油水两相管流宏微观流动特性进展研究

为揭示油水流动微观特性及宏微观之间的内在关联提供前期认知基础,对国内外关于油水两相宏微观流动特性的研究进展进行简述,涵盖测量方法、流型与压降、微观流场、掺混特性和分散特性五个方面。研究发现:油水两相流型受管壁属性(管径、粗糙度和润湿性等因素)、油品物性和流动边界条件的影响难以形成统一的划分准则,不同实验体系均存在特征流型,为普适性流型判别方法提出了挑战;光学方法的应用能够实现分层流动局部流速及速度波动的直接或间接测量;掺混特性研究集中于混合流速和含水率对掺混形成后界面形态、液滴分布及液滴速度的实验测量,掺混机理及模型有待深入研究;分散特性的研究聚焦分散相含量、黏度和表面活性剂等因素的影响,同时可引入液滴群平衡理论对其液滴分布进行预测,对分散体系乳状液黏度和反相点的实验和模型研究较为广泛。     

水平井油水两相流型测量实验

为了考察生产测井仪器测量对于水平油井内的流体分布影响,利用柴油和自来水作为实验介质,在多相流动模拟实验装置上进行了油水两相水平流动测量实验.通过实验测量和观察,油水两相的分布可分为4类:水平层状流和波状流、水平泡状流、水平沫状流和水平乳状流.利用实验数据绘制出流型图,建立了流型转换的关系式,可以在油水两相流动测井条件下识别和预测流体的流型.     

近水平小管径油水两相流量和含水率测量响应规律实验研究

在产出剖面测井中,井下油水两相流的流量和含水率是两个重要的测量参数。实验针对±5°内多个倾斜角度条件下,近水平Φ20mm小管柱内油水两相流动及其对测量仪器的影响进行了研究,总结了涡轮传感器测量流量及阻抗传感器测量含水率的响应变化规律,并从流动机理及测量条件出发分析测量影响因素,对水平井测量和解释具有很好的参考和指导意义。     

垂直管径内油水两相流流型与涡轮传感器间特性实验研究

涡轮传感器作为流量计被广泛应用在测井仪器中,油水两相流流动对涡轮传感器测量的影响以及涡轮传感器对油水两相流流动特性的影响对产出剖面测井作用很大.通过垂直小管径实验装置中涡轮传感器在油水两相中响应频率的测量及PCI信息采集系统对涡轮响应频率信号进行分析.利用高速摄像的方法在涡轮传感器上下两端进行拍摄,记录并分析油水两相流流动特性.结果表明,涡轮传感器在油水两相流中的转动受流型影响很小,但油水两相流动特性受涡轮传感器影响较大.油水总流量10 m3/d时,涡轮传感器对流体流动特性影响最小.油水总流量小于10 m3/d时,涡轮传感器对油滴的聚集效果大于打散效果,过涡轮传感器后油滴粒径变大,数量变少;油水总流量大于10 m3/d时,涡轮传感器对油滴的打散效果大于聚集效果,油滴粒径变小,数量较多.据此,更直观地分析仪器通道内涡轮传感器对油水两相流流动特性的影响,为测井新仪器的制造与优化提供有利的依据.     

水平圆管油水两相变质量分层流压降计算

以往对水平圆管中复杂流体介质的流动规律研究的对象均是对水平圆管单相和气液两相变质量流动,关于存在壁面入流条件的水平圆管油水两相变质量流动的研究较少。为此对水平圆管油水两相变质量分层流动进行了微元分析,考虑壁面入流对其中油水两相变质量分层流动压降的影响,分别对油水两相应用连续性方程和动量守恒方程,得出了水平圆管油水两相变质量分层流动的基本模型和压降计算模型。通过模型求解揭示了在壁面入流条件下沿水平圆管的压降规律,并分析了壁面入流、圆管直径、油相黏度和含水率等主要参数对其中压降规律的影响。计算结果表明,当油相黏度较大时,随含水率的增加,沿水平圆管压降降低;而油相黏度较小时,随含水率的增加,沿水平圆管压降升高。     

高含水原油物性及流动规律研究

为了得到油田现场中高含水后期原油水两相流动规律,选取长庆某典型高含水原油,测量其基本物性及反相点,改进了适合易乳化原油的反相预测模型,对比了不同温度下表观黏度反相前后的差异。结合油水两相管流环道实验,得到了不同含水率下压降与流量的关系,分析了压降预测结果和实验结果的误差。结果表明,该原油在低于凝点(26.0℃)且水为连续相时表现出较强的剪切稀释性,高于凝点时,反相前温度对体系黏度的影响起主导作用,而在反相后温度对体系黏度的影响不大。改进反相预测模型能较好地预测高含水原油的反相点。反相前,压降随着含水率的升高而增大,反相后压降出现骤降。高含水原油的基本物性与流动规律的研究为油田的安全高效生产提供了一定的理论指导。     

文丘利管用于两相流流量测量的室内试验研究

分析了影响文丘利管测量油水两相流测量结果的因素,认为不同含水原油密度的不同,是造成测量结果误差较大的主要原因。提出在采用文丘利管测流量的同时,利用含水率计测量的含水数据对流量进行校正的测量方法,并进行了校正方法研究和相应的油水两相流流量测量试验。试验结果证明该方法是可行的,可有效地提高油水两相流流量的测量精度。     

125mm垂直圆管中油水两相流流型辨识研究

在模拟井实验的基础上,通过直接测量方法,对125mm垂直圆管中油水两相流流型进行了重新划分,给出了垂直圆管中油水两相流流型的过渡边界,建立了用流量法和持水率法判别流型的标准,通过实验发现,小直径管中的流型划分结果不能成比例地应用到大直径管中,而且划分标准或界限也不能按比例放大或缩小。应用混沌分析方法,对油水两相流流动的持水率测量信号进行相空间重构处理,计算出不同流型下的分形维数和关联维数,实现了用混沌方法对两相流流型进行辨识。     

非集流油水两相含率超声波测量方法的实验研究

介绍了一种油水两相流含率测量新方法--超声波散射法.该方法利用超声波散射效应测量流体中的离散相含率,通过非集流方式,在基本不改变流体流动状态的情况下实现油水两相含油率的测量.动态实验结果表明,该方法在油水两相条件下,可以实现较高分辨率的油相测量,其测量精度可达到0.1 m3/d.     

中国石油天然气集团公司(部级)重点实验室简介(一)测井重点实验室江汉石油学院研究室

1998年12月,中国石油天然气集团公司(部级)测井重点实验室江汉石油学院研究室由中国石油天然气集团公司科技发展部同意批准成立。测井重点实验室江汉石油学院研究室的主要·研·究·方·向是:生产测井,主要研究内容包括特殊井两相流动测量及资料处理方法,特殊井三相流动(油气水)测量及资料处理方法,低产液井含水率流量测量方法及实验研究,大斜度井水平井多相流动测量方法,多相流动径向截面和纵向流体成像测量方法和资料处理技术,用生产测井资料预测三维空间油水分布规律,预测地层压力、破裂压力和井壁坍塌压力的测井方法,三次采油和注采剖面…     

油水两相螺旋流状态下射频法测量原油含水率的方法

目前,国内大多数油田进入采油后期,原油含水率显著提高,对含水率的测量提出了新的挑战。针对原油含水率的实时测量问题,提出了一种油水两相螺旋流状态下射频法测量含水率的新方法。首先将油水两相来流通过旋流器调整成螺旋流状态,然后测量螺旋流状态下管内同心布置的天线发射的射频信号,最后通过建立含水率与射频信号之间的关系模型及两相流速度滑移模型对测量结果进行修正,得到含水率的测量结果。该方法能够消除油水两相流型分布不均匀对测量结果的影响,扩宽了含水率的测量范围。通过室内实验的方法对测量模型进行了静态标定、动态验证和优化调整。实验结果表明,在入口油水两相混合流速为0.60~1.20 m/s,体积含水率高于43.81%时,利用该方法测量含水率误差在6.29%以内。     

截面电导相关流量计在低流量下的响应特性

针对目前油田低产液井数量增多,测试难度不断变大的问题,研制一种可以在低流量下进行测试的流量测井仪。在电导相关流量测量原理基础上,对仪器传感器结构进行改进,用于低流量条件的测量。对截面相关流量测井仪在多相流实验装置进行油水两相流动态模拟实验,总结出截面电导相关流量测井仪在油水两相流低流量下的响应规律。实验数据分析表明,截面电导相关流量测井仪在油水两相流下的最佳测量范围为10 m^3/d以下。     

基于CFD的井下油水两相文丘里流量计优选

为解决因流量、油水比变化及两相流态的复杂性所带来的井下文丘里管油水两相测量精度和设计选型等问题,根据多相流理论及计算方法,在不同入口流量、不同油水比条件下,模拟计算3种不同文丘里流量计的油水两相流场并进行方案优选。计算结果表明,介质接近油相或水相时,两相流态分别接近层流或湍流。流体经文丘里喉部后,油水两相分层特征显著。根据多相流计量精度的需要,通过CFD计算对比,优选出小流量下压降随液体粘度有显著变化的文丘里管设计方案。     

基于电磁法高含水油井产液剖面测井仪现场应用

介绍基于电磁法的高含水油井产液剖面测井仪器,通过模拟井油水两相流动态实验评价仪器的流量测量范围及精度。分析该仪器在聚合物驱以及三元复合驱产出井的现场应用实例。该仪器工作稳定可靠,故障率低,可以提供可信的油水两相流产液剖面测量数据;电磁流量传感器相对涡轮流量传感器在测量通道内无可动部件及阻流元件,在涡轮易卡死油井和三元复合驱高黏度油井中具有明显的应用优势,提高了测井成功率。     

大管径水平管油水两相流动特性试验研究

因井斜变化、流体密度差异等因素致使水平井井中流体流动特性复杂多变,准确进行水平井生产动态监测成为难题。基于水平管油水两相模拟试验,在完全水平流、上坡流和下坡流情况下,对油和水的分布规律、流型分类、速度剖面和滑脱效应等进行了分析,通过剖析3种不同持率测量仪器的响应规律,制作了速度剖面和滑脱速度等试验图版,能很好地用于判断流体流动特性。     

油水两相流管路流动的模拟研究

油水两相流是输油管路内常见的一种流态,利用FLUENT软件对油水两相流在突扩和突缩管内的流动进行模拟发现,管路内压力、速度有明显变化,含油量不同其变化程度也不一样。突扩管内含油量增大会延迟流速到达最大的时间,增大流速核心区减小的速度,突缩管内高含油量时双肩处压力无突然增大现象,压力减小区有一定的提前。通过模拟分析突变管内油水两相流动规律,为实际油品输送提供一定的参考依据。     

基于热传导时域积分的井下流量测量方法

针对油田低产液生产井流量测量困难的问题,根据多相流体热力学理论,利用整个测量周期内探测器周围流体冲刷引起的热传导效应,提出了一种基于热传导时域积分的井下流量测量方法。首先,采用间歇式恒功率加热的方式,给探测器提供周期性能量;然后,采用积分法计算和分析了探测器内部温度在升温和降温过程中随外界流体流量变化的规律。理论分析与试验结果表明,时域积分面积与流量呈极好的相关性,尤其在低流量条件下具有较高的分辨率,该方法解决了传统涡轮流量计在流量较低情况下因涡轮无法启动导致失去检测能力的问题。基于热传导时域积分的井下流量测量方法,促进了油水两相流检测技术的发展,为低产液井流量测量提供了一种新的技术手段。      

水平管油水两相流持率仪响应特征试验研究

准确获取井筒中各相持率是生产测井产出剖面精确解释的关键步骤之一,水平管中因普遍存在层流导致常规居中测量的持率仪器响应产生纵向片面性。电容阵列仪是一种采用多探头覆盖全井眼信息采集的新型流体识别技术,研究基于电容阵列仪、放射性流体密度计和电容持水率计的室内模拟试验,分析了水平管油水两相流动型态和电容阵列仪的持率确定方法,详细研究了3种不同持率测量仪器随流体流动型态变化的响应规律,提出了水平管油水两相流持率参数优化选取的方案。     

高含水采出液T形管分离器的流场数值模拟

传统的油田集输工艺损耗能量大,运行成本高。鉴于此,基于Fluent数值模拟软件,采用RNG k-ε湍流模型和欧拉多相流模型对T形管分离器的流场特性以及油水分离过程展开研究。研究结果表明:油水两相速度分布规律基本相同,在主管中沿流动方向速度逐渐降低,分支管中速度最大,水相在主管顶部区域速度较小,在汇管中上述分布趋势更加明显;湍流在分支管和主管连接处、分支管和汇管连接处以及汇管上游较为剧烈,油水发生强烈掺混;入口流速对油水分离过程的影响较大,流速越大,流体的停留时间越短,分流扰动后恢复为分层流更加困难;流速越大,油水剪切作用增强,油滴更均匀分散在水中,混合层携带更多的油相,故操作中需要确定最佳流速;随着含油体积分数增大,混合层厚度增加,最终分离效率呈现先缓慢增加,后逐渐下降的趋势;分流比较低时,汇管主要流出底层水,分离效率较低;随着分流比增大,汇管的流量增大,油水间扰动增强,流体流经汇管携带了部分混合层流体,分离效果明显提升;但分流比继续增大,混合层全部流入汇管后,油层开始流入汇管,此时分离效率随着分流比的增大呈线性降低。基于研究结果,最优操作参数为:入口流速0.10~0.30 m/s,入口含油体积分数5%~9%,分流比0.5~0.7。研究结果为油水分离提供了新思路,可为探究高效分离效果的设备结构设计和优化提供参考。     

持水率对热式流量计测量影响的理论分析

恒功率热式流量计由于良好的低流量检测特性成为低产液油井流量检测的一种选择方案,但油水两相流持水率对其测量的影响妨碍了它实际的应用。针对这一问题,介绍了热式流量计的测量原理,建立油水两相流持水率和流体主要物性参数的关系,应用Matlab数值模拟软件分析不同持水率条件下热式流量计测量结果与油水两相流流量的关系。数值模拟和实际实验结果表明,相同流速下,热式流量计输出电压随着持水率的增加而单调减小。实际应用时,热式流量计的测量结果必须结合持水率才能给出正确的流量解释。