多相流檢測(cè)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(cè)技術(shù)論文，希望你們喜歡。
多相流檢測(cè)技術(shù)論文篇一
國(guó)內(nèi)外多相流計(jì)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(kāi)發(fā)已由較容易開(kāi)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(lái)多相流計(jì)量技術(shù)的發(fā)展作了簡(jiǎn)單的歸納.
關(guān)鍵詞 多相流;計(jì)量技術(shù);流量計(jì)
中圖分類(lèi)號(hào)TE3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708(2012)78-0071-02
60年代開(kāi)始人們就對(duì)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(shí)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(jì)量技術(shù)。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)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(cè)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(kāi)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(shí)也促進(jìn)了該技術(shù)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)外公司相繼投入大量的資金研發(fā)多相流計(jì)量計(jì)，并廣泛的實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用。
多相流的技術(shù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口原油的多相流計(jì)量，與傳統(tǒng)的分離計(jì)量相比，有了極大的提高。這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)了油田井口計(jì)量技術(shù)里程碑式的改進(jìn)。傳統(tǒng)分離計(jì)量設(shè)備需要極大的投資，通過(guò)改進(jìn)后的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小投入，帶來(lái)了可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。在沙漠和深海的油田開(kāi)發(fā)中，由于其具有工藝簡(jiǎn)單，計(jì)量精確的特點(diǎn)，更容易產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，故而應(yīng)用也更為廣泛，所以本文在這里簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外多相流計(jì)量技術(shù)的發(fā)展歷程，并就現(xiàn)在多相流測(cè)量技術(shù)的發(fā)展作了簡(jiǎn)要的介紹。
1多相流計(jì)量技術(shù)現(xiàn)狀
多相流的測(cè)量技術(shù)在開(kāi)發(fā)上面也有很多的技術(shù)難題，不少的研究機(jī)構(gòu)和廠(chǎng)家在研究整個(gè)測(cè)量流程的時(shí)候都或多或少的遇到了各種各樣的難題，但每個(gè)廠(chǎng)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(jì)量系統(tǒng)，在測(cè)量的過(guò)程中就會(huì)遇到原油起泡的問(wèn)題，如果分離器內(nèi)的氣液分離效果不好，含水量的測(cè)量值就會(huì)不精確，甚至出現(xiàn)較大的偏差，多相流計(jì)量機(jī)的性能也會(huì)受到影響。而采用微波、電感和電容技術(shù)實(shí)現(xiàn)多相流測(cè)量的流量計(jì)，它又只有滿(mǎn)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(huì)影響測(cè)量的精度出現(xiàn)大幅度的改變。
目前有部分多相流計(jì)量計(jì)測(cè)量采用的是混合器的測(cè)量方式，它的測(cè)量要求在一定的時(shí)間和空間內(nèi)要有穩(wěn)定而均勻的測(cè)量物質(zhì)?；旌闲Ч暮脡臅?huì)直接影響到測(cè)量的結(jié)果，核子技術(shù)也普遍的被用于多相流測(cè)量技中，一般會(huì)用它來(lái)測(cè)量混合流體中的氣體含量，也可以用來(lái)測(cè)定液體中的含水率。雖然目前的測(cè)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(diǎn)問(wèn)題。目前雙能系統(tǒng)以非插入方式也被應(yīng)用于測(cè)量計(jì)中，它主要用來(lái)測(cè)量全組分范圍內(nèi)液體的測(cè)量水以及氣體的百分含量，但是有以下幾個(gè)問(wèn)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(shí)候，一般情況下不容易確定，這會(huì)給測(cè)量的精度帶來(lái)一定的影響。雙能技術(shù)測(cè)量的原理是通過(guò)測(cè)量水和油質(zhì)量吸收系數(shù)的差別來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)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(huì)影響到測(cè)量存在差異。
總之，目前所有的測(cè)量技術(shù)都有其存在的有點(diǎn)，也有其缺點(diǎn)。我們只有通過(guò)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)分析，提高在整個(gè)流量組分和流體計(jì)量的準(zhǔn)確性。
2 具有代表性的多相流量計(jì)
目前，有很多國(guó)家都和公司都投入了大量的人力和物力進(jìn)行多相流計(jì)量技術(shù)的研究和公關(guān)工作，有的已經(jīng)在油田試驗(yàn)取得成功，有的已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，這里就介紹下幾種應(yīng)用較為廣泛的流量計(jì)。
2.1美國(guó)Texaco公司的海底多相流量計(jì)
Texaco公司的多相流量計(jì)的系統(tǒng)組成可以分為兩部分，其中一個(gè)是利用裝在取樣回路上的微波含水分析儀來(lái)測(cè)定含水率，它可以準(zhǔn)確的測(cè)得流體中的含水率。一個(gè)是存放在海底的重力分離器，它的主要工作是對(duì)對(duì)油井產(chǎn)出液進(jìn)行氣、液兩相分離，通過(guò)分離后得到的液體被裝在氣出口的流量計(jì)測(cè)量，可以得出氣體的含量，總液量則用一個(gè)差壓流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，這些數(shù)據(jù)再加上測(cè)得的溫度值、壓力，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)一步運(yùn)算即可計(jì)算出油、氣、水的流量。
2.2美國(guó)Agar公司的MpFM-301多相流量計(jì)
MpFM-301多相流量計(jì)采用的是利用不同類(lèi)型的流量傳感器進(jìn)行多相流的氣、液兩相計(jì)量，用由兩個(gè)文丘里管組成的雙動(dòng)量流量計(jì)來(lái)測(cè)的流體總的質(zhì)量，同時(shí)可以測(cè)出流體的流量，另外再用一臺(tái)容積式流量計(jì)來(lái)測(cè)量多相流的總體積以及流量，通過(guò)這些測(cè)得的數(shù)據(jù)可計(jì)算出多相流的氣、液流量。最后再加上一個(gè)專(zhuān)用微波原油含水分析儀，通過(guò)該儀器可以測(cè)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(cè)出混合液中的含水率。這樣通過(guò)數(shù)據(jù)分析即可得出油、氣、水各單相流量。
2.3美國(guó)MFI公司的LP多相流量計(jì)
LP多相流量計(jì)由兩部分儀表組成：一個(gè)測(cè)量混合物密度的射線(xiàn)密度計(jì)和一個(gè)測(cè)量多相流混合物介電常數(shù)的微波檢測(cè)器組成的組分計(jì)構(gòu)成了測(cè)得各組份質(zhì)量百分比的測(cè)量系統(tǒng)，油、氣、水各相所占的質(zhì)量百分比均可以通過(guò)它測(cè)得;另一部分測(cè)得的數(shù)據(jù)是通過(guò)測(cè)量多相流速度的流量計(jì)得到，利用在兩個(gè)已知軸線(xiàn)距離的橫截面之間做快速微波介電測(cè)量，從而通過(guò)時(shí)間和距離得出流速。這樣，油、氣、水各單相流量就可通過(guò)這些數(shù)據(jù)獲得。
3 對(duì)多相流計(jì)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(guò)不斷發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)的積累，我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)計(jì)量較為準(zhǔn)確的測(cè)量系統(tǒng)。但與人們通常所熟悉的單相計(jì)量?jī)x表所能達(dá)到的指標(biāo)相比較，多相流量計(jì)所達(dá)到的不確定度仍與分體計(jì)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(shí)間來(lái)看未來(lái)的每種多相流量計(jì)只能應(yīng)用于某一特定的區(qū)域，從另一方面來(lái)說(shuō)就是高含水井和氣舉井需要應(yīng)用到不同的多相流測(cè)量計(jì)。
隨著多相流計(jì)量技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，傳統(tǒng)的分離式流量計(jì)會(huì)逐步退出到實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，具有更多智能分析能力的多相流量計(jì)系統(tǒng)會(huì)更為廣泛，并會(huì)有新的技術(shù)不斷的被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。應(yīng)用智能多相流量計(jì)系統(tǒng)，在將來(lái)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(jì)的狀態(tài)并測(cè)得流體的質(zhì)量，在計(jì)量領(lǐng)域會(huì)帶來(lái)更為可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。所以個(gè)人認(rèn)為計(jì)量技術(shù)的發(fā)展會(huì)有一個(gè)更為廣闊的空間，也期待有更多的新技術(shù)被實(shí)際應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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多相流檢測(cè)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(zhǎng)度長(zhǎng)，單井產(chǎn)量高，使沒(méi)有開(kāi)采價(jià)值的油藏具有工業(yè)價(jià)值，使一大批死井復(fù)活，對(duì)于開(kāi)采像大牛地氣田這樣的低滲透油氣藏具有重要意義。在對(duì)水平井水平段壓裂過(guò)程中，整個(gè)壓裂過(guò)程是一種水平變質(zhì)量多相流動(dòng)，該流動(dòng)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(duì)主流流動(dòng)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(duì)壓裂過(guò)程中變質(zhì)量多相流進(jìn)行分析，對(duì)影響壓降的原因進(jìn)行分析，并且對(duì)壓降進(jìn)行計(jì)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(lèi)號(hào)：TD84 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(cuò)疊合發(fā)育，儲(chǔ)層非均質(zhì)較強(qiáng)，氣藏內(nèi)部差別較大。為了提高氣井產(chǎn)量，就需要對(duì)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(duì)壓裂過(guò)程中，多相流規(guī)律的研究對(duì)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(dòng)。流體一一種相同的前緣流經(jīng)幾乎整個(gè)流動(dòng)區(qū)域。
層流：流速稍加增加后，流速剖面開(kāi)始改變?？拷?或者槽，或者裂縫)壁的流體流動(dòng)最慢而管子中間的流體流動(dòng)最快。流速隨著到管壁的距離而變化。層流一成為線(xiàn)性流。
紊流：當(dāng)流速繼續(xù)增加時(shí)，流動(dòng)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(diǎn)是產(chǎn)生一系列的小漩渦和旋流，且沿著整個(gè)相同的方向移動(dòng)。
流體流動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦壓力(阻力)幾乎完全取決于流動(dòng)方式。因此，確定流體的流動(dòng)方式對(duì)壓力損失的計(jì)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(guò)程中多相流的流動(dòng)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(méi)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(guò)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(wú)機(jī)鹽類(lèi)兼容性能，其水溶液能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)一價(jià)鹽離子(Na+、K+、Cl-等)表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐受性，如食鹽的濃度可高達(dá)60%;但高價(jià)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(dòng)方式造成能量損失的機(jī)理整體變化很大，所以它對(duì)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(dòng)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(duì)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(dòng)方式類(lèi)型很重要，因?yàn)獒槍?duì)不同的流動(dòng)方式，要采用不同的方法來(lái)計(jì)算磨阻。
3.1 摩擦壓降的預(yù)測(cè) 范寧方法使用摩擦系數(shù)f來(lái)計(jì)算流體磨阻：
3.2 支撐劑對(duì)流動(dòng)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(huì)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(shí)粘度相對(duì)增加，因?yàn)轭w粒變多之后，顆粒之間相互碰撞的機(jī)會(huì)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(shí)，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(jī)會(huì)增加，從而使粘度相應(yīng)增加;同時(shí)，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(duì)粘度的影響：
4 實(shí)例應(yīng)用
4.1 施工井基本數(shù)據(jù) 根據(jù)XX井現(xiàn)場(chǎng)錄井成果，本井水平段總長(zhǎng)度為1200m;鉆遇砂巖總長(zhǎng)度為1023m，占水平段總長(zhǎng)度的85.25%;鉆遇具有全烴顯示的砂巖總長(zhǎng)度為859m，占水平段總長(zhǎng)度的71.58%;鉆遇泥巖段總長(zhǎng)度為177m，占水平段總長(zhǎng)度的14.75%。整個(gè)壓裂設(shè)備看成一個(gè)整體，壓裂液從壓裂設(shè)備中流進(jìn)井筒并到井底的流動(dòng)是看成第一個(gè)階段，壓裂液壓開(kāi)地層直至進(jìn)入地層為第二個(gè)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(shí)，在垂直井段里面的流動(dòng)，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(duì)壓裂液的阻力。通過(guò)伯努利方程：
可以計(jì)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(méi)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(shí)，流體受四個(gè)力影響：重力、油管對(duì)流體的支撐力、摩擦力、剩余壓力對(duì)流體的推力。重力與油管對(duì)流體的支撐力平衡，壓裂液的流動(dòng)影響只有摩擦力和剩余壓力對(duì)流體的推力。當(dāng)壓裂液流出滑套，有一個(gè)摩擦損失;壓開(kāi)地層并進(jìn)入地層，在地層中，受重力、裂縫對(duì)壓裂液的擠壓力、摩擦阻力。
通過(guò)對(duì)XX井壓裂參數(shù)的計(jì)算，得到在壓裂過(guò)程中流體的雷諾數(shù)曲線(xiàn)與壓裂施工曲線(xiàn)如圖1、圖2。
由圖1、圖2可以看出，壓裂的整個(gè)過(guò)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(shí)，當(dāng)加砂時(shí)，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(shuō)明攜砂液與地層接觸越多，沙子對(duì)裂縫填充越深，越寬，越高。
5 認(rèn)識(shí)與提高
通過(guò)對(duì)壓裂過(guò)程變質(zhì)量多相流的計(jì)算與分析，得到以下結(jié)論：①壓裂過(guò)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(guò)雷諾數(shù)，可以判斷磨阻的變化，地層壓開(kāi)裂縫的鋪砂情況，同時(shí)也進(jìn)一步證明了壓裂施工中通過(guò)油套壓來(lái)判斷壓裂效果的正確性。
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