[发明专利]多相流体测量装置和方法

说明书

技术领域

本公开总体涉及对井筒流体的多相流测量。

背景技术

井筒流体通常是包括油、气体和水的多相流体。每个组分(油、水和气体)的成分、流量(flow rate)以及粘度随各个井而各不相同。通常，气体的流量是最快的，而油的流量是最慢的，除非流体被充分地混合且气体在液体内被夹带走。液体和气体可分布的多种流型以及每个组分的物理性质的变化使得对每个组分的流量预测是困难的。

在低流体速度的情况下，井筒液体趋于聚积在水平管中的低带(low pocket)处，而气体聚结成大气泡和小气泡，这些气泡在垂直管道或上升管中比液体传播得更快。这两方面都会使得气体比液体流动得更快，或者换句话说，这两方面都增加了气体和液体之间的滑动。流体密度是用于确定多相流体的流动的参数。一些方法利用了点密度，该点密度是沿着导管的(与水力直径相比)非常窄的长度的、在流导管的特定横截面处的密度。由于多相流体中气体和液体之间的滑动，所以点密度会不同于均匀混合物的密度。对流体的点密度进行测量的常用方法利用了放射源，并对由流体介质对伽马射线的吸收进行测量。该方法对矿物比对碳氢化合物更敏感，并且密度通常是跨越运载流体的管的小部分被测量的。因为此，失去了点密度测量值、与滑动有关的信息以及由此经校正后的容积密度。容积密度是(与水力直径相比)相当长的流导管中的流体混合物的密度，其更能代表平均密度。容积密度需要更少的滑动校正但是仍取决于滑动。

数学模型已用于计算多相流体流动。然而，这样的方法需要多个参数的边界条件的严密知识，这些参数诸如表面张力、粘度、流体混合等。因为这样的参数不是在线(在原位)测量的，所以滑动值是假定的或者是从某些经验实验获得的。这使得数学模型的有效性受限于所做出的特定假设或者所进行的实验的结果。从井筒产生的多相流体的滑动值有时不同于这种用实验所确定的滑动值，由此会导致大的误差。本文通过示例对上述陈述进行说明。图1a和图1b分别示出了水平管流和垂直管流中的两种典型的流态。如果水平管的斜度稍微地向上变为+15°或者向下变为-15°，那么流型会与所示出的完全不同。类似地，斜度为5°的流型会不同于斜度为15°、11°等的流型，因此所得到的滑动值会完全不同。因为有种类繁多的管配置和流体参数值，因此使用以经验为主所确定的滑动值会导致大的误差。

多相井筒流体的流可以表示为一组非线性偏微分方程，如下所示：

质量守恒：

∂∂t(ρNαN)+∂(ρNjNi)∂xi=IN]]>方程1

动量守恒：