基于阵列光纤探针的水平井气水两相持率数据分析

王彤彤，刘军锋*，李秉科，邓 翰，崔帅飞

（1.油气资源与勘探技术教育部重点实验室（长江大学），湖北 武汉 430100；2.长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 武汉 430100）

本文采用的GAT（Gas Array Tool）是Baker Hughes公司于2018年底推出的一种新型阵列光纤探针持气率测井仪器。先利用Fluent软件进行数值模拟，模拟条件设置为常温常压、气水两相总流量为300m3/d，得到气水两相流型。后在常温常压、气水总流量为300m3/d的实验条件下利用GAT进行物理实验，得到6个光纤探针的持气率测量值，采用简单距离加权反比法、克里金插值法等对6个已知的持气率测量值进行插值成像的方法，得到气水两相在井筒横截面上的分布情况。

1 气水流动数值模拟

利用Fluent中的VOF模型进行数值模拟，设置井筒直径为0.124m，井筒长度为8m，温度压力设置为常温常压，流体材料为空气和液态水，总流量300m3/d（流速为0.2876），含水率为5%、30%、50%、80%、90%、95%。模拟结果显示流型为水平分层流，在总流量固定不变的情况下，改变含水率对气水流型未产生明显影响，含水率的增加改变了井筒截面上的气水分布情况。

2 物理实验及后续数据处理

2.1 实验概况

实验模拟井长为12m，管径0.124m，倾斜角度90°（水平井）。实验仪器为Baker Hughes公司的阵列光纤探针（GAT），采用混合流体为空气和自来水，总流量300m3/d，折算混合流体流速0.2876m/s。将自来水的体积分数按5%、30%、50%、80%、90%、95%依次增加，测量在不同含水率条件下6个光纤探针的持气率测量值。

2.2 插值算法

GAT的6个光纤探针只反映了井筒截面上6个点的局部持气率情况，整个井筒截面上的持气率测量值无法直接判断。通过简单距离加权反比和克里金插值法，利用6个局部光纤探针的测量值，得出气水两相在井筒截面上的分布。

简单距离加权反比法是基于被估算的地址区块的地址信息与周围点有一定的属性联系而建立的一种插值算法，该属性联系表现为与已知点的距离的n(0≤n≤2)次幂成反比。克里金插值既考虑到待估点位置与已知数据的相互关系，也考虑到变量的空间相关性。

2.3 算法成像

GAT在含水率分别为5%、30%、50%、80%、90%、95%条件下的持气率测量值如表1所示。表1中GATROT.DEG表示GAT在井筒中顺时针旋转角度，GATHUTX（X=1,2，…，6）表示第X个光纤探针持气率测量值。

3 分析

1）当含水率为5%时，6个光纤探针的持气率测量值几乎全为1，说明GAT在含水率为5%时适用性差；当含水率为30%和95%时，简单距离与克里金成像的气水界面不是平整光滑的，与数值模拟和物理实验结果对比后，表现出很大差异，探针在此含水率条件下适用性不佳；当含水率为50%、80%、90%时，对比简单距离和克里金的成像结果，发现两种结果差别不大，与数值模拟和物理实验成果比较，三者具有较高的相似度，成像结果可大致反映出井筒截面上的气水两相分布。2）利用光纤探针测量值进行插值成像时，发现在含水率变化不大的情况下，井筒截面气水两相分布的成像结果没有明显变化，说明探针数目过少，不能很好地反映气水界面变化。

表1 不同含水率条件下的持气率测量值

4 结论与建议

1） 当含水率为50%～90%时，利用GAT的持气率测量值进行插值，成像结果可以大致反映井筒截面的气水两相分布情况，即此时GAT具有较好的适用性。2） 由于光纤探针的数量有限，当含水率偏低或差别不大时，利用所测得的持气率测量值插值得到的结果不能如实反映井筒截面上的气水分布情况，建议对仪器进行改进。