[发明专利]双垂直脉冲透射式超声传感器持气率测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及油田动态监测领域油井油气水三相流持气率测量方法。

背景技术

随着我国早期陆上油田进入中晚期开采阶段，由于抽油机井内流压普遍小于流体泡点压力时，致使溶解在原油中的天然气从油相中分离出来，形成油井内形成油气水三相流。此外，注气增产措施也会使气体从油气储集层流进井内形成油气水三相流。为了及时掌握油井生产动态变化，油井油气水三相流产出剖面测井技术成为油田开发过程中的重要监测技术手段。准确测量井内油气水三相流持气率参数对合理调整油田开发方案及提高原油采收率具有重要实际意义。

以水为连续相的油井油气水三相流具有两个独立分散相(气泡、油滴)，其相间界面相互作用机制十分复杂，相间滑脱现象极为显著，导致油气水三相流多呈非均匀分布特性，持气率测量难度很大。常规油井测试常使用集流伞将井内流体集流(即采用集流型测量方案)。一般集流通道内径为20mm，集流目的是增大流体流速和湍动能量，使分散相更趋均匀分布。尽管如此，油气水三相流分散相的持气率测量仍面临很大挑战。迄今，亦无法直接从数学物理模型实现对油气水三相流持气率的准确控制与预测。

常规的持气率测量方法有射线法、差压法、光学法、超声法等。由于在油气水三相流中存在两个分散相(气相及油相)，为检测油井三相流中的持气率，需要选择仅对气相敏感的传感器测量手段。考虑到气相与液相(水或油)之间具有显著的声阻抗差异，基于超声波在被测介质中反射、透射、衰减等物理特性差异的超声传感器可实现对持气率(气相体积浓度)的有效测量。此外，由于超声传感器不受流体矿化度及导电特性影响，其在三相流持气率测量中具有应用优势。

发明内容

本发明提出一种能够利用脉冲透射式超声传感器测量持气率方法，该方法可对管道中水为连续相的油气水三相流泡状流、段塞流及混状流在沿管道径向相互垂直的两个方向上持气率进行有效测量。技术方案如下：

一种双垂直脉冲透射式超声传感器持气率测量方法，包括下列步骤：

(1)设计双垂直脉冲透射式超声传感器，包括两路采用谐振频率相应的触发电脉冲作为激励源的脉冲透射式超声传感器，将双垂直脉冲透射式超声传感器安装在垂直上升油气水三相流管道内的同一个管道截面上，超声传感器发射端面和接收端面嵌入到管道内壁；

(2)当三相流流过超声传感器时，采集两路超声传感器输出信号，并提取每个脉冲触发周期内的声波首脉冲幅值最大值，即能量最大值作为该路一次触发采集到的信号，经过多次触发采集，获取两路超声传感器接收端声波脉冲最大值序列；

(3)将管道内段塞流和混状流条件下测得的超声传感器最大值序列分离出气塞部分对应的声波序列和液塞部分对应的声波序列；视气塞部分对应的持气率为100％，液塞部分对应的持气率采用泡状流持气率计算模型提取；

(4)将气塞部分与液塞部分对应的持气率进行综合平均，获得三种流型下每一路通道的平均持气率；

(5)将双垂直的两路通道持气率进行平均求得整个管道内的平均持气率。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)本发明涉及的双垂直脉冲透射式超声传感具有结构简单、响应速度快、稳定性高与便于井下仪器安装等优点。

(2)本发明的持气率测量法可适用于垂直上升小管径内油气水三相流泡状流、段塞流、混状流条件下沿两个径向相互垂直方向上的持气率有效同步测量，将两个方向上持气率进行平均获取整个管截面持气率，可有效减小由于流型分布非均匀导致的持气率测量误差。

附图说明

图1是双垂直脉冲透射式超声传感器几何参数结构图：(a)示意图；(b)截面图。

图2(a)(b)(c)分别是油气水三相流泡状流、段塞流及混状流三种流型的超声传感器两路接收通道脉冲最大值序列信号图。

图3的(a)列和(b)列分别是油气水三相流段塞流及混状流流型的超声传感器两路接收通道最大值序列分离出的液塞部分最大值序列信号，各列的第一行的图为A路接收通道,第二行的图为B路接收通道。

图4(a)和(b)分别是利用油气水三相流泡状流测量数据拟合确定两个相互垂直径向方向上超声传播衰减系数过程示意图。

图5(a)(b)(c)分别是油气水三相流泡状流、段塞流及混状流条件下的持气率测量结果与试验装置标定的含气率结果对比图。说明：由于气相与油水混合相之间滑脱效应影响，理论上持气率与含气率并不相等，可以看出，在三种流型下测量的持气率与含气率之间存在大差异，尤其在段塞流及混状流条件下。

图中标号说明：