摘要： 為考察現(xiàn)有光纖持氣率計(jì)在油氣水三相流中的響應(yīng)特性，采用多相流標(biāo)定裝置對(duì)其進(jìn)行測(cè)定，系統(tǒng)研究光纖持氣率計(jì)在油量固定不變含水量不同條件下的持氣率響應(yīng)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)油量為5 m3/d、氣量小于10 m3/d時(shí)，持氣率隨含氣量的增大而增大，二者線性變化程度較低；而氣量在10～35 m3/d之間變化時(shí)，持氣率隨含氣量的增大而線性增大。

關(guān)鍵詞： 油/氣/水三相流； 光纖持氣率計(jì)； 持氣率

引言在石油化工行業(yè)中，多相流的存在是十分普遍的現(xiàn)象。在油田地面管道實(shí)現(xiàn)油氣集輸?shù)倪^(guò)程中，管道內(nèi)混合物的流動(dòng)是典型的油氣水三相流。三相流現(xiàn)象在石油、化工、動(dòng)力等工業(yè)中大量存在[14]。石油主要成分是各種芳香烴、環(huán)烷烴、烷烴的混合物，它是古代海洋或湖泊中的生物經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的演化形成，屬于化石燃料[5]。在開(kāi)采原油的過(guò)程中，為了確切知道各油井中原油與天然氣含量與比例，更好地了解不同地層結(jié)構(gòu)條件下，油氣含量的情況，就需要分析油井產(chǎn)出液中各成分的一些參數(shù)，如持氣率。持氣率是指在垂直管道中，在某一長(zhǎng)度的管段內(nèi)氣流相體積與該管道總?cè)莘e的百分比，是三相流測(cè)量中重要參數(shù)之一，由此可見(jiàn)，對(duì)持氣率的測(cè)量研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，傳統(tǒng)測(cè)量持氣率的方法主要有電容法、壓差法和伽馬射線法[6]。電容法測(cè)量持氣率主要有兩種方式：取樣式和環(huán)空式。取樣式傳感器具有分辨能力強(qiáng)、精度高的優(yōu)點(diǎn)，但所取液樣受到井內(nèi)流體分布的影響，只能點(diǎn)測(cè)，對(duì)高產(chǎn)液井，會(huì)使集流器封隔失效不能應(yīng)用。環(huán)空式傳感器可用于連續(xù)測(cè)量，但其分辨能力低，在高含水情況下就會(huì)失去分辨油水的能力。壓差法一般應(yīng)用于油水兩相流測(cè)量，當(dāng)產(chǎn)出重油時(shí)便無(wú)法分辨油和水，而且在高含水情況下的誤差很大。伽馬射線法為取樣式測(cè)量，和取樣式電容法一樣，受到流體分布的影響，并且精度不高。集流型光纖持氣率測(cè)井儀所用的光纖傳感器[79]具有靈敏度高、誤差小、精度高、抗腐蝕、耐高壓、可靠性好、原材料硅資源豐富、電絕緣性能好、可繞曲、防爆、損耗低、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)。本文主要采用集流型光纖持氣率測(cè)井儀，對(duì)油/氣/水三相流持氣率進(jìn)行測(cè)試，從而探索出集流型光纖持氣率測(cè)井儀在測(cè)量油/氣/水三相流時(shí)，當(dāng)油水總量固定不變的情況下持氣率的響應(yīng)規(guī)律。1光纖探針持氣率測(cè)量原理圖1為光纖探針?lè)ǖ臏y(cè)量原理示意圖，它是基于氣相和液相對(duì)光的折射率不同來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。當(dāng)光纖探針與氣相接觸時(shí)，入射光在棱鏡上發(fā)生全反射，經(jīng)反射光纖投射到光電轉(zhuǎn)換器上，光電轉(zhuǎn)換器輸出高電平；當(dāng)光纖探針和水或油相接觸時(shí)，入射光在棱鏡上被折射出去，無(wú)足夠強(qiáng)度的光投射到光電轉(zhuǎn)換器上，光電轉(zhuǎn)換器輸出低電平[10]。基于光纖探針的這種特性，當(dāng)油氣水三相流體交替流過(guò)時(shí)，光電轉(zhuǎn)換器就會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并且輸出隨時(shí)間連續(xù)變化的電壓信號(hào)，通過(guò)對(duì)此電壓信號(hào)進(jìn)行處理，探頭所處區(qū)域的持氣率即可得出。

2實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)在大慶油田多相流實(shí)驗(yàn)裝置上完成，光纖探針安裝在測(cè)量?jī)x器的最下面。把光纖持氣率測(cè)井儀放在多相流、專用實(shí)驗(yàn)裝置中，研究在油/氣/水三相流油水總量一定而油水配比不同的環(huán)境下持氣率的響應(yīng)規(guī)律。圖2為大慶油田多相流模擬井裝置結(jié)構(gòu)示意圖[1113]。

2.1測(cè)量裝置各部分簡(jiǎn)介（1）貯液罐貯液罐由貯水罐、貯油罐和四級(jí)分離灌組成。模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)所使用的流體為柴油和清水。柴油和清水分別用貯油罐和貯水罐儲(chǔ)存。做完實(shí)驗(yàn)后的油水混合物由四級(jí)分離罐來(lái)完成，對(duì)油水進(jìn)行分離。方便以后做實(shí)驗(yàn)，循環(huán)使用。

（2）壓力源油泵和水泵是壓力源的組成部分，油泵的作用將貯油罐中的油壓到穩(wěn)壓罐中，水泵的作用將貯水罐中的水壓到穩(wěn)壓罐中，以備實(shí)驗(yàn)所需。（3）穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓罐的作用很大，主要用來(lái)穩(wěn)定多相流實(shí)驗(yàn)裝置井筒內(nèi)的壓力，保證流量的順利供應(yīng)。（4）管線主要是用來(lái)連接儲(chǔ)水罐、儲(chǔ)油罐、穩(wěn)壓罐、分離罐等裝置的管線。（5）閘門(mén)用來(lái)控制流體的流量開(kāi)關(guān)和流量大小。調(diào)節(jié)模擬實(shí)驗(yàn)所需油和水。（6）標(biāo)準(zhǔn)渦輪測(cè)量油和水的標(biāo)準(zhǔn)流量，從而檢測(cè)所研制的流量測(cè)量?jī)x器是否適用。

2.2油、水的計(jì)量與分離標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和流量調(diào)節(jié)閥門(mén)是用來(lái)計(jì)量油流量、水流量、油水總流量的，其裝置在油管道、水管道上。在模擬井筒中壓力源是穩(wěn)定的，要得到不同配比時(shí)含水率的精確數(shù)值，可通過(guò)調(diào)節(jié)流量閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中，可通過(guò)裝置上的流量計(jì)精確地得知油水各相的流量和含水率。最終以測(cè)出實(shí)際的持氣率值。其中流量計(jì)精確計(jì)量范圍為：0.3～1 000 m3/d，精度：0.1 m3/d。要得到不同配比時(shí)油、水流量的精確數(shù)值，可通過(guò)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)。氣量精度范圍為：0～2 000 m3/d，精度：0.1 m3/d。

4結(jié)論本文利用多相流實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)集流型光纖持氣率測(cè)井儀進(jìn)行了油/氣/水三相流動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)考察了儀器的響應(yīng)特性和規(guī)律，獲得主要結(jié)論如下：（1）在集流的條件下，使用光纖持氣率測(cè)井儀在油量固定不變，不同含水環(huán)境下，對(duì)持氣率進(jìn)行測(cè)量，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出測(cè)量值基本吻合實(shí)際含氣量值；（2）當(dāng)集流型光纖持氣率測(cè)井儀在5 m3/d油環(huán)境下，在含氣量小于10 m3/d時(shí)，持氣率曲線的線性程度較低；含氣量在10～35 m3/d之間變化時(shí)，持氣率隨含氣量的增大而線性增大，具有較好的線性；（3）集流型光纖持氣率測(cè)井儀測(cè)量結(jié)果具有較好的重復(fù)性和可靠性，從圖5可以得出此儀器不適用于高含油的環(huán)境。

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