多相流检测技术论文

家文分享 2017-01-04 15:43:50

　　伴随着石油工业的不断发展，孕育出了管道多相流技术.学习啦小编为大家整理的多相流检测技术论文，希望你们喜欢。

　　多相流检测技术论文篇一

　　国内外多相流计量技术的发展

　　摘要伴随着石油工业的不断发展，石油的开发已由较容易开发的内陆地区向深海及沙漠地区发展，并孕育出了管道多相流的输送技术.本文就今年来多相流计量技术的发展作了简单的归纳.

　　关键词多相流;计量技术;流量计

　　中图分类号TE3 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2012)78-0071-02

　　60年代开始人们就对多种存在形式的流体在同一输送管中的输送状态作了研究，由于当时工业水平的限制，多相流输送技术一直存在缺陷，其中最为核心的是多相流的计量技术。近年来，随着计算机技术的快速发展，以油气水混输技术为代表的多相混输技术不断发展，多相流的相关测量技术得到了极大的进步，因而可以使该技术能够在目前的生产中应用。加之目前油田开发逐步进入海洋，又使得该技术有了更为广阔的应用空间，同时也促进了该技术的发展。国内外公司相继投入大量的资金研发多相流计量计，并广泛的实验与应用。

　　多相流的技术发展，实现了进口原油的多相流计量，与传统的分离计量相比，有了极大的提高。这一技术实现了油田井口计量技术里程碑式的改进。传统分离计量设备需要极大的投资，通过改进后的技术，可以实现设备的小投入，带来了可观的经济效益。在沙漠和深海的油田开发中，由于其具有工艺简单，计量精确的特点，更容易产生经济效益，故而应用也更为广泛，所以本文在这里简要介绍了国内外多相流计量技术的发展历程，并就现在多相流测量技术的发展作了简要的介绍。

　　1多相流计量技术现状

　　多相流的测量技术在开发上面也有很多的技术难题，不少的研究机构和厂家在研究整个测量流程的时候都或多或少的遇到了各种各样的难题，但每个厂家均在其自己研究的产品上获得了突破，解决了相应的技术难题。比如利用小型取样分离技术的多相计量系统，在测量的过程中就会遇到原油起泡的问题，如果分离器内的气液分离效果不好，含水量的测量值就会不精确，甚至出现较大的偏差，多相流计量机的性能也会受到影响。而采用微波、电感和电容技术实现多相流测量的流量计，它又只有满足在油连续相乳化液的流型的条件下才能使用，假如流体中的必要的特征出现变化或是不存在，往往会影响测量的精度出现大幅度的改变。

　　目前有部分多相流计量计测量采用的是混合器的测量方式，它的测量要求在一定的时间和空间内要有稳定而均匀的测量物质。混合效果的好坏会直接影响到测量的结果，核子技术也普遍的被用于多相流测量技中，一般会用它来测量混合流体中的气体含量，也可以用来测定液体中的含水率。虽然目前的测量技术有了飞速的发展，还面临着许多的技术难题，上述技术都还存在着难点问题。目前双能系统以非插入方式也被应用于测量计中，它主要用来测量全组分范围内液体的测量水以及气体的百分含量，但是有以下几个问题要注意。一是管壁可以看作是最大的衰减器，特别是在低光子能的情况下，衰减的非常厉害。二是在确定质量吸收系数的时候，一般情况下不容易确定，这会给测量的精度带来一定的影响。双能技术测量的原理是通过测量水和油质量吸收系数的差别来实现计量，往往这种差别只有光能的百分之几，因此任何质量吸收系数的偏差都会影响到测量存在差异。

　　总之，目前所有的测量技术都有其存在的有点，也有其缺点。我们只有通过大量的试验数据来分析，提高在整个流量组分和流体计量的准确性。

　　2 具有代表性的多相流量计

　　目前，有很多国家都和公司都投入了大量的人力和物力进行多相流计量技术的研究和公关工作，有的已经在油田试验取得成功，有的已经应用于实际生产，这里就介绍下几种应用较为广泛的流量计。

　　2.1美国Texaco公司的海底多相流量计

　　Texaco公司的多相流量计的系统组成可以分为两部分，其中一个是利用装在取样回路上的微波含水分析仪来测定含水率，它可以准确的测得流体中的含水率。一个是存放在海底的重力分离器，它的主要工作是对对油井产出液进行气、液两相分离，通过分离后得到的液体被装在气出口的流量计测量，可以得出气体的含量，总液量则用一个差压流量计进行测量，这些数据再加上测得的温度值、压力，通过计算机软件进一步运算即可计算出油、气、水的流量。

　　2.2美国Agar公司的MpFM-301多相流量计

　　MpFM-301多相流量计采用的是利用不同类型的流量传感器进行多相流的气、液两相计量，用由两个文丘里管组成的双动量流量计来测的流体总的质量，同时可以测出流体的流量，另外再用一台容积式流量计来测量多相流的总体积以及流量，通过这些测得的数据可计算出多相流的气、液流量。最后再加上一个专用微波原油含水分析仪，通过该仪器可以测定进行含水率，该含水分析仪可在同一流体中存在气相的条件下测出混合液中的含水率。这样通过数据分析即可得出油、气、水各单相流量。

　　2.3美国MFI公司的LP多相流量计

　　LP多相流量计由两部分仪表组成：一个测量混合物密度的射线密度计和一个测量多相流混合物介电常数的微波检测器组成的组分计构成了测得各组份质量百分比的测量系统，油、气、水各相所占的质量百分比均可以通过它测得;另一部分测得的数据是通过测量多相流速度的流量计得到，利用在两个已知轴线距离的横截面之间做快速微波介电测量，从而通过时间和距离得出流速。这样，油、气、水各单相流量就可通过这些数据获得。

　　3 对多相流计量技术的展望

　　石油工业领域对多相流技术的发展寄予了极大的期望，通过不断发展的经验技术的积累，我们已经开发出来计量较为准确的测量系统。但与人们通常所熟悉的单相计量仪表所能达到的指标相比较，多相流量计所达到的不确定度仍与分体计量技术相当。

　　目前多相流技术发展虽然取得了里程碑式的发展，但从短时间来看未来的每种多相流量计只能应用于某一特定的区域，从另一方面来说就是高含水井和气举井需要应用到不同的多相流测量计。

　　随着多相流计量技术的不断发展进步，传统的分离式流量计会逐步退出到实际应用领域，具有更多智能分析能力的多相流量计系统会更为广泛，并会有新的技术不断的被开发和应用。应用智能多相流量计系统，在将来不仅可以为我们提供多相流的流量信息，还可以提供流量计的状态并测得流体的质量，在计量领域会带来更为可观的经济效益。所以个人认为计量技术的发展会有一个更为广阔的空间，也期待有更多的新技术被实际应用。

　　参考文献

　　[1]吴浩江.油气水多相流流型智能识别的研究[D].西安：西安交通大学，1999.

　　[2]金英.多相流计量研究的现状[J].国外油田工程，1997(13)6：39-42.

　　[3]顾春来，董守平.石油工业多相流测试技术进展[J].石油规划设计，1998，9(4).

　　多相流检测技术论文篇二

　　水平井压裂变质量多相流分析

　　摘要：水平井井眼穿透油层的长度长，单井产量高，使没有开采价值的油藏具有工业价值，使一大批死井复活，对于开采像大牛地气田这样的低渗透油气藏具有重要意义。在对水平井水平段压裂过程中，整个压裂过程是一种水平变质量多相流动，该流动受完井方式的影响很大，完井方式不同，边壁入流的方式不同，对主流流动的附加阻力不同，从而导致流道中的压降分布变化很大。本文将对压裂过程中变质量多相流进行分析，对影响压降的原因进行分析，并且对压降进行计算，为以后的压裂提供理论支持。

　　关键词：水平井压裂;变质量多相流;压降;雷诺数

　　中图分类号：TD84 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2014)24-0040-02

　　0 引言

　　大牛地气田是低压低渗致密期藏，气田自上而下发育了太1、太2、山1、山2、盒1、盒2和盒3七套气层，埋深(2500-2900)m。气层纵向上交错叠合发育，储层非均质较强，气藏内部差别较大。为了提高气井产量，就需要对水平井进行压裂改造。而压裂改造中，由于水平井完井方式不同、完井参数不同、油气藏物性不同、流体物性不同等很大程度的影响了压裂流体进入地层，所以，对压裂过程中，多相流规律的研究对压裂施工有重要意义。

　　1 多相流的流态

　　1.1 柱塞、流层、流紊流柱塞流：在低流速下，流体一种几乎是等流速剖面流动。流体一一种相同的前缘流经几乎整个流动区域。

　　层流：流速稍加增加后，流速剖面开始改变。靠近管(或者槽，或者裂缝)壁的流体流动最慢而管子中间的流体流动最快。流速随着到管壁的距离而变化。层流一成为线性流。

　　紊流：当流速继续增加时，流动区域的流速差别变得不可持续，于是流体分解为紊流。其特点是产生一系列的小漩涡和旋流，且沿着整个相同的方向移动。

　　流体流动所产生的摩擦压力(阻力)几乎完全取决于流动方式。因此，确定流体的流动方式对压力损失的计算很重要。

　　1.2 雷诺数可以使用雷诺数(Re)查找确认压裂过程中多相流的流动方式，关系如下：

　　2 压裂液性能

　　在大牛地气田，用的最广泛的是羧甲基瓜胶液体(HPG)，瓜尔胶在水溶液中表现出典型的缠绕生物聚合物的性质，一般而言，0.5%以上的瓜尔胶溶液已呈非牛顿流体的假塑性流体特性，没有屈服应力。瓜尔胶在冷水中就能充分水化(一般需要2h)，能分散在热水或冷水中形成粘稠液，具体粘度取决于粒度、制备条件及温度，瓜尔胶为天然胶中粘度最高者。瓜尔胶是一种溶胀高聚物，水是它的通用溶剂，不过也能以有限的溶解度溶解于与水混溶的溶剂中，如乙醇溶液中。此外由于瓜尔胶的无机盐类兼容性能，其水溶液能够对大多数一价盐离子(Na+、K+、Cl-等)表现出较强的耐受性，如食盐的浓度可高达60%;但高价金属离子的存在可使溶解度下降。水溶液为中性。pH值6～8粘度最高，pH值10以上则迅速降低。pH值6.0～3.5范围内随pH值降低，粘度亦降低。pH值3.5以下粘度又增大。

　　3 流体磨阻

　　由于流动方式造成能量损失的机理整体变化很大，所以它对摩擦压力(阻力)产生极大的影响。在柱塞流和紊流中，主要的能量损失应归结于流体和流动通道壁之间的磨阻效应(通常是管子，也可能是槽，甚至裂缝)。

　　对紊流而言，情况要复杂得多。惯性黏滞力变得更为重要，能量损失要比流体速度增加的更快。因此，知道流体正在经历的流动方式类型很重要，因为针对不同的流动方式，要采用不同的方法来计算磨阻。

　　3.1 摩擦压降的预测范宁方法使用摩擦系数f来计算流体磨阻：

　　3.2 支撑剂对流动磨阻的影响支撑剂的粒径、粒径分布以及支撑剂的体积分数都会影响携砂液的流变性能，流变性能中特别是粘度与支撑剂的粒径有很大关系。

　　如果在液体中支撑剂的总质量保持不变，单粒径变小，那么体系内的颗粒数量增加，这时粘度相对增加，因为颗粒变多之后，颗粒之间相互碰撞的机会增加，阻力就增加，因此粘度增加;而高剪切速率下，这种影响被破坏，从而使粘度降低。

　　当固体颗粒在系统中体积分数增加时，颗粒聚集更加紧密，其中自由度也就更加小，颗粒相互作用机会增加，从而使粘度相应增加;同时，体积分数还影响着剪切速率。Krieger-Dougherty方程描述体积分数对粘度的影响：

　　4 实例应用

　　4.1 施工井基本数据根据XX井现场录井成果，本井水平段总长度为1200m;钻遇砂岩总长度为1023m，占水平段总长度的85.25%;钻遇具有全烃显示的砂岩总长度为859m，占水平段总长度的71.58%;钻遇泥岩段总长度为177m，占水平段总长度的14.75%。整个压裂设备看成一个整体，压裂液从压裂设备中流进井筒并到井底的流动是看成第一个阶段，压裂液压开地层直至进入地层为第二个阶段。

　　4.2 井筒中多相流受力分析井筒中流体随着压裂变化有纯压裂液、压裂液+液氮和压裂液+液氮+砂三种之间变化。假设水平井只有垂直段和水平段，当压裂液是纯压裂液时，在垂直井段里面的流动，主要受压裂设备施加的压力、压裂液自身重力、井筒内壁对压裂液的阻力。通过伯努利方程：

　　可以计算出垂直段末端的压力。p1和v1为井口压力和井口流速，ρ压裂液密度，p2和v2是井筒垂直段底压力和流速， △m为井壁摩擦力产生的阻力。在垂直井筒中，假设没有漏失等情况，压裂液的密度视为不变。

　　当压裂液流经水平段时，流体受四个力影响：重力、油管对流体的支撑力、摩擦力、剩余压力对流体的推力。重力与油管对流体的支撑力平衡，压裂液的流动影响只有摩擦力和剩余压力对流体的推力。当压裂液流出滑套，有一个摩擦损失;压开地层并进入地层，在地层中，受重力、裂缝对压裂液的挤压力、摩擦阻力。

　　通过对XX井压裂参数的计算，得到在压裂过程中流体的雷诺数曲线与压裂施工曲线如图1、图2。

　　由图1、图2可以看出，压裂的整个过程雷诺数都大于2000，所以可以得出XX井的压裂都在紊流当中;同时，当加砂时，雷诺数出现明显的增加，而且砂比越高，雷诺数越大，紊流越厉害。由公式(7)得到，随着雷诺数的增加，压裂中磨阻也在增加，压力损失越大，说明携砂液与地层接触越多，沙子对裂缝填充越深，越宽，越高。

　　5 认识与提高

　　通过对压裂过程变质量多相流的计算与分析，得到以下结论：①压裂过程中，变质量多相流主要为紊流;②加砂压裂中，随着砂比的增加，碰撞次数增加，粘度增加。③通过雷诺数，可以判断磨阻的变化，地层压开裂缝的铺砂情况，同时也进一步证明了压裂施工中通过油套压来判断压裂效果的正确性。

　　参考文献：

　　[1]王继波，胥元刚，张蔚红.水平井压裂机理研究进展[J].西部探矿工程，2010(02).

　　[2]冯彦田，王继波，胥元刚.水平井压裂起裂规律研究现状[J]. 内蒙古石油化工，2009(21).

　　[3]张子明.水平井压裂技术发展现状[J].中外能源，2009(09).

　　
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