一種基于雙環(huán)電導(dǎo)探針陣列的水平井持水率測量方法
【專利說明】一種基于雙環(huán)電導(dǎo)探針陣列的水平井持水率測量方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多相流檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是針對中低產(chǎn)液水平井，提出的一種基于 雙環(huán)電導(dǎo)探針陣列的持水率測量方法，提高水平井中油水兩相流的持水率測量精度和可靠 性。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 在油氣田開采生產(chǎn)中，生產(chǎn)測井的主要任務(wù)是對產(chǎn)出井的流動剖面進(jìn)行動態(tài)監(jiān) 測，以了解產(chǎn)層出力狀況和流體組分含量，為油田挖潛與細(xì)化管理提供依據(jù)。油水分相流量 的測量對監(jiān)測各產(chǎn)層產(chǎn)出、估計油產(chǎn)量、指導(dǎo)油井注采、提高采收率、節(jié)約能耗以及預(yù)測油 井開發(fā)壽命等方面具有重要的作用。然而，油水分相流量直接測量難度較大，國內(nèi)油田通常 采用測量總流量和持水率的方法近似得到油水的分相流量。因此，持水率是產(chǎn)出剖面測井 中一個非常重要的多相流參數(shù)。近年來隨著石油生產(chǎn)開采的深入，國內(nèi)大多數(shù)陸上注水油 井已經(jīng)入高含水階段，現(xiàn)有的測井儀在分辨率與精度方面難以滿足要求，高精度的水平井 持水率測井儀的研制迫在眉睫。另外，由于水平管道中油水流型多變，且相間存在復(fù)雜的界 面效應(yīng)和滑脫現(xiàn)象。因此，水平井持水率的高精度測量仍是極具挑戰(zhàn)性的工作。
[0003] 研究學(xué)者對水平井持水率的高精度測量進(jìn)行了大量的研究，相繼提出了電容法、 電導(dǎo)法、探針法、射線法、電學(xué)層析成像法以及軟測量法等方法。其中，探針法是通過測量探 針處流體導(dǎo)電性的電壓響應(yīng)值來確定該點的介質(zhì)分布，進(jìn)行持水率的測量，主要包括電導(dǎo) 探針法、光纖探針法和電容探針法。電導(dǎo)探針因其廉價性和可靠性，被廣泛應(yīng)用到油田生產(chǎn) 測井中。針對大斜度井及水平井，British Petroleum公司和Schlumberger公司聯(lián)合進(jìn)行產(chǎn) 出液持率測量儀器的研發(fā)，先后研制了四探針的DEFT，及其升級產(chǎn)品八探針的FLOView Plus。測量原理都是利用油水導(dǎo)電性的差異，并根據(jù)探針浸沒水中的時間與總測量時間之 比來確定局部持水率（參考文獻(xiàn)：Halford F R，Mackay S,Barnet S，et al.A Production Logging Measurement of Distributed Local Phase Holdup[C]. Stavanger,Norway: 1996)。國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)的一項發(fā)明專利"一種基于電導(dǎo)探針陣列傳感器的水平井多參 數(shù)估計方法"（ZL201310193498.3)，該發(fā)明專利提出一種對電導(dǎo)探針陣列傳感器的方位角、 水平井的水相電導(dǎo)率和油水界面高度的估計方法，可用于低產(chǎn)液水平井產(chǎn)出剖面持水率的 在線測量和動態(tài)監(jiān)測，而且測量下限低、精度高、可靠性好。
[0004] 在油水兩相流水平管道中，利用探針陣列響應(yīng)直接估計油水界面高度并到持水率 的測量方法，難度較大，而且不能兼顧測量的實時性和精度。本發(fā)明專利針對中低產(chǎn)液水平 井提出了一種利用雙環(huán)電導(dǎo)探針陣列的持水率測量方法，結(jié)合24支探針的響應(yīng)情況和探針 位置分布等信息，計算出水平井中油水兩相流的持水率，并對其進(jìn)行修正優(yōu)化，得到更高精 度的測量值。在不改變探針結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，該方法不僅能降低了持水率測量的誤差，而且簡 單有效，可實施性強(qiáng)，可靠性好，并具有較高的測量精度。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明的目的是針對中低產(chǎn)液水平井油水兩相流提出一種基于雙環(huán)電導(dǎo)探針陣 列的持水率測量方法，不僅魯棒性好，而且還能提高持水率的測量精度。結(jié)合雙環(huán)電導(dǎo)探針 陣列的輸出響應(yīng)和探針的位置分布情況，確定水平井中油水兩相流的持水率。在不增加電 導(dǎo)探針數(shù)量、改變測井儀探針結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提高水平井持水率測量精度和可靠性。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于雙環(huán)電導(dǎo)探針陣列的水平井持水率測量 方法，采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種基于雙環(huán)電導(dǎo)探針陣列的水平井持水率測量方法，其特征在于，步驟如下：
[0008] 第一步，建立從油水界面高度到水平井持水率的數(shù)學(xué)關(guān)系。
[0009] 在中低產(chǎn)液水平井中，油水兩相流出現(xiàn)明顯的分層流動現(xiàn)象，油相靠近管道上壁 流動，水相在管道底部流動。水平井油水兩相分層流的橫截面示意圖如圖1所示，R表示水平 井內(nèi)徑半徑（13)，θ表示水相扇形面圓心角（14)，h代表油水界面高度（15)。水平井的持水率 是任一時刻水相面積占管道橫截面積的百分比，用α表示，即
[0013]則從油水界面高度到水平井持水率的計算式為
[0015] 第二步，建立從電導(dǎo)探針浸沒水中的個數(shù)到水平井持水率的對應(yīng)關(guān)系。
[0016] 雙環(huán)電導(dǎo)探針陣列測井儀如圖2所示，其探針陣列結(jié)構(gòu)（21)如圖3所示，內(nèi)外環(huán)各 有12支探針(23)，按著等角度和等間距均勻分布在半徑為 ri(3lWPr2(32)的內(nèi)外圓環(huán)上，內(nèi) 外環(huán)電導(dǎo)探針按順時針順序排列，編號順序分別是#13_#24和#1-#12(33)，水平管道半徑為 R(13)。假設(shè)水平井油水界面相對穩(wěn)定，根據(jù)測井儀的探針陣列的放置角度不同，分別討論：
[0017] (a)恰有1支探針即#1號探針位于探針陣列圓環(huán)的最低位位置，如圖3(a)所示。油 水界面高度、持水率以及最大的理論誤差分別用d(34)、c^Pe表示，修正后的持水率和最大 誤差分別用α和纟表示。隨油水界面高度上升，
[0018] (i)當(dāng)0 < d<R-r2時，浸沒水中探針個數(shù)為0，持水率值為cn = 〇;
[0019] (ii)當(dāng)d = R-r2時，浸沒水中探針個數(shù)恰為1，且該探針處在油水分界面上，利用式 [3]計算得出持水率為α2;
[0020] 結(jié)合(i)和（i i)，當(dāng)浸沒水中探針個數(shù)為0時，即0 < d<R_r2，將持水率值從cn = 〇修
，則對應(yīng)的最大理論誤差從61 = ?
[0021] (iii)當(dāng)(1 = Κ-η · cos0時，浸沒水中探針個數(shù)恰為3,其中恰有2支探針位于油水 分界面上，利用式[3 ]計算得到持水率為α3;
[0022] 結(jié)合(ii)和（iii)，當(dāng)浸沒水中探針個數(shù)為1時，g卩R-rKcKR-n · cos0時，將持水
，則對應(yīng)的最大理論誤差
[0023] (iv)由和（iii)推出，隨油水界面高度上升，即d從0到2R逐漸增大，依次 出現(xiàn)恰有〇支、1支、3支、4支、6支、8支、10支、14支、16支、18支、20支、21支、23支、24支電導(dǎo)探 針浸沒在水中以及管道全部充滿水的15種情況，得到油水界面高度向量為{d t|t=l， 2, ...，15}，其中，t表示油水界面高度值的序號。根據(jù)式[3]計算得到對應(yīng)的水平井持水率 向量為{ai|i = l，2，. . .，15}，其中，i表示持水率值的序號。將前14種情況下的持水率進(jìn)行 修正，得到持水率修正值向量為{^11 = 1,2,...,14}
?修正后的最大理 論誤差向量為{ei|i = l，2，...，14}
[0024] (b)編號為#1和#12兩支電導(dǎo)探針的中心位于最低位置，如圖3(b)所示。油水界面 高度、持水率以及最大的理論測量誤差分別用λ(35)、β和ζ表示，修正后的持水率和最大誤 差分別用β和ξ表示。隨油水界面高度的上升，即λ從0到2R逐漸增大，依次出現(xiàn)恰有0支、2支、 4支、6支、8支、10支、12支、14支、16支、18支、20支、22支、24支電導(dǎo)探針浸沒在水中以及管道 全部充滿水的14種情況，得到油水界面高度向量為{A s|s = l，2，...，14}，其中，s表示油水 界面高度值的序號。根據(jù)式[3]計算得到對應(yīng)的水平井持水率向量為{的| j = l，2，...，14}， 其中，j表示持水率值的序號。同理，將前13種情況下的持水率進(jìn)行修正，得到持水率修正值 向量為{氏| j = l，2，. ..，13}，其中
。修正后的最大理論誤差向量為Rj| j = l， 2,...,131,
[0025] (c)當(dāng)浸沒水中的探針個數(shù)在(a)和(b)兩種情況中均出現(xiàn)時，使用該個數(shù)在兩種 情況下對應(yīng)持水率值的平均值作為該個數(shù)的持水率值。然后，對于在(a)和(b)兩種情況中 均未出現(xiàn)的個數(shù)，其持水率值用相鄰數(shù)字對應(yīng)持水率的平均值表示，從而建立完整的從浸 沒水中的探針個數(shù)到持水率的對應(yīng)關(guān)系。
[0026] 第三步，確定電導(dǎo)探針浸入在水中的個數(shù)，并獲得相應(yīng)持水率值；
[0027] 根據(jù)24支電導(dǎo)探針的輸出響應(yīng)判斷浸沒在水中的電導(dǎo)探針個數(shù)，并基于以下兩條 準(zhǔn)則對浸沒水中的探針個數(shù)進(jìn)行修正；
[0028] 準(zhǔn)則一:若探針位于油水分界面上，則該探針的輸出響應(yīng)不穩(wěn)定，判定該探針浸沒 在水中；
[0029] 準(zhǔn)則二：當(dāng)確定#m號和#n號探針浸沒在水中后，若某探針的編號位于按 或#m-#13-#n順序排列的序列中，則判定該探針浸沒在水中；
[0030] 然后根據(jù)第二步建立的從浸沒水中電導(dǎo)探針個數(shù)到持水率的對應(yīng)關(guān)系，得到相應(yīng) 的水平井持水率。
[0031] 本發(fā)明專利提出的一種基于雙環(huán)電導(dǎo)探針陣列的水平井持水率測量方法進(jìn)是可 行和有效的，不僅魯棒性好，而且提高持水率的測量精度。
[0032]【說明書附圖】
[0033]圖1是水平井油水兩相分層流的橫截面示意圖，圖中油（11)，水（12)，水平井內(nèi)徑 半徑(13)，水相扇形面圓心角（14)，油水界面高度(15);
[0034]圖2雙環(huán)電導(dǎo)探針陣列測井儀結(jié)構(gòu)圖，圖中電導(dǎo)探針陣列（21)，電導(dǎo)測量電路 (22)，電導(dǎo)探針(23);
[0035] 圖3是探針陣列放置位置示意圖，圖中探針陣列內(nèi)環(huán)半徑(31)，外環(huán)半徑(32)，探 針編號(33)，油水界面高度(34)、（35); 【【具體實施方式】】
[0036] 本實例提出的方法在大慶石油測試服務(wù)分公司測井試井檢測實驗中心的125_內(nèi) 徑水平模擬井中進(jìn)行實驗驗證。實驗用油為柴油，實驗用水為自來水，油水兩相流總流量的 變化范圍為10~200m 3/d，含水率的變化范圍為0~100%，電導(dǎo)探針陣列內(nèi)外環(huán)半徑分別 為68mm和96mm。
[0037] 在水平井中，雙環(huán)電導(dǎo)探針陣列測井儀通過電導(dǎo)測量電路(22)記錄24支電導(dǎo)探針 的輸出，得到油水兩相流的時變電學(xué)特性，獲取浸沒水中的探針個數(shù)，得到水平井持水率。
[0038] -種基于雙環(huán)電導(dǎo)探針陣列的水平井持水率測量方法，其特征在于，步驟如下：
[0039] 第一步，建立從油水界面高度到水平井持水率的數(shù)學(xué)關(guān)系。
[0041]式[1]中，α表示水平井持水率，R表示水平管道內(nèi)徑（13)，h表示油水界面高度 (15)〇
[0042]第二步，建立從電導(dǎo)探針浸沒水