[發(fā)明專利]基于微波諧振傳感器的高含水油水乳狀液持水率測量方法

有效

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• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112177593B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金寧德;劉東洋;馬靜;王大陽;翟路生;任英玉
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B49/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

本發(fā)明涉及一種基于微波諧振傳感器的高含水油水乳狀液持水率測量方法，所采用的測量系統(tǒng)包括傳感器和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，其特征在于，所述的傳感器為對壁式微波諧振傳感器，包括傳感器管道，發(fā)射極板，接收極板，發(fā)射電極，接收電極，發(fā)射極板和接收極板，均為與傳感器管道外壁相匹配的呈對壁式排布的弧狀金屬片，發(fā)射電極與發(fā)射極板相連，接收電極與接收極板相連。在測量方式上，采用微波掃頻激勵方式，通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀檢測高含水油水乳狀液通過對壁式微波諧振傳感器的幅值S₂₁參數(shù)，根據(jù)幅值S₂₁參數(shù)獲得諧振頻率，通過諧振頻率變化反映持水率的改變，實現(xiàn)高含水油水乳狀液兩相流持水率測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油田開發(fā)過程中油井動態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域中高含水油水乳狀液兩相流持水率高分辨測量方法。

背景技術(shù)

油水兩相流流動現(xiàn)象廣泛存在于自然界與工業(yè)生產(chǎn)中。目前，低產(chǎn)低滲油田開采長期采用二次注水技術(shù)，已總體進入以低流速高含水為主要特征的中晚期開采階段。為提高原油采收率，表面活性劑化學驅(qū)采油技術(shù)已在油田開采中得到應(yīng)用。與傳統(tǒng)注水注氣原油開采相比，化學驅(qū)方法可將原油的采收率提高20％左右。表明活性劑分子具有親水親油結(jié)構(gòu)，其能在油水界面定向排列，顯著地降低油水間的界面張力，達到乳化原油的目的。但是表面活性劑的加入會極大改變油水兩相流動特性，形成油水兩相流乳狀液混相流動現(xiàn)象，尤其是，水包油乳狀液的分散相液滴尺寸非常小，其液滴聚并或擊碎機理復雜，相間亦存在滑脫效應(yīng)，采用傳統(tǒng)低頻電學法難以準確測量水包油乳狀液持水率。

傳統(tǒng)的油水兩相流持水率測量方法主要是電導法和電容法。作為持水率參數(shù)測量的常規(guī)有效手段，電導法是根據(jù)油水相間存在的顯著的電導率變化測量持水率，電容法是根據(jù)介電常數(shù)差異實現(xiàn)持水率參數(shù)測量。傳統(tǒng)電導法對于高含水流動條件下油水兩相流持水率測量受到傳感器模型及電場分布的影響較大，測量分辨率較低。而對于傳統(tǒng)的電容傳感器，大多適應(yīng)于連續(xù)相不導電的高含油率持水率測量，當油水兩相流含水率較高時，電容極板間的介電特性受到傳導電流影響較大，測量精度比較低。

微波法是一種高頻下的電介質(zhì)測量方式，介質(zhì)對微波的吸收敏感于介質(zhì)的介電常數(shù)變化。微波法測量含水率在石油煤炭開采，生物醫(yī)學，化學材料，土壤水源等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

近年來，微波諧振腔法以其測量介質(zhì)含量靈敏度高等特點受到廣泛關(guān)注，它是基于傳感器內(nèi)部介質(zhì)介電常數(shù)改變導致諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)的改變來反映介質(zhì)含量的變化。目前微波諧振法測量油水兩相流持水率多為油包水流型，由于高含水油水乳狀液油相液滴泡徑極小，測量靈敏度低，難以高分辨率測量持水率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種微波諧振傳感器高含水油水乳狀液持水率高分辨動態(tài)測量方法，該方法通過測量對壁式微波諧振傳感器諧振頻率變化來測量油水乳狀液持水率，實現(xiàn)高含水油水乳狀液兩相流持水率高分辨率測量。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于微波諧振傳感器的高含水油水乳狀液持水率測量方法，所采用的測量系統(tǒng)包括傳感器和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，其特征在于，所述的傳感器為對壁式微波諧振傳感器，包括傳感器管道，發(fā)射極板，接收極板，發(fā)射電極，接收電極，發(fā)射極板和接收極板，均為與傳感器管道外壁相匹配的呈對壁式排布的弧狀金屬片，發(fā)射電極與發(fā)射極板相連，接收電極與接收極板相連。

在測量方式上，采用微波掃頻激勵方式，當水包油乳狀液持水率發(fā)生變化時，通過微波諧振傳感器的幅值信號會發(fā)生變化，同時，在一定頻段內(nèi)的諧振頻率也會隨著持水率的變化而發(fā)生規(guī)律性變化；確定掃頻激勵頻段，通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀檢測高含水油水乳狀液通過對壁式微波諧振傳感器的幅值S₂₁參數(shù)，根據(jù)幅值S₂₁參數(shù)獲得諧振頻率，通過諧振頻率變化反映持水率的改變，實現(xiàn)高含水油水乳狀液兩相流持水率測量。

進一步地，所述的傳感器還包括屏蔽層，所述的屏蔽層置于發(fā)射極板和接收極板的外周。經(jīng)優(yōu)化的發(fā)射極板和接收極板張角為80°，長度為80mm。所確定的掃頻激勵頻段為2.2GHz～2.8GHz。