多相流檢測技術(shù)論文
伴隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展，孕育出了管道多相流技術(shù).學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的多相流檢測技術(shù)論文，希望你們喜歡。
多相流檢測技術(shù)論文篇一
國內(nèi)外多相流計量技術(shù)的發(fā)展
摘要 伴隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展，石油的開發(fā)已由較容易開發(fā)的內(nèi)陸地區(qū)向深海及沙漠地區(qū)發(fā)展，并孕育出了管道多相流的輸送技術(shù).本文就今年來多相流計量技術(shù)的發(fā)展作了簡單的歸納.
關(guān)鍵詞 多相流;計量技術(shù);流量計
中圖分類號TE3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708(2012)78-0071-02
60年代開始人們就對多種存在形式的流體在同一輸送管中的輸送狀態(tài)作了研究，由于當(dāng)時工業(yè)水平的限制，多相流輸送技術(shù)一直存在缺陷，其中最為核心的是多相流的計量技術(shù)。近年來，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，以油氣水混輸技術(shù)為代表的多相混輸技術(shù)不斷發(fā)展，多相流的相關(guān)測量技術(shù)得到了極大的進(jìn)步，因而可以使該技術(shù)能夠在目前的生產(chǎn)中應(yīng)用。加之目前油田開發(fā)逐步進(jìn)入海洋，又使得該技術(shù)有了更為廣闊的應(yīng)用空間，同時也促進(jìn)了該技術(shù)的發(fā)展。國內(nèi)外公司相繼投入大量的資金研發(fā)多相流計量計，并廣泛的實驗與應(yīng)用。
多相流的技術(shù)發(fā)展，實現(xiàn)了進(jìn)口原油的多相流計量，與傳統(tǒng)的分離計量相比，有了極大的提高。這一技術(shù)實現(xiàn)了油田井口計量技術(shù)里程碑式的改進(jìn)。傳統(tǒng)分離計量設(shè)備需要極大的投資，通過改進(jìn)后的技術(shù)，可以實現(xiàn)設(shè)備的小投入，帶來了可觀的經(jīng)濟效益。在沙漠和深海的油田開發(fā)中，由于其具有工藝簡單，計量精確的特點，更容易產(chǎn)生經(jīng)濟效益，故而應(yīng)用也更為廣泛，所以本文在這里簡要介紹了國內(nèi)外多相流計量技術(shù)的發(fā)展歷程，并就現(xiàn)在多相流測量技術(shù)的發(fā)展作了簡要的介紹。
1多相流計量技術(shù)現(xiàn)狀
多相流的測量技術(shù)在開發(fā)上面也有很多的技術(shù)難題，不少的研究機構(gòu)和廠家在研究整個測量流程的時候都或多或少的遇到了各種各樣的難題，但每個廠家均在其自己研究的產(chǎn)品上獲得了突破，解決了相應(yīng)的技術(shù)難題。比如利用小型取樣分離技術(shù)的多相計量系統(tǒng)，在測量的過程中就會遇到原油起泡的問題，如果分離器內(nèi)的氣液分離效果不好，含水量的測量值就會不精確，甚至出現(xiàn)較大的偏差，多相流計量機的性能也會受到影響。而采用微波、電感和電容技術(shù)實現(xiàn)多相流測量的流量計，它又只有滿足在油連續(xù)相乳化液的流型的條件下才能使用，假如流體中的必要的特征出現(xiàn)變化或是不存在，往往會影響測量的精度出現(xiàn)大幅度的改變。
目前有部分多相流計量計測量采用的是混合器的測量方式，它的測量要求在一定的時間和空間內(nèi)要有穩(wěn)定而均勻的測量物質(zhì)?；旌闲Ч暮脡臅苯佑绊懙綔y量的結(jié)果，核子技術(shù)也普遍的被用于多相流測量技中，一般會用它來測量混合流體中的氣體含量，也可以用來測定液體中的含水率。雖然目前的測量技術(shù)有了飛速的發(fā)展，還面臨著許多的技術(shù)難題，上述技術(shù)都還存在著難點問題。目前雙能系統(tǒng)以非插入方式也被應(yīng)用于測量計中，它主要用來測量全組分范圍內(nèi)液體的測量水以及氣體的百分含量，但是有以下幾個問題要注意。一是管壁可以看作是最大的衰減器，特別是在低光子能的情況下，衰減的非常厲害。二是在確定質(zhì)量吸收系數(shù)的時候，一般情況下不容易確定，這會給測量的精度帶來一定的影響。雙能技術(shù)測量的原理是通過測量水和油質(zhì)量吸收系數(shù)的差別來實現(xiàn)計量，往往這種差別只有光能的百分之幾，因此任何質(zhì)量吸收系數(shù)的偏差都會影響到測量存在差異。
總之，目前所有的測量技術(shù)都有其存在的有點，也有其缺點。我們只有通過大量的試驗數(shù)據(jù)來分析，提高在整個流量組分和流體計量的準(zhǔn)確性。
2 具有代表性的多相流量計
目前，有很多國家都和公司都投入了大量的人力和物力進(jìn)行多相流計量技術(shù)的研究和公關(guān)工作，有的已經(jīng)在油田試驗取得成功，有的已經(jīng)應(yīng)用于實際生產(chǎn)，這里就介紹下幾種應(yīng)用較為廣泛的流量計。
2.1美國Texaco公司的海底多相流量計
Texaco公司的多相流量計的系統(tǒng)組成可以分為兩部分，其中一個是利用裝在取樣回路上的微波含水分析儀來測定含水率，它可以準(zhǔn)確的測得流體中的含水率。一個是存放在海底的重力分離器，它的主要工作是對對油井產(chǎn)出液進(jìn)行氣、液兩相分離，通過分離后得到的液體被裝在氣出口的流量計測量，可以得出氣體的含量，總液量則用一個差壓流量計進(jìn)行測量，這些數(shù)據(jù)再加上測得的溫度值、壓力，通過計算機軟件進(jìn)一步運算即可計算出油、氣、水的流量。
2.2美國Agar公司的MpFM-301多相流量計
MpFM-301多相流量計采用的是利用不同類型的流量傳感器進(jìn)行多相流的氣、液兩相計量，用由兩個文丘里管組成的雙動量流量計來測的流體總的質(zhì)量，同時可以測出流體的流量，另外再用一臺容積式流量計來測量多相流的總體積以及流量，通過這些測得的數(shù)據(jù)可計算出多相流的氣、液流量。最后再加上一個專用微波原油含水分析儀，通過該儀器可以測定進(jìn)行含水率，該含水分析儀可在同一流體中存在氣相的條件下測出混合液中的含水率。這樣通過數(shù)據(jù)分析即可得出油、氣、水各單相流量。
2.3美國MFI公司的LP多相流量計
LP多相流量計由兩部分儀表組成：一個測量混合物密度的射線密度計和一個測量多相流混合物介電常數(shù)的微波檢測器組成的組分計構(gòu)成了測得各組份質(zhì)量百分比的測量系統(tǒng)，油、氣、水各相所占的質(zhì)量百分比均可以通過它測得;另一部分測得的數(shù)據(jù)是通過測量多相流速度的流量計得到，利用在兩個已知軸線距離的橫截面之間做快速微波介電測量，從而通過時間和距離得出流速。這樣，油、氣、水各單相流量就可通過這些數(shù)據(jù)獲得。
3 對多相流計量技術(shù)的展望
石油工業(yè)領(lǐng)域?qū)Χ嘞嗔骷夹g(shù)的發(fā)展寄予了極大的期望，通過不斷發(fā)展的經(jīng)驗技術(shù)的積累，我們已經(jīng)開發(fā)出來計量較為準(zhǔn)確的測量系統(tǒng)。但與人們通常所熟悉的單相計量儀表所能達(dá)到的指標(biāo)相比較，多相流量計所達(dá)到的不確定度仍與分體計量技術(shù)相當(dāng)。
目前多相流技術(shù)發(fā)展雖然取得了里程碑式的發(fā)展，但從短時間來看未來的每種多相流量計只能應(yīng)用于某一特定的區(qū)域，從另一方面來說就是高含水井和氣舉井需要應(yīng)用到不同的多相流測量計。
隨著多相流計量技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，傳統(tǒng)的分離式流量計會逐步退出到實際應(yīng)用領(lǐng)域，具有更多智能分析能力的多相流量計系統(tǒng)會更為廣泛，并會有新的技術(shù)不斷的被開發(fā)和應(yīng)用。應(yīng)用智能多相流量計系統(tǒng)，在將來不僅可以為我們提供多相流的流量信息，還可以提供流量計的狀態(tài)并測得流體的質(zhì)量，在計量領(lǐng)域會帶來更為可觀的經(jīng)濟效益。所以個人認(rèn)為計量技術(shù)的發(fā)展會有一個更為廣闊的空間，也期待有更多的新技術(shù)被實際應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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多相流檢測技術(shù)論文篇二
水平井壓裂變質(zhì)量多相流分析
摘要： 水平井井眼穿透油層的長度長，單井產(chǎn)量高，使沒有開采價值的油藏具有工業(yè)價值，使一大批死井復(fù)活，對于開采像大牛地氣田這樣的低滲透油氣藏具有重要意義。在對水平井水平段壓裂過程中，整個壓裂過程是一種水平變質(zhì)量多相流動，該流動受完井方式的影響很大，完井方式不同，邊壁入流的方式不同，對主流流動的附加阻力不同，從而導(dǎo)致流道中的壓降分布變化很大。本文將對壓裂過程中變質(zhì)量多相流進(jìn)行分析，對影響壓降的原因進(jìn)行分析，并且對壓降進(jìn)行計算，為以后的壓裂提供理論支持。
關(guān)鍵詞： 水平井壓裂;變質(zhì)量多相流;壓降;雷諾數(shù)
中圖分類號：TD84 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311(2014)24-0040-02
0 引言
大牛地氣田是低壓低滲致密期藏，氣田自上而下發(fā)育了太1、太2、山1、山2、盒1、盒2和盒3七套氣層，埋深(2500-2900)m。氣層縱向上交錯疊合發(fā)育，儲層非均質(zhì)較強，氣藏內(nèi)部差別較大。為了提高氣井產(chǎn)量，就需要對水平井進(jìn)行壓裂改造。而壓裂改造中，由于水平井完井方式不同、完井參數(shù)不同、油氣藏物性不同、流體物性不同等很大程度的影響了壓裂流體進(jìn)入地層，所以，對壓裂過程中，多相流規(guī)律的研究對壓裂施工有重要意義。
1 多相流的流態(tài)
1.1 柱塞、流層、流紊流 柱塞流：在低流速下，流體一種幾乎是等流速剖面流動。流體一一種相同的前緣流經(jīng)幾乎整個流動區(qū)域。
層流：流速稍加增加后，流速剖面開始改變?？拷?或者槽，或者裂縫)壁的流體流動最慢而管子中間的流體流動最快。流速隨著到管壁的距離而變化。層流一成為線性流。
紊流：當(dāng)流速繼續(xù)增加時，流動區(qū)域的流速差別變得不可持續(xù)，于是流體分解為紊流。其特點是產(chǎn)生一系列的小漩渦和旋流，且沿著整個相同的方向移動。
流體流動所產(chǎn)生的摩擦壓力(阻力)幾乎完全取決于流動方式。因此，確定流體的流動方式對壓力損失的計算很重要。
1.2 雷諾數(shù) 可以使用雷諾數(shù)(Re)查找確認(rèn)壓裂過程中多相流的流動方式，關(guān)系如下：
2 壓裂液性能
在大牛地氣田，用的最廣泛的是羧甲基瓜膠液體(HPG)，瓜爾膠在水溶液中表現(xiàn)出典型的纏繞生物聚合物的性質(zhì)，一般而言，0.5%以上的瓜爾膠溶液已呈非牛頓流體的假塑性流體特性，沒有屈服應(yīng)力。瓜爾膠在冷水中就能充分水化(一般需要2h)，能分散在熱水或冷水中形成粘稠液，具體粘度取決于粒度、制備條件及溫度，瓜爾膠為天然膠中粘度最高者。瓜爾膠是一種溶脹高聚物，水是它的通用溶劑，不過也能以有限的溶解度溶解于與水混溶的溶劑中，如乙醇溶液中。此外由于瓜爾膠的無機鹽類兼容性能，其水溶液能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)一價鹽離子(Na+、K+、Cl-等)表現(xiàn)出較強的耐受性，如食鹽的濃度可高達(dá)60%;但高價金屬離子的存在可使溶解度下降。水溶液為中性。pH值6～8粘度最高，pH值10以上則迅速降低。pH值6.0～3.5范圍內(nèi)隨pH值降低，粘度亦降低。pH值3.5以下粘度又增大。
3 流體磨阻
由于流動方式造成能量損失的機理整體變化很大，所以它對摩擦壓力(阻力)產(chǎn)生極大的影響。在柱塞流和紊流中，主要的能量損失應(yīng)歸結(jié)于流體和流動通道壁之間的磨阻效應(yīng)(通常是管子，也可能是槽，甚至裂縫)。
對紊流而言，情況要復(fù)雜得多。慣性黏滯力變得更為重要，能量損失要比流體速度增加的更快。因此，知道流體正在經(jīng)歷的流動方式類型很重要，因為針對不同的流動方式，要采用不同的方法來計算磨阻。
3.1 摩擦壓降的預(yù)測 范寧方法使用摩擦系數(shù)f來計算流體磨阻：
3.2 支撐劑對流動磨阻的影響 支撐劑的粒徑、粒徑分布以及支撐劑的體積分?jǐn)?shù)都會影響攜砂液的流變性能，流變性能中特別是粘度與支撐劑的粒徑有很大關(guān)系。
如果在液體中支撐劑的總質(zhì)量保持不變，單粒徑變小，那么體系內(nèi)的顆粒數(shù)量增加，這時粘度相對增加，因為顆粒變多之后，顆粒之間相互碰撞的機會增加，阻力就增加，因此粘度增加;而高剪切速率下，這種影響被破壞，從而使粘度降低。
當(dāng)固體顆粒在系統(tǒng)中體積分?jǐn)?shù)增加時，顆粒聚集更加緊密，其中自由度也就更加小，顆粒相互作用機會增加，從而使粘度相應(yīng)增加;同時，體積分?jǐn)?shù)還影響著剪切速率。Krieger-Dougherty方程描述體積分?jǐn)?shù)對粘度的影響：
4 實例應(yīng)用
4.1 施工井基本數(shù)據(jù) 根據(jù)XX井現(xiàn)場錄井成果，本井水平段總長度為1200m;鉆遇砂巖總長度為1023m，占水平段總長度的85.25%;鉆遇具有全烴顯示的砂巖總長度為859m，占水平段總長度的71.58%;鉆遇泥巖段總長度為177m，占水平段總長度的14.75%。整個壓裂設(shè)備看成一個整體，壓裂液從壓裂設(shè)備中流進(jìn)井筒并到井底的流動是看成第一個階段，壓裂液壓開地層直至進(jìn)入地層為第二個階段。
4.2 井筒中多相流受力分析 井筒中流體隨著壓裂變化有純壓裂液、壓裂液+液氮和壓裂液+液氮+砂三種之間變化。假設(shè)水平井只有垂直段和水平段，當(dāng)壓裂液是純壓裂液時，在垂直井段里面的流動，主要受壓裂設(shè)備施加的壓力、壓裂液自身重力、井筒內(nèi)壁對壓裂液的阻力。通過伯努利方程：
可以計算出垂直段末端的壓力。p1和v1為井口壓力和井口流速，ρ壓裂液密度，p2和v2是井筒垂直段底壓力和流速， △m為井壁摩擦力產(chǎn)生的阻力。在垂直井筒中，假設(shè)沒有漏失等情況，壓裂液的密度視為不變。
當(dāng)壓裂液流經(jīng)水平段時，流體受四個力影響：重力、油管對流體的支撐力、摩擦力、剩余壓力對流體的推力。重力與油管對流體的支撐力平衡，壓裂液的流動影響只有摩擦力和剩余壓力對流體的推力。當(dāng)壓裂液流出滑套，有一個摩擦損失;壓開地層并進(jìn)入地層，在地層中，受重力、裂縫對壓裂液的擠壓力、摩擦阻力。
通過對XX井壓裂參數(shù)的計算，得到在壓裂過程中流體的雷諾數(shù)曲線與壓裂施工曲線如圖1、圖2。
由圖1、圖2可以看出，壓裂的整個過程雷諾數(shù)都大于2000，所以可以得出XX井的壓裂都在紊流當(dāng)中;同時，當(dāng)加砂時，雷諾數(shù)出現(xiàn)明顯的增加，而且砂比越高，雷諾數(shù)越大，紊流越厲害。由公式(7)得到，隨著雷諾數(shù)的增加，壓裂中磨阻也在增加，壓力損失越大，說明攜砂液與地層接觸越多，沙子對裂縫填充越深，越寬，越高。
5 認(rèn)識與提高
通過對壓裂過程變質(zhì)量多相流的計算與分析，得到以下結(jié)論：①壓裂過程中，變質(zhì)量多相流主要為紊流;②加砂壓裂中，隨著砂比的增加，碰撞次數(shù)增加，粘度增加。③通過雷諾數(shù)，可以判斷磨阻的變化，地層壓開裂縫的鋪砂情況，同時也進(jìn)一步證明了壓裂施工中通過油套壓來判斷壓裂效果的正確性。
參考文獻(xiàn)：
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