油氣水三相流產(chǎn)出剖面光纖持氣率計(jì)響應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究

第36卷第3期光學(xué)儀器Vol.36,No.32014年6月OPTICALINSTRUMENTSJune,2014文章編號：1005-5630(2014)03-0198-05油氣水三相流產(chǎn)出剖面光纖持氣

率計(jì)響應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究楊韻桐。姜兆宇2,牟海維】，劉興斌2,李英偉3(1.東北石油大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶163318；2.大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司，黑龍江大慶163513；3.燕山大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，河北秦皇島066004)摘要：為進(jìn)一步研究油氣水三相流產(chǎn)出剖面測井中光纖持氣率計(jì)在高含水情況下的響應(yīng)規(guī)律，在大慶油田多相流實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行了動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)油的流量一定，高含水的情況下，氣量在5?10m3/d變化時(shí)測量持氣率值與實(shí)際持氣率值之間誤差變化較大。氣量大于10m3/d時(shí)誤差變化較小，說明該儀器適合測量氣量在10m3/d以上的混合流體。此結(jié)果對光纖持氣率計(jì)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。關(guān)鍵詞：油氣水三相流；光纖持氣率計(jì)；誤差分析中圖分類號：TH814文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.3969/j.issix1005-5630.2014.03.003Experimentalresearchonresponseofprofileloggingoptical

fibergasholdupsensorinoil/gas/waterthree-phaseflowYANGYuntong1,JIANGZhaoyu2,MUHaiwei},LIUXin^bin2,LIYingzvei3(1.CollegeofElectronicScience,NortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,China；Logging&TestingServicesCompanyofDagingOilfieldLimitedCompany.Daqing163513.China;CollegeofInformationScienceandEngineering,YanshanUniversity,Qinhuangdao066004.China)Abstract:Inordertoinvestigatetheresponseoftheopticalfibergasholdupsensorwhenmeasuringoutputprofileloggingwithoil/gas/waterthree-phaseflowunderhighwatercontent,thedynamicexperimentswithmultiphaseflowinDaqingOilfieldareperformed.Theresultsindicatethattheerroroftheopticalfibergasholdupsensorislargewhenthegasflowcontentchangesfrom5?10m3/dunderhighwatercontentwiththeoilfixed.Buttheerrorissmallwhenthegasflowcontentover10m'/d,whichindicatesthatthisinstrumentissuitableformeasuringgasmixedfluidwhenthegasflowcontentisover10m3/d.Theexperimentalresultshaveprovidedmorepowerfulbasistooptimizetheopticalfibergasholdupsensor.Keywords：oil/gas/waterthree-phaseflow；opticalfibergasholdupsensor；erroranalysis引言在油田的開發(fā)過程中，技術(shù)人員需要知道在產(chǎn)液或注水過程中有關(guān)井內(nèi)流體的持性與狀態(tài)的詳細(xì)收稿日期：2014-01-19作者簡介：楊韻桐(1987-),女.碩士，主要從事MATLAB教學(xué)及油氣井測試方面的研究.E-mail：yytjzy@126.com通訊作者：牟海維(1963-),男，教授.主要從事傳感測試技術(shù)和信息處理等方面的研究。E-mail：mhwnuh@163.com圖1光纖探針測■原理Fig.1Opticalfiberprobemeasurement圖1光纖探針測■原理Fig.1Opticalfiberprobemeasurementprinciple1測■原理光纖持氣率計(jì)是基于光在折射率不同的物質(zhì)中（液體、氣體）是否發(fā)生全反射的原理研制而成的⑷，光纖探針測量原理如圖1所示。油的折射率為1.5,水的折射率為1.35,氣的折射率為1⑸，當(dāng)光纖探針處于油水介質(zhì)中時(shí),在光纖探頭處的光不能發(fā)生全反射，檢測裝置檢測到低電平;當(dāng)光纖探針處于氣體中時(shí),在光纖探頭處的光發(fā)生全反射，檢測裝置便可檢測到高電平。因此，隨著油氣水三相流體交替流過光纖探頭，光電轉(zhuǎn)換器就會(huì)輸出隨時(shí)間不斷變化的電壓信號,此信號經(jīng)過單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理后，便可得知光纖探頭處的持氣率。2儀器結(jié)構(gòu)光纖持氣率計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，該裝置自左向右依次由電路簡、出液孔、光纖探針和集流傘等組成錚幻。流體的流動(dòng)方向?yàn)樽杂蚁蜃?，電路筒?nèi)放置持氣率計(jì)的硬件電路部分，出液孔可以排出由集流傘集流的流體，光纖探針傳感器由四探針組成,集流傘可將測量儀器和套管之間的環(huán)形空間封死，迫使大部分流體流經(jīng)光纖傳感器的測量通道后經(jīng)出液口流入套管內(nèi)。圖2圖2光纖持氣率計(jì)結(jié)構(gòu)圖Fig.2Structuraldiagramoffibergashold光纖探針位于測量通道內(nèi)部，集流后的流體會(huì)第一時(shí)間接觸到。在設(shè)計(jì)的過程中注意信號線的走位，以防過多的信號線影響流體的流形流態(tài)，降低實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。3油氣水三相流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析在產(chǎn)出剖面測井工藝中，由于油氣水三相流分相含量的不同，會(huì)導(dǎo)致光纖持氣率計(jì)在對氣相測量時(shí)出現(xiàn)一定程度的誤差。在氣、油含最相對較少的情況下，為了觀察光纖持氣率計(jì)的響應(yīng)規(guī)律，本實(shí)驗(yàn)通過油量固定，在高含水的情況下，將氣體的含量逐漸增大,觀察光纖持氣率計(jì)的測量值與實(shí)際數(shù)值之間的響應(yīng)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)在大慶油田多相流實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行了動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)所用采樣點(diǎn)為:油量固定水量分別在30?50m3/d取了等間距的5個(gè)流量點(diǎn);氣量在5?35m3/d等間距取7個(gè)流量點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中水氣的流量配比如表1所示,再將表1分別與油的流屋為5m3/da0m3/d、20m3/d進(jìn)行配比，測取油氣水三相流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.1油量為5mVd時(shí),不同含水情況下持氣率計(jì)的誤差響應(yīng)規(guī)律圖3(a)為持氣率計(jì)在油量固定為5m3/d時(shí)的理論持氣率曲線圖，圖3(b)為持氣率計(jì)在多相流實(shí)驗(yàn)裝置上所測得的實(shí)際測得持氣率曲線圖。兩幅圖中橫坐標(biāo)均為通入氣量,縱坐標(biāo)為持氣率值。由圖可知,無論是理論持氣率值還是實(shí)驗(yàn)測得的持氣率值均隨氣量的增大而增3.1油量為5mVd時(shí),不同含水情況下持氣率計(jì)的誤差響應(yīng)規(guī)律圖3(a)為持氣率計(jì)在油量固定為5m3/d時(shí)的理論持氣率曲線圖，圖3(b)為持氣率計(jì)在多相流實(shí)驗(yàn)裝置上所測得的實(shí)際測得持氣率曲線圖。兩幅圖中橫坐標(biāo)均為通入氣量,縱坐標(biāo)為持氣率值。由圖可知,無論是理論持氣率值還是實(shí)驗(yàn)測得的持氣率值均隨氣量的增大而增大,并且呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，誤差相對較小。圖3(c)為繪制出的誤差分析曲線圖。從圖中可表1油■固定，水/氣實(shí)驗(yàn)流■配比Tab.1Fixoftheoil,scaledflow配料流量配比成水/氣30/535/540/545/550/5水/,30/1035/1040/1045/1050/10水/氣30/1535/1540/1545/1550/15水/氣30/2035/2040/2045/2050/20水/氣30/2535/2540/2545/2550/25水/氣30/3035/3040/3045/3050/30水/氣30/3535/3540/3545/3550/35testofwater-gasm3?d'1605550454035302520!5105510152025303540氣(a)理論持氣率曲線圖(a)510152025303540氣(a)理論持氣率曲線圖(a)Thetheoryofgasholdupcurve100510152025303540氣(b)測段持氣率曲線圖(b)Measurementofgasholdupcurver~■~LuO050505050505065544332211200-20-40-80—30m，/d水?35mVd水40mVd水45mJ/d水T-50m3/d水2468101214161820222426283032343638

氣量/(m，d，)(c)誤差分析曲線圖(c)Erroranalysisoftilegraph圖3油?5mVd時(shí)持氣率隨含水■變化響應(yīng)曲線Fig.3Curveforgasholdupversuswatercontentundertheoilcontentof5nf/d3.2油■為10m3/d時(shí),不同含水情況下持氣率計(jì)的誤差響應(yīng)規(guī)律圖4(a)為持氣率計(jì)在油量固定為10m，/d時(shí)的理論持氣率曲線圖，圖4(b)為持氣率計(jì)在多相流實(shí)驗(yàn)裝置上所測得的實(shí)際測得持氣率曲線圖。從圖中可以看出，持氣率的曲線走勢同5m3/d時(shí)曲線走勢基本一致。

圖4（c）為油量為10m，/d時(shí)繪制出的誤差分析曲線圖。從圖中可以看出，當(dāng)水流量為30m3/d時(shí)的誤差小于其他流量時(shí)的誤差；當(dāng)氣量小于10n?/d時(shí),隨著氣量的逐漸增加，誤差值逐漸減少到基線。當(dāng)氣量大于10n?"時(shí)，誤差值基本不變，從圖中可以看出，誤差在基線附近一定范圍內(nèi)波動(dòng)，可以說明儀器測量的準(zhǔn)確性。0510152025303540氣量/(m0510152025303540氣量/(m3d-')(a)理論持氣率曲線圖(a)Thetheoryofgasholdupcurve302520%、冊虹乾0510152025303540氣*(??—)(b)測量持氣率曲線圖(b)Measurementofgasholdupcurve3025201510100806040寥20灰。暮-20-40-60-80-1002468101214161820222426283032343638氣(c)誤差分析曲線圖(c)Erroranalysisofthegraph圖4油*10n?/d時(shí)持氣率隨含水■變化響應(yīng)曲線Fig.4Curveforgasholdupversuswatercontentundertheoilcontentof10nf/d3.3油■為20m7d時(shí),不同含水情況下持氣率計(jì)的誤差響應(yīng)規(guī)律圖5為油量為20m3/d時(shí)持氣率隨含水量變化響應(yīng)曲線圖，從圖中可以看出，測得的持氣率同理論的持氣率誤差曲線比流信為5m3/dJ0m3/d時(shí)（在低氣量時(shí)）的誤差小，氣量大于10m3/d后的曲線趨勢基本一致。綜上所述,油氣水三相流環(huán)境下，集流型光纖探針持氣率測井儀測得的實(shí)測持氣率會(huì)隨著含氣率的增大而增大,并且呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系。氣量從5?10n?/d變化時(shí)誤差較大，氣量大于10n?/d時(shí)誤差較小,誤差在10%以下，在可接受的誤差范圍內(nèi)。4結(jié)論通過對油氣水三相流產(chǎn)出剖面測井中光纖持氣率計(jì)響應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出如下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）隨著氣量的逐漸增加，各個(gè)流量點(diǎn)所測得持氣率值與實(shí)際持氣率值基本一致，誤差值在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。

05101520253035400510152025303540氣量/(m3d')(a)理論持氣率曲線圖(a)Thetheoryofgasholdupcurve0510152025303540氣量/(m3d*)(b)測屆持氣率曲線圖(b)Measurementofgasholdupcurve806040M20辦0睡-20-40-60-80-1002468101214161820222426283032343638欠量(c)誤差分析曲線圖(c)Erroranalysisofthegraph圖5油■20ii?/d時(shí)持汽率隨含水■變化響應(yīng)曲線Fig.5Curveforgasholdupversuswatercontentundertheoilcontentof20n^/d實(shí)驗(yàn)中氣量從5?10m3/d變化時(shí)測量持氣率值與理論持氣率值之間誤差變化較大，氣量大于10m3/d時(shí)誤差變化較小,說明該儀器適合測量氣量在10m3/d以上的混合流體。個(gè)別點(diǎn)局部曲線出現(xiàn)偏差主要受三相流實(shí)驗(yàn)室氣量波動(dòng)和集流傘漏失的影響。此光纖持氣率計(jì)要達(dá)到大面積的推廣應(yīng)用，還需要進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)：［1］俞世鋼.用光纖傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)液體表面張力系數(shù)非接觸測量［J］.光學(xué)儀器，2003,25(5):3-6.［2］牟海維，段玉波，張坤.等.光纖表面等離子體共振傳感器理論仿真研究［J］.光學(xué)儀S.2011,33(6),58-61.［3］牟海維，劉文嘉,孔令富.等.光纖持氣率計(jì)在氣/水兩相流中響應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究［J］.光學(xué)儀器，2012,34(5):66-69.