第36卷第3期光學儀器Vol.36,No.32014年6月OPTICALINSTRUMENTSJune,2014文章編號：1005-5630(2014)03-0198-05油氣水三相流產(chǎn)出剖面光纖持氣

率計響應規(guī)律的實驗研究楊韻桐。姜兆宇2,牟海維】，劉興斌2,李英偉3(1.東北石油大學電子科學學院，黑龍江大慶163318；2.大慶油田測試技術服務分公司，黑龍江大慶163513；3.燕山大學信息科學與工程學院，河北秦皇島066004)摘要：為進一步研究油氣水三相流產(chǎn)出剖面測井中光纖持氣率計在高含水情況下的響應規(guī)律，在大慶油田多相流實驗裝置上進行了動態(tài)實驗研究。實驗結果表明，當油的流量一定，高含水的情況下，氣量在5?10m3/d變化時測量持氣率值與實際持氣率值之間誤差變化較大。氣量大于10m3/d時誤差變化較小，說明該儀器適合測量氣量在10m3/d以上的混合流體。此結果對光纖持氣率計的進一步優(yōu)化設計提供了實驗依據(jù)。關鍵詞：油氣水三相流；光纖持氣率計；誤差分析中圖分類號：TH814文獻標志碼：Adoi：10.3969/j.issix1005-5630.2014.03.003Experimentalresearchonresponseofprofileloggingoptical

fibergasholdupsensorinoil/gas/waterthree-phaseflowYANGYuntong1,JIANGZhaoyu2,MUHaiwei},LIUXin^bin2,LIYingzvei3(1.CollegeofElectronicScience,NortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,China；Logging&TestingServicesCompanyofDagingOilfieldLimitedCompany.Daqing163513.China;CollegeofInformationScienceandEngineering,YanshanUniversity,Qinhuangdao066004.China)Abstract:Inordertoinvestigatetheresponseoftheopticalfibergasholdupsensorwhenmeasuringoutputprofileloggingwithoil/gas/waterthree-phaseflowunderhighwatercontent,thedynamicexperimentswithmultiphaseflowinDaqingOilfieldareperformed.Theresultsindicatethattheerroroftheopticalfibergasholdupsensorislargewhenthegasflowcontentchangesfrom5?10m3/dunderhighwatercontentwiththeoilfixed.Buttheerrorissmallwhenthegasflowcontentover10m'/d,whichindicatesthatthisinstrumentissuitableformeasuringgasmixedfluidwhenthegasflowcontentisover10m3/d.Theexperimentalresultshaveprovidedmorepowerfulbasistooptimizetheopticalfibergasholdupsensor.Keywords：oil/gas/waterthree-phaseflow；opticalfibergasholdupsensor；erroranalysis引言在油田的開發(fā)過程中，技術人員需要知道在產(chǎn)液或注水過程中有關井內(nèi)流體的持性與狀態(tài)的詳細收稿日期：2014-01-19作者簡介：楊韻桐(1987-),女.碩士，主要從事MATLAB教學及油氣井測試方面的研究.E-mail：yytjzy@126.com通訊作者：牟海維(1963-),男，教授.主要從事傳感測試技術和信息處理等方面的研究。E-mail：mhwnuh@163.com圖1光纖探針測■原理Fig.1Opticalfiberprobemeasurement圖1光纖探針測■原理Fig.1Opticalfiberprobemeasurementprinciple1測■原理光纖持氣率計是基于光在折射率不同的物質(zhì)中（液體、氣體）是否發(fā)生全反射的原理研制而成的⑷，光纖探針測量原理如圖1所示。油的折射率為1.5,水的折射率為1.35,氣的折射率為1⑸，當光纖探針處于油水介質(zhì)中時,在光纖探頭處的光不能發(fā)生全反射，檢測裝置檢測到低電平;當光纖探針處于氣體中時,在光纖探頭處的光發(fā)生全反射，檢測裝置便可檢測到高電平。因此，隨著油氣水三相流體交替流過光纖探頭，光電轉換器就會輸出隨時間不斷變化的電壓信號,此信號經(jīng)過單片機的數(shù)據(jù)處理后，便可得知光纖探頭處的持氣率。2儀器結構光纖持氣率計結構圖如圖2所示，該裝置自左向右依次由電路簡、出液孔、光纖探針和集流傘等組成錚幻。流體的流動方向為自右向左，電路筒內(nèi)放置持氣率計的硬件電路部分，出液孔可以排出由集流傘集流的流體，光纖探針傳感器由四探針組成,集流傘可將測量儀器和套管之間的環(huán)形空間封死，迫使大部分流體流經(jīng)光纖傳感器的測量通道后經(jīng)出液口流入套管內(nèi)。圖2圖2光纖持氣率計結構圖Fig.2Structuraldiagramoffibergashold光纖探針位于測量通道內(nèi)部，集流后的流體會第一時間接觸到。在設計的過程中注意信號線的走位，以防過多的信號線影響流體的流形流態(tài)，降低實驗結果的準確性。3油氣水三相流實驗數(shù)據(jù)分析在產(chǎn)出剖面測井工藝中，由于油氣水三相流分相含量的不同，會導致光纖持氣率計在對氣相測量時出現(xiàn)一定程度的誤差。在氣、油含最相對較少的情況下，為了觀察光纖持氣率計的響應規(guī)律，本實驗通過油量固定，在高含水的情況下，將氣體的含量逐漸增大,觀察光纖持氣率計的測量值與實際數(shù)值之間的響應規(guī)律。實驗在大慶油田多相流實驗裝置上進行了動態(tài)實驗研究，實驗所用采樣點為:油量固定水量分別在30?50m3/d取了等間距的5個流量點;氣量在5?35m3/d等間距取7個流量點。實驗中水氣的流量配比如表1所示,再將表1分別與油的流屋為5m3/da0m3/d、20m3/d進行配比，測取油氣水三相流實驗數(shù)據(jù)。

3.1油量為5mVd時,不同含水情況下持氣率計的誤差響應規(guī)律圖3(a)為持氣率計在油量固定為5m3/d時的理論持氣率曲線圖，圖3(b)為持氣率計在多相流實驗裝置上所測得的實際測得持氣率曲線圖。兩幅圖中橫坐標均為通入氣量,縱坐標為持氣率值。由圖可知,無論是理論持氣率值還是實驗測得的持氣率值均隨氣量的增大而增3.1油量為5mVd時,不同含水情況下持氣率計的誤差響應規(guī)律圖3(a)為持氣率計在油量固定為5m3/d時的理論持氣率曲線圖，圖3(b)為持氣率計在多相流實驗裝置上所測得的實際測得持氣率曲線圖。兩幅圖中橫坐標均為通入氣量,縱坐標為持氣率值。由圖可知,無論是理論持氣率值還是實驗測得的持氣率值均隨氣量的增大而增大,并且呈現(xiàn)出良好的線性關系，誤差相對較小。圖3(c)為繪制出的誤差分析曲線圖。從圖中可表1油■固定，水/氣實驗流■配比Tab.1Fixoftheoil,scaledflow配料流量配比成水/氣30/535/540/545/550/5水/,30/1035/1040/1045/1050/10水/氣30/1535/1540/1545/1550/15水/氣30/2035/2040/2045/2050/20水/氣30/2535/2540/2545/2550/25水/氣30/3035/3040/3045/3050/30水/氣30/3535/3540/3545/3550/35testofwater-gasm3?d'1605550454035302520!5105510152025303540氣(a)理論持氣率曲線圖(a)510152025303540氣(a)理論持氣率曲線圖(a)Thetheoryofgasholdupcurve100510152025303540氣(b)測段持氣率曲線圖(b)Measurementofgasholdupcurver~■~LuO050505050505065544332211200-20-40-80—30m，/d水?35mVd水40mVd水45mJ/d水T-50m3/d水2468101214161820222426283032343638

氣量/(m，d，)(c)誤差分析曲線圖(c)Erroranalysisoftilegraph圖3油?5mVd時持氣率隨含水■變化響應曲線Fig.3Curveforgasholdupversuswatercontentundertheoilcontentof5nf/d3.2油■為10m3/d時,不同含水情況下持氣率計的誤差響應規(guī)律圖4(a)為持氣率計在油量固定為10m，/d時的理論持氣率曲線圖，圖4(b)為持氣率計在多相流實驗裝置上所測得的實際測得持氣率曲線圖。從圖中可以看出，持氣率的曲線走勢同5m3/d時曲線走勢基本一致。

圖4（c）為油量為10m，/d時繪制出的誤差分析曲線圖。從圖中可以看出，當水流量為30m3/d時的誤差小于其他流量時的誤差；當氣量小于10n?/d時,隨著氣量的逐漸增加，誤差值逐漸減少到基線。當氣量大于10n?"時，誤差值基本不變，從圖中可以看出，誤差在基線附近一定范圍內(nèi)波動，可以說明儀器測量的準確性。0510152025303540氣量/(m0510152025303540氣量/(m3d-')(a)理論持氣率曲線圖(a)Thetheoryofgasholdupcurve302520%、冊虹乾0510152025303540氣*(??—)(b)測量持氣率曲線圖(b)Measurementofgasholdupcurve3025201510100806040寥20灰。暮-20-40-60-80-1002468101214161820222426283032343638氣(c)誤差分析曲線圖(c)Erroranalysisofthegraph圖4油*10n?/d時持氣率隨含水■變化響應曲線Fig.4Curveforgasholdupversuswatercontentundertheoilcontentof10nf/d3.3油■為20m7d時,不同含水情況下持氣率計的誤差響應規(guī)律圖5為油量為20m3/d時持氣率隨含水量變化響應曲線圖，從圖中可以看出，測得的持氣率同理論的持氣率誤差曲線比流信為5m3/dJ0m3/d時（在低氣量時）的誤差小，氣量大于10m3/d后的曲線趨勢基本一致。綜上所述,油氣水三相流環(huán)境下，集流型光纖探針持氣率測井儀測得的實測持氣率會隨著含氣率的增大而增大,并且呈現(xiàn)較好的線性關系。氣量從5?10n?/d變化時誤差較大，氣量大于10n?/d時誤差較小,誤差在10%以下，在可接受的誤差范圍內(nèi)。4結論通過對油氣水三相流產(chǎn)出剖面測井中光纖持氣率計響應規(guī)律的實驗數(shù)據(jù)進行分析，可以得出如下幾點結論：（1）隨著氣量的逐漸增加，各個流量點所測得持氣率值與實際持氣率值基本一致，誤差值在一定范圍內(nèi)波動。

05101520253035400510152025303540氣量/(m3d')(a)理論持氣率曲線圖(a)Thetheoryofgasholdupcurve0510152025303540氣量/(m3d*)(b)測屆持氣率曲線圖(b)Measurementofgasholdupcurve806040M20辦0睡-20-40-60-80-1002468101214161820222426283032343638欠量(c)誤差分析曲線圖(c)Erroranalysisofthegraph圖5油■20ii?/d時持汽率隨含水■變化響應曲線Fig.5Curveforgasholdupversuswatercontentundertheoilcontentof20n^/d實驗中氣量從5?10m3/d變化時測量持氣率值與理論持氣率值之間誤差變化較大，氣量大于10m3/d時誤差變化較小,說明該儀器適合測量氣量在10m3/d以上的混合流體。個別點局部曲線出現(xiàn)偏差主要受三相流實驗室氣量波動和集流傘漏失的影響。此光纖持氣率計要達到大面積的推廣應用，還需要進一步的優(yōu)化設計。參考文獻：［1］俞世鋼.用光纖傳感技術實現(xiàn)液體表面張力系數(shù)非接觸測量［J］.光學儀器，2003,25(5):3-6.［2］牟海維，段玉波，張坤.等.光纖表面等離子體共振傳感器理論仿真研究［J］.光學儀S.2011,33(6),58-61.［3］牟海維，劉文嘉,孔令富.等.光纖持氣率計在氣/水兩相流中響應規(guī)律的實驗研究［J］.光學儀器，2012,34(5):66-69.