【摘 要】
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油气水多相流是石油生产过程中的常见流体,具有多变量随机流动特性,参数测量难度极大,但对合理调控油田开发控制方案,降低开采风险等具有重大意义,尤其是油气水多相流气量测量。探针法和气液分离法分别是井下、井上气量测量的常见有效方法,但仍然存在测量精度低、实时性差等问题。因此,本文以大庆、华北等油田的实际开发需要为背景,开展了基于探针法的井下油气水多相流气相信号鉴别、提取、含气率测量和基于气液分离法的井上
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油气水多相流是石油生产过程中的常见流体,具有多变量随机流动特性,参数测量难度极大,但对合理调控油田开发控制方案,降低开采风险等具有重大意义,尤其是油气水多相流气量测量。探针法和气液分离法分别是井下、井上气量测量的常见有效方法,但仍然存在测量精度低、实时性差等问题。因此,本文以大庆、华北等油田的实际开发需要为背景,开展了基于探针法的井下油气水多相流气相信号鉴别、提取、含气率测量和基于气液分离法的井上气量测量的新技术、新方法研究。首先,针对井下传统光纤探针无法精确提取气相信号问题,对光纤探针敏感头内部光线传输进行了二维和三维理论分析、仿真研究,得出了光纤探针敏感头尖部在分别接触油、气、水不同介质时返回光线在敏感头底部的强度分布规律,根据此规律提出了一种新型双接收端光纤探针传感器（New Dual-Receiving Fiber Optic Sensor,NDR-FOP）及其含气率测量方法,分析了NDR-FOP油气水多相流下刺穿介质时两路信号的动态响应,并对两路光纤信号进行了和、差特征提取和分析,验证了NDR-FOP能够实现对气相信号的精确鉴别、提取。同时,针对井下探针传感器参数测量效率低的问题,提出一种光纤电导一体式传感器（Fiber-optic and Conductive integrated sensor,FOCIS）,对FOCIS结构和测量原理进行了分析,和仿真模型构建,对FOCIS光纤和电导动态响应进行了分析,验证了FOCIS能够同时实现气相和水相信号采集。其次,为实现井下油气水多相流含气率测量,设计了一种基于四NDR-FOP阵列的新型多组分测井仪（Novel Dual Receiver Fiber-optic Probe Array Multi-phase Logging Tool,NDRFOPA＿MLT）。对光纤探针油气水多相流局部和截面含气率测量原理和方法进行研究;仿真分析了油气水多相流不同工况下气相分布规律,根据此规律设计了一种“人”字形四NDR-FOP阵列结构,并构建了NDRFOPA＿MLT三维仿真模型,对NDRFOPA＿MLT的空间灵敏度进行了分析探讨;对NDRFOPA＿MLT动态仿真下的响应特性进行了分析,同时使用K-means算法对NDRFOPA＿MLT动态仿真数据进行了计算,验证了NDRFOPA＿MLT进行了油气水多相流含气率测量的可行性。另外,基于上述分析,设计了一种含有“人字形”四FOCIS阵列结构的（Fiber-Conductance Combined Probe Array Multi-phase Logging Tool,FCCPA＿MLT）,对FCCPA＿MLT动态仿真下气相和水相信号进行了分析,验证了FCCPA＿MLT能够同时实现含气率和含水率进行分析测量。然后,为实现石油生产井井口自动化气相分析和测量,满足数字油田建设要求,设计了两种基于气液分离的新型井口流体参数测试装备（YDJKI-1和YDJKI-2型地面井口测试装备）,从结构、工作模式、软硬件系统等方面进行了设计分析,提出了一种基于重力分离和液位监测的气量测量方法,对气液分离过程各相分离原理进行了理论探讨,对气液分离室关键参数进行了三维仿真分析和计算。最后,先后对NDR-FOP、FOCIS、NDRFOPA＿MLT、FCCPA＿MLT和YDJKI-1和YDJKI-2型地面井口测试装备进行了样机开发、实验平台搭建和实验结果分析,分析验证了NDR-FOP在多种工况下能够实现油气水多相流气相信号的精确鉴别和提取,FOCIS能够同时进行气相和水相信号采集;分析验证了基于NDR-FOP的NDRFOPA＿MLT能够实现油气水多相流含气率的测量,基于FOCIS的FCCPA＿MLT能够同时实现含气率和含水率进行分析测量;分析验证了YDJKI-1和YDJKI-2型地面井口测试装备能够在适用工况范围内有效进行气液分离和气量测量。
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