基于陣列光纖探針的水平井氣水兩相持率數(shù)據(jù)分析

王彤彤，劉軍鋒*，李秉科，鄧 翰，崔帥飛

（1.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長江大學(xué)），湖北 武漢 430100；2.長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢 430100）

本文采用的GAT（Gas Array Tool）是Baker Hughes公司于2018年底推出的一種新型陣列光纖探針持氣率測井儀器。先利用Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬條件設(shè)置為常溫常壓、氣水兩相總流量為300m3/d，得到氣水兩相流型。后在常溫常壓、氣水總流量為300m3/d的實(shí)驗(yàn)條件下利用GAT進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，得到6個(gè)光纖探針的持氣率測量值，采用簡單距離加權(quán)反比法、克里金插值法等對6個(gè)已知的持氣率測量值進(jìn)行插值成像的方法，得到氣水兩相在井筒橫截面上的分布情況。

1 氣水流動數(shù)值模擬

利用Fluent中的VOF模型進(jìn)行數(shù)值模擬，設(shè)置井筒直徑為0.124m，井筒長度為8m，溫度壓力設(shè)置為常溫常壓，流體材料為空氣和液態(tài)水，總流量300m3/d（流速為0.2876），含水率為5%、30%、50%、80%、90%、95%。模擬結(jié)果顯示流型為水平分層流，在總流量固定不變的情況下，改變含水率對氣水流型未產(chǎn)生明顯影響，含水率的增加改變了井筒截面上的氣水分布情況。

2 物理實(shí)驗(yàn)及后續(xù)數(shù)據(jù)處理

2.1 實(shí)驗(yàn)概況

實(shí)驗(yàn)?zāi)M井長為12m，管徑0.124m，傾斜角度90°（水平井）。實(shí)驗(yàn)儀器為Baker Hughes公司的陣列光纖探針（GAT），采用混合流體為空氣和自來水，總流量300m3/d，折算混合流體流速0.2876m/s。將自來水的體積分?jǐn)?shù)按5%、30%、50%、80%、90%、95%依次增加，測量在不同含水率條件下6個(gè)光纖探針的持氣率測量值。

2.2 插值算法

GAT的6個(gè)光纖探針只反映了井筒截面上6個(gè)點(diǎn)的局部持氣率情況，整個(gè)井筒截面上的持氣率測量值無法直接判斷。通過簡單距離加權(quán)反比和克里金插值法，利用6個(gè)局部光纖探針的測量值，得出氣水兩相在井筒截面上的分布。

簡單距離加權(quán)反比法是基于被估算的地址區(qū)塊的地址信息與周圍點(diǎn)有一定的屬性聯(lián)系而建立的一種插值算法，該屬性聯(lián)系表現(xiàn)為與已知點(diǎn)的距離的n(0≤n≤2)次冪成反比。克里金插值既考慮到待估點(diǎn)位置與已知數(shù)據(jù)的相互關(guān)系，也考慮到變量的空間相關(guān)性。

2.3 算法成像

GAT在含水率分別為5%、30%、50%、80%、90%、95%條件下的持氣率測量值如表1所示。表1中GATROT.DEG表示GAT在井筒中順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度，GATHUTX（X=1,2，…，6）表示第X個(gè)光纖探針持氣率測量值。

3 分析

1）當(dāng)含水率為5%時(shí)，6個(gè)光纖探針的持氣率測量值幾乎全為1，說明GAT在含水率為5%時(shí)適用性差；當(dāng)含水率為30%和95%時(shí)，簡單距離與克里金成像的氣水界面不是平整光滑的，與數(shù)值模擬和物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比后，表現(xiàn)出很大差異，探針在此含水率條件下適用性不佳；當(dāng)含水率為50%、80%、90%時(shí)，對比簡單距離和克里金的成像結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)果差別不大，與數(shù)值模擬和物理實(shí)驗(yàn)成果比較，三者具有較高的相似度，成像結(jié)果可大致反映出井筒截面上的氣水兩相分布。2）利用光纖探針測量值進(jìn)行插值成像時(shí)，發(fā)現(xiàn)在含水率變化不大的情況下，井筒截面氣水兩相分布的成像結(jié)果沒有明顯變化，說明探針數(shù)目過少，不能很好地反映氣水界面變化。

表1 不同含水率條件下的持氣率測量值

4 結(jié)論與建議

1） 當(dāng)含水率為50%～90%時(shí)，利用GAT的持氣率測量值進(jìn)行插值，成像結(jié)果可以大致反映井筒截面的氣水兩相分布情況，即此時(shí)GAT具有較好的適用性。2） 由于光纖探針的數(shù)量有限，當(dāng)含水率偏低或差別不大時(shí)，利用所測得的持氣率測量值插值得到的結(jié)果不能如實(shí)反映井筒截面上的氣水分布情況，建議對儀器進(jìn)行改進(jìn)。