摘要:針對目前油田低產(chǎn)液井數(shù)量增多,測試難度不斷變大的問題,研制一種可以在低流量下進行測試的流量測井儀。在電導相關流量測量原理基礎上,對儀器傳感器結構進行改進,用于低流量條件的測量。對截面相關流量測井儀在多相流實驗裝置進行油水兩相流動態(tài)模擬實驗，總結出截面電導相關流量測井儀在油水兩相流低流量下的響應規(guī)律。實驗數(shù)據(jù)分析表明,截面電導相關流量測井儀在油水兩相流下的 測量范圍為10m3/d以下。
0引言
低產(chǎn)液井具有間歇出液和產(chǎn)液量低等特點,在對油水總量和含水率的測量中，需要對傳統(tǒng)測量技術進行更新,以適應低產(chǎn)液井的測量。電導相關流量測井儀單是針對油田高含水開發(fā)期研制的應用于井下油水兩相流流量測井儀,具有無可動部件和阻流元件5231、儀表常數(shù)穩(wěn)定等優(yōu)點,已經(jīng)應用于現(xiàn)場，并取得了良好的應用效果。但電導相關流量測井儀測量低流量效果不佳,主要因為傳感器結構并非針對低流量設計。
截面相關流量計是在電導相關流量測井儀的基礎.上,對原傳感器的結構進行了優(yōu)化設計,采用 式測量方式降低油水相間滑脫及相分布影響，以提高油水兩相流總流量相關測量的有效性,改善在低流量范圍的測量效果。在多相流模擬裝置上,本文采用油水兩相流開展室內(nèi)動態(tài)實驗,研究截面相關流量計在低流量(0.5~10m3/d)范圍內(nèi)的響應規(guī)律,為該儀器應用到低流量情況下的生產(chǎn)測井中提供借鑒。
1儀器結構與工作原理
1.1傳感器結構
截面相關流量計儀器傳感器的結構如圖1所示,由下至上依次為集流傘、傳感器及電路筒。其中,絕緣筒的內(nèi)側壁上分別鑲嵌下游地電極和上游地電極,下游地電極和上游地電極均為環(huán)狀金屬電極，下游地電極與下游測量電極處于同一水平面上，形成一對下測量電極對;上游地電極與上游測量電極處于同一水平面.上,形成一對上測量電極對。
1.2儀器測量原理
當油水兩相流體從傳感器內(nèi)流過時,流體阻抗的隨機變化對作用在上下游傳感器.上的交變恒定電.流產(chǎn)生隨機調(diào)制作用，上下游傳感器的輸出會隨著調(diào)制作用產(chǎn)生相應的變化，由各自的信號處理電路解調(diào)出隨機流動噪聲信號x(t)和y(t)。2個傳感器中的輸出信號一致,只是其中一路信號在時間上延遲了τo,把2路流動噪聲信號進行互相關運算，互相關函數(shù)表達式為
當τ=τo時,Rxr(τ)取到最大值1時,即x(t)和y(t)波形一致,這個時候的τ值就是流體從上游流至下游對應的渡越時間。在理想狀態(tài)下,流速的表達式為
V=L/τo（4）
即為所求的時間。
儀器工作時,在上下游測量電極加20kHz頻率的正弦波激勵信號,得到的噪聲信號在放大、解調(diào)及濾波后,上傳至地面相關信號處理系統(tǒng)。
儀器傳感器絕緣筒內(nèi)徑設計為16mm,絕緣棒.外徑設計為5mm,根據(jù)經(jīng)驗，上下游電極距L選擇為絕緣筒內(nèi)徑d的0.5到2倍為宜,這里選取L的長度為10mm。傳感器截面積設為S,流速v與渡越時間t成反比關系,通過流量Qv與流速v的關系Qv=86400vS,可得到圖2所示的曲線圖。由圖2可以看出,當流量小于10m3/d,傳感器的響應比較理想。
2模擬井實驗方案
實驗在多相流模擬井上完成，以柴油和水作為實驗介質(zhì)。實驗流量選擇從0.5~10m3/d,流量點依次為0.5.1.2.3.4、5、6.7、8、9m3/d與10m3/d,含水率選取50%.70%、90%等3個點(因模擬井調(diào)節(jié)下限的限制,0.5m3/d僅采集了含水率50%的數(shù)據(jù))。每次含水率或者流量調(diào)整后,等待模擬井筒內(nèi)的油水兩相流配比穩(wěn)定后進行數(shù)據(jù)記錄,記錄時間.一般為10min。使用地面數(shù)據(jù)采集單元進行，上下游2路流體流動噪聲信號采集及相關流速、流量的處理。
3實驗結果分析與處理
如圖3所示，選取流量為5m3/d、含水率分別為50%與90%的上下游曲線進行分析。從圖3中可以看出,不同含水率下，測得的上下游曲線中,對應響應波形的時間差是相等的。但是低含水率下，響應頻率比較高,高含水率下，響應頻率比較低,這就說明，這種傳感器獲取的流量信息只與時間有關，而與含水率的多少無關。
圖4為流量為0.5.5m3/d和10m3/d時上下游響應相關系數(shù)與渡越時間的關系圖。為了避免因流量增加渡越時間縮短而引發(fā)的采樣率不足造成信息丟失,流量0.5m3/d時采樣頻率為2kHz,采樣點數(shù)為4096點,流量為5m3/d和10m3/d時采樣頻率為8kHz,采樣點數(shù)為8192點。
相同時間內(nèi)，流量越大,獲取的波形頻率越高，渡越時間越短。圖4(a)中的渡越時間為1382ms,圖4(b)中的渡越時間為41.4ms,圖4(c)中的渡越時間為23.9ms。
根據(jù)渡越時間與流量關系,將測得渡越時間換.算為流量數(shù)據(jù),得到表1。從表1中可以看出，各個含水率下的測量數(shù)據(jù)與標準數(shù)據(jù)之間的差別不大，含水率的影響可以忽略不計,第1次測量數(shù)據(jù)和第2次測量數(shù)據(jù)之間吻合比較好。對表1中的數(shù)據(jù)進行分析,得到圖5。圖5(a)對含水率50%的各個流量數(shù)據(jù)進行了擬合,得到了擬合曲線和方程，在0.5~10m3/d的線性度良好，能達到0.99,圖5(b)對不同含水率下的各個流量點進行重疊,可以看出在不同含水率下,各個流量點的測量數(shù)據(jù)與復測數(shù)據(jù)吻合,具有很好的重復性和穩(wěn)定性。
根據(jù)實驗測量結果可以得出，儀器在流量不大于10m3/d、含水率20%~95%時均可以正常工作，并且儀器受含水率影響不大,線性度和穩(wěn)定度十分良好,測量結果具有很好的重復性,可以應用在低流量的測量環(huán)境中。
4結論
(1)這一結構尺寸的截面電導相關流量測井儀在油水兩相流中的適用范圍為(0.5~10)m3/d,在這個區(qū)間內(nèi),儀器具有很好的響應特性
(2)通過多次實驗及復測,記錄數(shù)據(jù)表明,該儀器具有良好的線性度、穩(wěn)定性與重復性,為低流量流量測量提供一種新的方法.
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