目前辽河油田曙光采油厂主力产油区块为超稠油区块, 所产油品粘度大、油水分离性强, 导致井口取样含水率与真实值相差较大。本文中提出的新式取样装置可使管线内流体成均匀的紊流流动, 有效改善管线中油水的混合性, 从而提高了油井取样含水率的真实性。
1油井管线中油水混相液流态分析[1]
1.1层流状态下油水分布特点
在层流状态下, 流体质点沿与管轴平行的方向作平滑直线运动。根据水动力学相关知识, 可得其运动公式:
其中, ν ~~~管线中流体的流速, m/s;μ ~~~流体粘度, m MPa·s;
P1~~~流体的上流压力, MPa;r ~~~流体流过的管线长度, m;
P2~~~流体的下流压力, MPa;ri~~~变量 (0~ r ) .
从上式可以看出, 对相同管线中的流体, 当△ P = P1~ P2一定时, 管线内任一半径圆上质点的运动速度 ν 与该质点粘度μ 成反比。因油井管线内油的粘度 μ1大于水的粘度 μ2, 则v1< v2。可以得出管线轴心线处流体的流速最大, 大小为
而管线内壁附近的流体流速最小, 流速为零。
因此, 当油水混液在水平管线中流动时, 由于密度比水小, 原油会在浮力的作用下在管内逐渐上移;水则在重力的作用下会向管线中下部运移, 从而造成了管内油水分布不均。
1.2紊流状态下油水分布特点
流体成紊流状态流动时, 会存三个特殊的区域。其中, 水力光滑区的紊流中含有层流区, 由于管线中间部分流速较快, 而靠近管壁附近的流体流速较慢, 该区域会变成层流区, 油水分布不均匀。而当流体达到一定流速时, 液流横断面上各质点的速度相同, 管线中油水混液各质点速度不稳定并减弱管内浮力的作用。同时, 由于流体质点的运动特征发生了改变, 可消除层流状态下因速度差异产生的影响, 从而使油水两项在混合摩擦区和完全粗糙区中是均匀的。
2传统油井取样方式
2.1 取样的作用
在油田开发过程中, 计量工作是非常重要的一环, 量测油井产液中的含水率又是计量工作的重要组成部分, 而含水率主要是通过对井口取样的化验得到的。取样方式是否合理是否科学在很大程度上影响了油田计量的准确性。
2.2 辽河油田井口取样现状
目前辽河油田生产现场均将取样阀安装在单井回油管线一侧, 与取样阀连接的圆管的另一端成45°切口, 安装时将圆管插入管线内并使切口位于管线轴线处, 取样阀置则于管线外侧。取样时巡井人员打开取样阀, 待放净阀内死油后将管线中间的油水混液直接充入取样桶或取样袋中。
2.3 目前取样方式的弊端
随着油田开发进入中后期, 大多数油井产出液中存在大量游离水, 而超稠油井因原油粘度大, 使得管线内油水分离现象更为突出, 取得的样品非均质, 不可能真实反映出管线中液体的成分。这样通过化验所获得的原油含水率数据便会存在很大的误差, 有时甚至高达60%。
3油井均匀取样装置的研究与应用
3.1 均匀取样装置的原理及优点
为实现油井管线内流体的均质流动, 彻底解决传统取样方式所得样品含水率真实性较差的问题, 本人研究开发了一款新型井口均匀取样装置以替代原井口取样阀。该装置可使所取得样品真实反映出产液的含水率, 并兼具取样阀防盗和防冻等功能。
该装置主要有自动混合器以及取样阀等部分组成, 其中自动混合器自身设计有多级特种通道, 能够实现分流、合流、涡流等功能, 将油水混合液的流态从层流逐步转变为紊流[图1]。其具体表现为:
(1) 二、二分流:将介质液流一分再分, 混合器的每一混合单元能使前一分流加倍, 如有20个单元, 可实现10万次的分流和重新组合。
(2) 横流混合:混合单元形成的特殊通道使流体撞击并呈随机分布, 增加了二、二分流的效果。
(3) 反向涡流和反流:液体在每一单元的两端产生椭圆形方向相反的涡流, 并产生适度的反流, 提高了混合效果。
当含游离水的原油通过混合器时, 混合器即对介质进行数千次的重新排列和组合, 从而达到原油和游离水的均匀混合的目的。此外, 该装置不需外加动力, 没有运动部件, 无需维修保养。并且装置中的取样阀设置于管线内, 解决了冬季取样阀冻结的问题。
3.2 井口均匀取样装置的应用效果
辽河曙光油田杜813 兴隆台块为超稠油区块, 50℃时原油粘度高达140000~170000m Pa·s。该区块已进入开发中后期, 油井产液游离水含量较高, 油水分离现象突出, 选择该区块油井做对比试验具有代表性。将该均匀取样装置安装于该区块含水和产量较为稳定的油井回油管线上, 取8次样品进行含水化验, 并与安装前所取的8次样品化验结果进行对比[图2]。
从图2 可以看出, 以传统方式从取样阀取得的样品中含水变化很大, 而安装该装置后所取的8次样品含水率则较为接近, 也更接近真实含水率。这说明安装该装置后确实取得了良好的效果, 管线内的油水融合性的确增强了, 混液变得更均匀了。
4结语
若使井口取得样品含水率接近真实值, 就要使取样处油水均质混溶。该取样装置在无外驱动力作用下实现了油水液流的多次混合, 结构简易且便于维护。不过, 该装置对油井管线通畅性的影响还有待于进一步探究。希望在得到进一步探究验证后, 该装置能够在更多的油田区块推广应用。
摘要：通过对油井管线中油、水混合相液体流态的研究和了解, 研究出可均匀混合管线中油、水混合液的新型取样装置, 将管线中流体的流态由层流转变为紊流, 大大提高了油井井口取样含水率的真实性。
关键词：取样,含水率,流态,层流,紊流,粘度
参考文献
[1] 金科友, 杨连忠.液体流态与原油含水取样值的关系[J].1997, 油气田地面工程 (OGSE) , 1997, 16 (4) :28~29.