一种油水两相流水包油乳状液持水率差压测量方法技术

本发明专利技术涉及一种油水两相流水包油乳状液持水率差压测量方法，采用场聚焦弧形对壁式电导传感器与差压传感器组合测量方式，场聚焦弧形对壁式电导传感器用于测得混合流体的持水率信息；差压传感器用于测得混合流体压降信息。将不同流动工况下场聚焦弧形对壁式电导传感器电压信号进行归一化处理，分析其含水率测量特性并提取持水率参数；结合所测持水率与差压传感器所测水包油乳状液压降，得到不同流动工况下水包油乳状液摩阻系数；最后，将所得摩阻系数与混合流体雷诺数的拟合关系与差压传感器所测混合流体压降相结合，进行水包油乳状液持水率参数预测。

A differential pressure measurement method for water holding capacity of oil water two-phase oil in water emulsion

The invention relates to an oil-water two-phase flow in oil emulsion rate differential pressure measuring method of water holding, the arc wall of field focusing conductance sensor and differential pressure sensor integrated measurement method of curved wall field focusing conductance sensor used to measure mixed fluid retention rate information; differential pressure sensor is used to measure the mixed fluid pressure drop information. The different flow conditions were normalized to the focusing arc end wall conductance sensor voltage signal, analyze the measurement of water content and water holding characteristic parameters extraction rate; combined with the measured water holdup and pressure sensor of hydraulic oil in water emulsion, different flow conditions of oil in water emulsion friction coefficient; finally, fitting the relationship between income and the differential pressure sensor of friction coefficient and Reynolds number of the measured pressure drop of fluid mixing fluid mixing combination of oil in water emulsion water holding rate parameter prediction.

【技术实现步骤摘要】
一种油水两相流水包油乳状液持水率差压测量方法
本专利技术涉及油田动态监测领域表面活性剂作用下的油井内油水两相流水包油乳状液持水率测量方法。
技术介绍
我国陆上低产低渗油田开采已进入以低产量高含水为主要特征的中晚期开采阶段。为提高原油采收率，向油层注入表面活性剂在三次采油技术中得到了广泛应用。其中，准确测量表面活性剂作用下的油井内油水两相流水包油乳状液持水率参数，可为三次采油开发方案调整及优化油藏生产特性提供科学依据。向地层注入表面活性剂水溶液会极大降低储层油水相间界面张力，可显著改变油水两相流流变学特性，致使油水乳状液微观流动机制、湍流结构及减阻特性十分复杂，尤其是分散相局部流动参数分布及相间滑脱效应与常规油水两相流有很大差别，实现其水包油乳状液持水率参数测量难度很大。油水两相流差压法是获取持水率的重要方法之一，该方法关键是获取两相流摩阻系数，而摩阻系数与两相流雷诺数密切相关，其中，持水率又是获取雷诺数必不可少的关键参数。快关阀法是获取油水两相流持水率的实验室途径，但是，在油水两相流水包油乳状液流动条件下，由于油相与水相难以实现重力分离，无法采用快关阀法在实验室直接获取持水率参数。油水乳状液摩阻系数依赖于混合流体持水率参数，有学者将含水率值近似等效于持水率值，以研究摩阻系数与混合流体雷诺数的关系，如2016年A.Abubakar等发表在《ExperimentalThermalandFluidScience》(实验热与流体科学)，第79卷，第275-282页，题为“Empiricalcorrelationforpredictingpressuregradientsofoil-waterflowwithdrag-reducingpolymer”(利用经验公式预测聚合物作用下的油水两相流压力梯度)的文章。但是，由于油水乳状液存在明显的相间滑脱效应，其持水率值随混合流速及含水率参数变化较大，采用将含水率值近似等效于持水率值的思路具有很大局限性。前期研究中，我们报导了利用快关阀方法获取油水两相流持水率参数，并将该参数引入油水两相流摩阻系数的研究中，如2016年Y.F.Han等发表在《ExperimentalThermalandFluidScience》(实验热与流体科学)，第72卷，第197-209页，题为“Differentialpressuremethodformeasuringwaterholdupofoil-watertwo-phaseflowwithlowvelocityandhighwater-cut”(低流速高含水油水两相流持水率差压测量法)的文章。但是，在表面活性剂分子的作用下，油水乳状液中油相乳化较为充分，实现油相与水相的完全分离具有较大难度，传统快关阀方法已不能满足持水率参数的准确测量。通常水包油乳状液中油泡直径多为微米级，环形电极电导传感器受限于其灵敏场空间分布不均匀性及电场边缘效应，对油水乳状液分散相分布变化的响应灵敏度较低，直接获取持水率的分辨率较低。场聚焦弧形对壁式电导传感器敏感于管截面分散相分布的微小变化，可实现水包油乳状液持水率高分辨率测量，进而可以显著提高持水率测量精度。
技术实现思路
本专利技术提出一种可以预测水包油乳状液持水率差压测量方法。本专利技术将差压传感器所测水包油乳状液压降参数与场聚焦弧形对壁式电导传感器测量响应相结合，得到不同流动工况下水包油乳状液摩阻系数，将所得摩阻系数与混合流体雷诺数的拟合关系与差压传感器所测压降相结合，实现预测水包油乳状液持水率参数测量。技术方案如下：一种油水两相流水包油乳状液持水率差压测量方法，采用场聚焦弧形对壁式电导传感器与差压传感器组合测量方式，所采用的场聚焦弧形对壁式电导传感器为：在集流后的垂直上升小管径测量管道内壁固定空间位置相对的弧形激励电极与弧形中心测量电极，在中心测量电极两侧分别等距放置相同尺寸的边缘保护电极，中心测量电极的轴向高度与由激励电极及其两侧的边缘保护电极组合形成的整体轴向高度相匹配，用于测得混合流体的持水率信息；差压传感器用于测得混合流体压降信息。当表面活性剂作用下的水包油乳状液流经差压传感器及场聚焦弧形对壁式电导传感器区域时，分别采集差压传感器及场聚焦弧形对壁式电导传感器输出电压信号，数据处理过程中，将不同流动工况下场聚焦弧形对壁式电导传感器电压信号进行归一化处理，分析其含水率测量特性并提取持水率参数；结合所测持水率与差压传感器所测水包油乳状液压降，得到不同流动工况下水包油乳状液摩阻系数；最后，将所得摩阻系数与混合流体雷诺数的拟合关系与差压传感器所测混合流体压降相结合，进行水包油乳状液持水率参数预测。优选地，在设计弧形对壁式电导传感器时，采用有限元分析法对中心测量电极与边缘保护电极轴向高度h，中心测量电极与边缘保护电极间距l和电极圆心角α进行优化。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：(1)本专利技术提出的场聚焦弧形对壁式电导传感器，对水包油乳状液持水率具有较高的测量分辨率。(2)本专利技术提出的差压传感器与场聚焦弧形对壁式电导传感器的组合测量方法，根据差压传感器所测水包油乳状液压降信息与场聚焦弧形对壁式电导传感器所测持水率，可提取水包油乳状液两相流摩阻系数。将所得摩阻系数与混合流体雷诺数的拟合关系与差压传感器所测水包油乳状液压降信息相结合，可获得较高精度的水包油乳状液持水率参数预测结果。(3)本专利技术提出的差压传感器与场聚焦弧形对壁式电导传感器均属于非插入式测量方法，具有对流体无扰动及易于安装的特点，可适用于垂直井筒内表面活性作用下的水包油乳状液摩阻系数及持水率参数测量。附图说明图1是场聚焦弧形对壁式电导传感器结构示意图。图2是场聚焦弧形对壁式电导传感器几何结构参数。图3是差压传感器与场聚焦弧形对壁式电导传感器组合测量系统。图4是表面活性剂作用下水包油乳状液场聚焦弧形对壁式电导传感器测量电压信号。图5是场聚焦弧形对壁式电导传感器与环形电极电导传感器水包油乳状液相含率测量特性。(a)场聚焦弧形对壁式电导传感器；(b)环形电极电导传感器。图6是水包油乳状液摩阻系数与混合流体雷诺数的关系。图7是差压传感器所测持水率与混合流速及含水率间的关系。图8是差压传感器所测持水率与场聚焦弧形对壁式电导传感器所测持水率比较结果。附图标号说明：1外管；2激励电极；3边缘保护电极；4中心测量电极具体实施方式为实现表面活性剂作用下的水包油乳状液持水率差压测量方法，本专利技术提出了一种场聚焦弧形对壁式电导传感器与差压传感器组合测量方法。其中，场聚焦弧形对壁式电导传感器通过在小管径测量通道内壁构造空间径向位置相对的激励电极与中心测量电极。与中心测量电极两侧距离相等的位置处分别放置相同尺寸的边缘保护电极。中心测量电极与边缘保护电极施加同种载荷，根据电学敏感原理，该方法可显著增强中心电极处电场强度，提高持水率测量灵敏度，并有效抑制电场边缘效应影响。利用场聚焦弧形对壁式电导传感器所测持水率，可提取不同流动工况下水包油乳状液摩阻系数与混合流体雷诺数的拟合函数关系。结合所得函数关系与差压传感器所测混合流体压降信息，实现水包油乳状液持水率差压测量方法。本专利技术采用的场聚焦式弧形对壁式电导传感器的整体结构包括外管1、光滑内嵌在管道内壁的激励电极2、边缘保护电极3和中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油水两相流水包油乳状液持水率差压测量方法，采用场聚焦弧形对壁式电导传感器与差压传感器组合测量方式，所采用的场聚焦弧形对壁式电导传感器为：在集流后的垂直上升小管径测量管道内壁固定空间位置相对的弧形激励电极与弧形中心测量电极，在中心测量电极两侧分别等距放置相同尺寸的边缘保护电极，中心测量电极的轴向高度与由激励电极及其两侧的边缘保护电极组合形成的整体轴向高度相匹配，用于测得混合流体的持水率信息；差压传感器用于测得混合流体压降信息。当表面活性剂作用下的水包油乳状液流经差压传感器及场聚焦弧形对壁式电导传感器区域时，分别采集差压传感器及场聚焦弧形对壁式电导传感器输出电压信号，数据处理过程中，将不同流动工况下场聚焦弧形对壁式电导传感器电压信号进行归一化处理，分析其含水率测量特性并提取持水率参数；结合所测持水率与差压传感器所测水包油乳状液压降，得到不同流动工况下水包油乳状液摩阻系数；最后，将所得摩阻系数与混合流体雷诺数的拟合关系与差压传感器所测混合流体压降相结合，进行水包油乳状液持水率参数预测。

【技术特征摘要】
1.一种油水两相流水包油乳状液持水率差压测量方法，采用场聚焦弧形对壁式电导传感器与差压传感器组合测量方式，所采用的场聚焦弧形对壁式电导传感器为：在集流后的垂直上升小管径测量管道内壁固定空间位置相对的弧形激励电极与弧形中心测量电极，在中心测量电极两侧分别等距放置相同尺寸的边缘保护电极，中心测量电极的轴向高度与由激励电极及其两侧的边缘保护电极组合形成的整体轴向高度相匹配，用于测得混合流体的持水率信息；差压传感器用于测得混合流体压降信息。当表面活性剂作用下的水包油乳状液流经差压传感器及场聚焦弧形对壁式电导传感器区域时，分别采集差压传感器及场聚焦...

【专利技术属性】
技术研发人员：金宁德，韩云峰，翟路生，任英玉，何元生，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12