多相流檢測技術論文
伴隨著石油工業的不斷髮展，孕育出了管道多相流技術.小編為大家整理的，希望你們喜歡。
篇一
國內外多相流計量技術的發展
摘要 伴隨著石油工業的不斷髮展，石油的開發已由較容易開發的內陸地區向深海及沙漠地區發展，並孕育出了管道多相流的輸送技術.本文就今年來多相流計量技術的發展作了簡單的歸納.
關鍵詞 多相流;計量技術;流量計
中圖分類號TE3 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708***2012***78-0071-02
60年代開始人們就對多種存在形式的流體在同一輸送管中的輸送狀態作了研究，由於當時工業水平的限制，多相流輸送技術一直存在缺陷，其中最為核心的是多相流的計量技術。近年來，隨著計算機技術的快速發展，以油氣水混輸技術為代表的多相混輸技術不斷髮展，多相流的相關測量技術得到了極大的進步，因而可以使該技術能夠在目前的生產中應用。加之目前油田開發逐步進入海洋，又使得該技術有了更為廣闊的應用空間，同時也促進了該技術的發展。國內外公司相繼投入大量的資金研發多相流計量計，並廣泛的實驗與應用。
多相流的技術發展，實現了進口原油的多相流計量，與傳統的分離計量相比，有了極大的提高。這一技術實現了油田井口計量技術里程碑式的改進。傳統分離計量裝置需要極大的投資，通過改進後的技術，可以實現裝置的小投入，帶來了可觀的經濟效益。在沙漠和深海的油田開發中，由於其具有工藝簡單，計量精確的特點，更容易產生經濟效益，故而應用也更為廣泛，所以本文在這裡簡要介紹了國內外多相流計量技術的發展歷程，並就現在多相流測量技術的發展作了簡要的介紹。
1多相流計量技術現狀
多相流的測量技術在開發上面也有很多的技術難題，不少的研究機構和廠家在研究整個測量流程的時候都或多或少的遇到了各種各樣的難題，但每個廠家均在其自己研究的產品上獲得了突破，解決了相應的技術難題。比如利用小型取樣分離技術的多相計量系統，在測量的過程中就會遇到原油起泡的問題，如果分離器內的氣液分離效果不好，含水量的測量值就會不精確，甚至出現較大的偏差，多相流計量機的效能也會受到影響。而採用微波、電感和電容技術實現多相流測量的流量計，它又只有滿足在油連續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徵出現變化或是不存在，往往會影響測量的精度出現大幅度的改變。
目前有部分多相流計量計測量採用的是混合器的測量方式，它的測量要求在一定的時間和空間內要有穩定而均勻的測量物質。混合效果的好壞會直接影響到測量的結果，核子技術也普遍的被用於多相流測量技中，一般會用它來測量混合流體中的氣體含量，也可以用來測定液體中的含水率。雖然目前的測量技術有了飛速的發展，還面臨著許多的技術難題，上述技術都還存在著難點問題。目前雙能系統以非插入方式也被應用於測量計中，它主要用來測量全組分範圍內液體的測量水以及氣體的百分含量，但是有以下幾個問題要注意。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。二是在確定質量吸收係數的時候，一般情況下不容易確定，這會給測量的精度帶來一定的影響。雙能技術測量的原理是通過測量水和油質量吸收係數的差別來實現計量，往往這種差別只有光能的百分之幾，因此任何質量吸收係數的偏差都會影響到測量存在差異。
總之，目前所有的測量技術都有其存在的有點，也有其缺點。我們只有通過大量的試驗資料來分析，提高在整個流量組分和流體計量的準確性。
2 具有代表性的多相流量計
目前，有很多國家都和公司都投入了大量的人力和物力進行多相流計量技術的研究和公關工作，有的已經在油田試驗取得成功，有的已經應用於實際生產，這裡就介紹下幾種應用較為廣泛的流量計。
2.1美國Texaco公司的海底多相流量計
Texaco公司的多相流量計的系統組成可以分為兩部分，其中一個是利用裝在取樣迴路上的微波含水分析儀來測定含水率，它可以準確的測得流體中的含水率。一個是存放在海底的重力分離器，它的主要工作是對對油井產出液進行氣、液兩相分離，通過分離後得到的液體被裝在氣出口的流量計測量，可以得出氣體的含量，總液量則用一個差壓流量計進行測量，這些資料再加上測得的溫度值、壓力，通過計算機軟體進一步運算即可計算出油、氣、水的流量。
2.2美國Agar公司的MpFM-301多相流量計
MpFM-301多相流量計採用的是利用不同型別的流量感測器進行多相流的氣、液兩相計量，用由兩個文丘裡管組成的雙動量流量計來測的流體總的質量，同時可以測出流體的流量，另外再用一臺容積式流量計來測量多相流的總體積以及流量，通過這些測得的資料可計算出多相流的氣、液流量。最後再加上一個專用微波原油含水分析儀，通過該儀器可以測定進行含水率，該含水分析儀可在同一流體中存在氣相的條件下測出混合液中的含水率。這樣通過資料分析即可得出油、氣、水各單相流量。
2.3美國MFI公司的LP多相流量計
LP多相流量計由兩部分儀表組成：一個測量混合物密度的射線密度計和一個測量多相流混合物介電常數的微波檢測器組成的組分計構成了測得各組份質量百分比的測量系統，油、氣、水各相所佔的質量百分比均可以通過它測得;另一部分測得的資料是通過測量多相流速度的流量計得到，利用在兩個已知軸線距離的橫截面之間做快速微波介電測量，從而通過時間和距離得出流速。這樣，油、氣、水各單相流量就可通過這些資料獲得。
3 對多相流計量技術的展望
石油工業領域對多相流技術的發展寄予了極大的期望，通過不斷髮展的經驗技術的積累，我們已經開發出來計量較為準確的測量系統。但與人們通常所熟悉的單相計量儀表所能達到的指標相比較，多相流量計所達到的不確定度仍與分體計量技術相當。
目前多相流技術發展雖然取得了里程碑式的發展，但從短時間來看未來的每種多相流量計只能應用於某一特定的區域，從另一方面來說就是高含水井和氣舉井需要應用到不同的多相流測量計。
隨著多相流計量技術的不斷髮展進步，傳統的分離式流量計會逐步退出到實際應用領域，具有更多智慧分析能力的多相流量計系統會更為廣泛，並會有新的技術不斷的被開發和應用。應用智慧多相流量計系統，在將來不僅可以為我們提供多相流的流量資訊，還可以提供流量計的狀態並測得流體的質量，在計量領域會帶來更為可觀的經濟效益。所以個人認為計量技術的發展會有一個更為廣闊的空間，也期待有更多的新技術被實際應用。
參考文獻
[1]吳浩江.油氣水多相流流型智慧識別的研究[D].西安：西安交通大學，1999.
[2]金英.多相流計量研究的現狀[J].國外油田工程，1997***13***6：39-42.
[3]顧春來，董守平.石油工業多相流測試技術進展[J].石油規劃設計，1998，9***4***.
篇二
水平井壓裂變質量多相流分析
摘要： 水平井井眼穿透油層的長度長，單井產量高，使沒有開採價值的油藏具有工業價值，使一大批死井復活，對於開採像大牛地氣田這樣的低滲透油氣藏具有重要意義。在對水平井水平段壓裂過程中，整個壓裂過程是一種水平變質量多相流動，該流動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，對主流流動的附加阻力不同，從而導致流道中的壓降分佈變化很大。本文將對壓裂過程中變質量多相流進行分析，對影響壓降的原因進行分析，並且對壓降進行計算，為以後的壓裂提供理論支援。
關鍵詞： 水平井壓裂;變質量多相流;壓降;雷諾數
中圖分類號：TD84 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311***2014***24-0040-02
0 引言
大牛地氣田是低壓低滲緻密期藏，氣田自上而下發育了太1、太2、山1、山2、盒1、盒2和盒3七套氣層，埋深***2500-2900***m。氣層縱向上交錯疊合發育，儲層非均質較強，氣藏內部差別較大。為了提高氣井產量，就需要對水平井進行壓裂改造。而壓裂改造中，由於水平井完井方式不同、完井引數不同、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入地層，所以，對壓裂過程中，多相流規律的研究對壓裂施工有重要意義。
1 多相流的流態
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。流體一一種相同的前緣流經幾乎整個流動區域。
層流：流速稍加增加後，流速剖面開始改變。靠近管***或者槽，或者裂縫***壁的流體流動最慢而管子中間的流體流動最快。流速隨著到管壁的距離而變化。層流一成為線性流。
紊流：當流速繼續增加時，流動區域的流速差別變得不可持續，於是流體分解為紊流。其特點是產生一系列的小漩渦和旋流，且沿著整個相同的方向移動。
流體流動所產生的摩擦壓力***阻力***幾乎完全取決於流動方式。因此，確定流體的流動方式對壓力損失的計算很重要。
1.2 雷諾數 可以使用雷諾數***Re***查詢確認壓裂過程中多相流的流動方式，關係如下：
2 壓裂液效能
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出典型的纏繞生物聚合物的性質，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，沒有屈服應力。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，具體粘度取決於粒度、製備條件及溫度，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，不過也能以有限的溶解度溶解於與水混溶的溶劑中，如乙醇溶液中。此外由於瓜爾膠的無機鹽類相容效能，其水溶液能夠對大多數一價鹽離子***Na+、K+、Cl-等***表現出較強的耐受性，如食鹽的濃度可高達60%;但高價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範圍內隨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
由於流動方式造成能量損失的機理整體變化很大，所以它對摩擦壓力***阻力***產生極大的影響。在柱塞流和紊流中，主要的能量損失應歸結於流體和流動通道壁之間的磨阻效應***通常是管子，也可能是槽，甚至裂縫***。
對紊流而言，情況要複雜得多。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，知道流體正在經歷的流動方式型別很重要，因為針對不同的流動方式，要採用不同的方法來計算磨阻。
3.1 摩擦壓降的預測 範寧方法使用摩擦係數f來計算流體磨阻：
3.2 支撐劑對流動磨阻的影響 支撐劑的粒徑、粒徑分佈以及支撐劑的體積分數都會影響攜砂液的流變效能，流變效能中特別是粘度與支撐劑的粒徑有很大關係。
如果在液體中支撐劑的總質量保持不變，單粒徑變小，那麼體系內的顆粒數量增加，這時粘度相對增加，因為顆粒變多之後，顆粒之間相互碰撞的機會增加，阻力就增加，因此粘度增加;而高剪下速率下，這種影響被破壞，從而使粘度降低。
當固體顆粒在系統中體積分數增加時，顆粒聚集更加緊密，其中自由度也就更加小，顆粒相互作用機會增加，從而使粘度相應增加;同時，體積分數還影響著剪下速率。Krieger-Dougherty方程描述體積分數對粘度的影響：
4 例項應用
4.1 施工井基本資料 根據XX井現場錄井成果，本井水平段總長度為1200m;鑽遇砂岩總長度為1023m，佔水平段總長度的85.25%;鑽遇具有全烴顯示的砂岩總長度為859m，佔水平段總長度的71.58%;鑽遇泥岩段總長度為177m，佔水平段總長度的14.75%。整個壓裂裝置看成一個整體，壓裂液從壓裂裝置中流進井筒併到井底的流動是看成第一個階段，壓裂液壓開地層直至進入地層為第二個階段。
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。假設水平井只有垂直段和水平段，當壓裂液是純壓裂液時，在垂直井段裡面的流動，主要受壓裂裝置施加的壓力、壓裂液自身重力、井筒內壁對壓裂液的阻力。通過伯努利方程：
可以計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為井壁摩擦力產生的阻力。在垂直井筒中，假設沒有漏失等情況，壓裂液的密度視為不變。
當壓裂液流經水平段時，流體受四個力影響：重力、油管對流體的支撐力、摩擦力、剩餘壓力對流體的推力。重力與油管對流體的支撐力平衡，壓裂液的流動影響只有摩擦力和剩餘壓力對流體的推力。當壓裂液流出滑套，有一個摩擦損失;壓開地層並進入地層，在地層中，受重力、裂縫對壓裂液的擠壓力、摩擦阻力。
通過對XX井壓裂引數的計算，得到在壓裂過程中流體的雷諾數曲線與壓裂施工曲線如圖1、圖2。
由圖1、圖2可以看出，壓裂的整個過程雷諾數都大於2000，所以可以得出XX井的壓裂都在紊流當中;同時，當加砂時，雷諾數出現明顯的增加，而且砂比越高，雷諾數越大，紊流越厲害。由公式***7***得到，隨著雷諾數的增加，壓裂中磨阻也在增加，壓力損失越大，說明攜砂液與地層接觸越多，沙子對裂縫填充越深，越寬，越高。
5 認識與提高
通過對壓裂過程變質量多相流的計算與分析，得到以下結論：①壓裂過程中，變質量多相流主要為紊流;②加砂壓裂中，隨著砂比的增加，碰撞次數增加，粘度增加。③通過雷諾數，可以判斷磨阻的變化，地層壓開裂縫的鋪砂情況，同時也進一步證明了壓裂施工中通過油套壓來判斷壓裂效果的正確性。
參考文獻：
[1]王繼波，胥元剛，張蔚紅.水平井壓裂機理研究進展[J].西部探礦工程，2010***02***.
[2]馮彥田，王繼波，胥元剛.水平井壓裂起裂規律研究現狀[J]. 內蒙古石油化工，2009***21***.
[3]張子明.水平井壓裂技術發展現狀[J].中外能源，2009***09***.