时可以对不同管道位置的流速进行测量。最终对每个声道所测得的流体流量取平均值就可得到所求流量。
        对角式传感器适用于状态复杂的混合流体，每对传感器在管道的位置虽然不同，但是经过精确的计量，确保每对传感器的声道长度相等，因此影响测量结果的只有管内的流体流型，取权重系数为1，将管道内的流体流速取平均值再结合流通面积就可以得到混合流体流量。
        2 管径尺寸对流动特性的影响
        不同管径大小的情况下管道内流体流动速度相似，结论说明管道内径大小对管道内流体速度影响不大。但是经过分析可知，管道内径变大的情况下分层现象更明显。

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所以在今后的实验中，流体状态越复杂越应该选择大管径，同时应选择多声道传感器来测量，可以考虑到多相情况的分层状态，需要多声道传感器来提高测量的精度和准确度。
        3 温度对介电常数的影响
        在分层采油工业背景中，油水的比例不同会产生不同的混合物。介电常数是描述分子极化后的分布情况，分子运动会对温度产生影响，所以在实际中，随着温度升高分子在介质中的无序性增高，这就导致了分子无序性运动变强，极化能力变弱，介电常数减小。由于油的介电常数为常量，不随温度的增高而变化。当水的介电常数随温度升高分子产生无序性变化影响到超声波传感器的测量时，无论影响大小都应该对这种情况加以讨论。温度升高水的介电常数减小，已知油的介电常数不变，油水混合物的介电常数会变小，此时会产生油产量增加的假象，导致造成测量结果偏离实际，测量值低于实际值。解决的方法之一就是在做软件仿真时对传感器的测量选择油水混合介电常数校正，在实际应用要考虑到温度变化，声速随之改变，由声速计算的流量就需要进行温度校正，使误差尽量减少。
        4 研究展望
        由于在分层采油高含水后期工业背景，设计了超声波流量测量装置，考虑到高含水后期在油田中的大趋势，应该想办法提高高含水油田产量，由于本人能力有限，整套超声波流量测量系统仍有很多可以改进的地方，比如说：
        （1）本装置的超声波穿透介质为油水混合体，从接下来油井开发发展来看，油水混合物里的油含量会逐渐变小，水含量会逐渐增加，甚至有可能还会出现更多的杂质，在这样的情况下，需要考虑提高超声波传感器的性能，应该往提高接收信号和发射信号的输出方面考虑，可以考虑通过提高电路的放大倍数来解决，在工艺方面应该提高所选材质的抗干扰性。
        （2）时间差模块的芯片，除了本系统用到的时间差功能之外，还有很多未开发的模块功能，比如使用温度来测量油井密度，使用红外来测量含水量，后期可以考虑在此功能模块中继续探索。
        （3）现在使用的是下位机在井下获取数据，存入FLASH中，当取出下位机回到地面之后，再利用上位机读取FLASH中的数据，通过读取到的数据显示在图形界面中绘制图像。可以考虑在此阶段提高效率。保证实时性和快捷性的同时还要考虑测试过程的准确和数据的正常传输，是一个与时俱进的发展方向。
        5 结束语
        管内的流体大都为湍流，对管内流体流型进行了模型建立，定义了边界条件之后进行网格划分，选择合适的两相流模型进行数值计算，管道内流体水油含量和管径尺寸流量测量的影响分析，最后针对流体的仿真结果给出结论水的含量越大流体流速越大，管径对流速的影响不大但是要考虑实际生产，此仿真结论为分层采油时差法井下流量测量系统奠定了基础。
        参考文献：
        [1]党晓丽,张正平,陈学辉.机械分层采油技术研究[J].中国石油和化工标准与质量,2019(12).
        [2]段吉彬.采油工程技术的发展与展望[J].石化技术,2018,25(3):63-63.