垂直管中三相流分相含率测量模型研究

　　大庆油田进入中晚期开采以后,为了提高注水、注气效果,以达到优化油井生产目的,必须准确确定油井分层分相含率(含水率、含油率、含气率)的变化。另一方面,转抽后的油井井内流压普遍降低,出现原油脱气现象,注气增产措施也会使井内产气,这些无疑造成了井内油、气、水三相流动局面。随着气相介入,使得油井内流型多变,给产出剖面生产测井技术增加了很　　难度。80年代末,大庆生产测井研究所研制成功了5参数集流型环空三相流测井组合仪(流量、密度、持水率、温度、压力),投入生产后取得了一定的地质应用效果[1,2]。尽管如此,由于井　　内三相流动的复杂性,仪器呈现非线性动态响应特性,有关以确定油、气、水分相含率为目标的三相流测井动态建模技术仍需进一步探讨与研究。本文在运用多相流体力学理论研究成果的基础上,结合集流型环空三相流测井组合仪在模拟井中的动态响应规律,建立了以计算油、气、水分相含率为目标的测量模型。实际模拟井标定结果表明,在较宽流型范围内该模型可对分相含率进行较好预测,为集流型环空三相流测井信息提供了一种新的解释模型。

　　1油、气、水分相含率测量模型

　　建模时把油、气、水三相流动考虑为一维三速度分相流动,集流后过流通道内的相间相对速度对测量的影响可用测量的混合密度ρm与按流量份额配比的流动密度ρn之间的差别来度量,而不是采用传统的滑脱速度概念来表达[3],这对于以流量、密度、持水率为主的三相流测量信息处理可能更为方便。

　　定义各相漂移速度为相速度与三相流平均混合速度之差,即

　　各相漂移通量定义为

　　显然有

　　另外

　　即

　　同理有

　　设测量混合密度ρm为

　　将式(4)、(5)、(6)代入式(7)得

　　即

　　对集流型仪器,集流通道内径d为18 mm,对油水两相流来说,其相间相对运动在流量大于7 m2/d时可以不必考虑[4],这样就有

　　联立式(3)、(10)求得

　　这就是经滑脱校正后计算分相含率的数学模型,由于此分相含率测量模型是基于混合密度ρm与流动密度ρn之间的差异求得的,故称此模型为变密度分相含率测量模型。实际计算中,ρm及Yw可由集流型环空三相流低能源密度计、持水率计直接测得,Yg及Yo可由下两式联立求得

　　流动密度ρn可由ρm及Fr(弗罗德准数)来确定[5](如图1),即